不同配電網自動化通信方案比較及應用研究

崔子倜

摘要：在配電網自動化系統中，通信是重要組成部分之一，是配電網自動化系統不可或缺的組成部分，許多功能有賴于其的實現?？梢哉f，通信問題解決的好壞，直接影響到配電自動化系統的發展。文章研究了配電自動化系統通信需求，比較了不同通信方案的優劣性，并提出了配電網自動化系統通信方案構建對策和措施。

關鍵詞：通信；配電網；自動化；光纖

配電網自動化系統融合了多種現代科技，例如自動化技術、網絡通信技術、計算機技術以及集成技術等，是上述技術在電力行業的深度利用的體現。同傳統電網調度自動化系統相比，配電網自動化系統具有諸多優勢：例如通信終端節點分布廣泛、通信節點網絡完善、通信距離更長、節點通信數據流量大等。另一方面，由于配電網自動化系統站點數量較多，對通信系統功能和性能提出了更高的要求，目前尚未有任何一種通信方案能夠完全滿足其通信需要，而是要根據實際情況靈活選擇多種通信手段搭配，組成綜合性通信解決方案，以滿足配電網自動化系統多樣化通信需要。

1配電網自動化系統通信需求分析

1.1穩定性

配電網自動化通信系統線路和設備大多分布在戶外環境，其通信功能容易受到氣候環境和地質條件因素影響和干擾，另外，在存在電磁輻射、噪聲擾動情況下，通信系統也容易出現信號消失、通信服務中斷的情況。因此，配電網自動化通信系統必須要具備良好的抗干擾能力。

1.2實時性

配電網自動化在運行過程中，要保證能夠隨時監控系統運行狀態、即時進行數據交換和傳輸，對通信系統的實時傳輸提出了較高的要求。配電網自動化通信系統不僅要及時更新FTU/TTU，還要保證在遇到系統故障時能夠第一時間傳輸相關情況信息。

1.3雙向性

配電自動化系統內部每個節點都有雙向通信需求，對主通信網站來說，不僅要向各通信節點發送操作指令，還要接收各終端反饋的數據。因此，通信系統要具備雙向信息交互功能，能夠保證在不同通信終端之間順利進行信息交換和傳播。

1.4靈活性

配電自動化系統通信網絡覆蓋范圍較廣，涉及多種通信手段、設備和軟件系統。要滿足整個配電網自動化正常通信需求，通信系統必須要具備良好的靈活性，能夠在不同設備型號、通信標準和數據接口之間進行自由切換，切實提高通信系統維護、調試和穩定水平。

1.5經濟性

企業配電網自動化通信系統建設需要投入大筆資金預算，要在滿足基本通信要求基礎上，最大程度降低通信網絡建設和維護成本。因此在選擇通信方案、設備和運營方式時，要對不同方案經濟成本進行比較，采用性價比最高的通信方案。

2不同通信方式性能比較分析

隨著信息技術不斷發展和進步，通信方式可選擇面不斷拓寬，一般可以將通信方案分為兩種，即有線和無線通信方案。其中，有線通信方式主要包括：撥號電話、光纖通信、現場總線、配電線載波等；無線通信方式主要包括GPRS通信、無線擴頻通信、衛星通信等。接下來將介紹幾種常用的通信技術。

2.1現場總線通信技術

現場總線通信技術主要應用于大型生產設備系統、自動化設備控制系統內，通過實現內部控制系統不同節點之間的數字信號和信息交換，來實現總臺控制不同設備運行的目的。因此現場總線通信是一種開放式、數字化、多節點通信網絡。一般來說，其主要有以下幾方面特點：（1）統一、通用的通信技術標準；（2）具有良好的交互性和替換性；（3）能夠實現統一誤差糾錯和信號算法即時調整；（4）現場總線具備良好的通信網絡拓展性，具有成熟穩定的全分散性控制結構；（5）通信系統功能和網絡可根據具體通信需求靈活設計，能夠滿足不同通信環境通信需要，具有良好的魯棒性。

目前，在配電網自動化系統通信解決方案中，主要利用現場總線技術來解決FTU和近距離通信需求問題，另外發電站內部設備之間的通信也可以采用這種技術實現。

2.2光纖通信技術

一般來說，光纖通信主要有以下幾方面優點：（1）傳播信號流量較大。目前光纖信道容量一般在140Mbit/s水平，采用單模信道還可以進一步擴充通信流量；（2）信號傳輸過程中衰減小，可支持超遠距離通信。如果光波長度為018-019um，最長通信距離可達10公里；如果光波長度為110-116um，則最長通信距離可達100公里；如果光波長度超過210u-，最長通信距離可達1000公里，因此其可以實現遠距離跨區域配電網自動化通信；（3）光纖管道直徑小、重量輕，有良好的彎折性，網絡鋪設施工簡單快捷；（4）輸入輸出信號采用分離處理，可以有效提高抗電磁干擾能力；（5）保密性效果好，不會出現信號缺失和失真問題；（6）通信網絡物理性能穩定，有良好的抗腐蝕性和抗酸堿性。

光纖通信主要不足有：（1）建設投資規模較大，網絡鋪設技術要求高，這直接限制了光纖通信的推廣應用；（2）光纖故障排查難度較大，后期維護保養技術要求高；（3）網絡維護成本高。

光纖通信一般適用于以下范圍：城區通信；主站與子站通信；高標準通信領域，例如配電網自動化系統、工業自動化控制系統等。

2.3配電線載波技術

配電線載波通信綜合了移頻監控、跳頻技術，其通信信道采用6-10KV配電線路，配置了最新DSP數字信號模擬分析器和電路集成化技術，采用數字虛擬信號實現通信。該通信方案投資規模較小、穩定性較高，通常與電網建設同步推進，在電網企業應用比較多。

配電線載波通信主要有以下幾個特點：（1）安裝方便、操作便捷；（2）可以靈活建網；（3）具有良好的網絡兼容性，能夠與不同通信標準對接，例如可支持RS-232、Rs-422、Rs-455等不同型號的通信終端設備；（4）同時結合了快速調頻技術和FSK調制技術，能夠有效提高通信信號傳播穩定性，通信系統魯棒性較好；（5）由于配電線載波通信網絡與電氣網絡同步建設和直接連接，通信網絡可以與配電站內任何一個節點進行即時通信；（6）通信信道穩定性較高，抗干擾能力強。

配電線載波主要缺點：（1）在三相電網通信環境下容易出現信號失真；（2）由于載波通信信號容易受到電磁干擾；（3）載波通信信息孤島較多；（4）由于與電網密切聯系，信道通信容易受到電路中斷影響。

載波通信主要適用范圍：高空鋪設網絡結構，供電穩定，對即時通信要求較低、可以接受電路中斷通信的情況。例如具有間歇性、階段性運行特點的自動化系統。

2.4無線擴頻通信技術

無線擴頻通信主要特點：（1）魯棒性好；（2）抗外部干擾性較強；（3）可以支持碼分多址。無線擴頻通信技術主要適用于以下情況：小型變電站、形成IOKV的開閉所或區域性控制中心與配電站之間的通信聯系。對于具有較多數量的分散測控點通信環境，由于無線擴頻通信網絡建設成本較高，因此通常不考慮采用。

2.5基于GPRS通信技術

GPRS是通信運營建立的基于GSM網絡的無線信號通信系統，通過移動網絡實現移動終端之間的數據通信，可為用戶提供即時無線通信服務。

在配電網自動化系統通信中采用GPRS技術，主要有以下幾點：（1）通信便捷。用戶只要利用移動通信終端就可以隨時隨地與GPRS網絡連接，能夠在短時間內建立通信聯系；（2）有效提高頻率資源利用率；（3）信號傳輸效率高；（4）通信成本低。利用現有的通信基站即可實現通信，不需要單獨建設通信網絡，只需支付一定流量費用；（5）通信網絡覆蓋范圍較廣。GPRS網絡利用通信運營商完善的基站網絡，可以在移動信號覆蓋的地方進行即時通信；（6）安全性高。采用SIM卡實現數據交換，可以有效增強防范數據被復制或泄露能力。

3不同通信技術優劣性比較

如表1所示，文章給出了上述5種通信技術優劣性對比情況，以便于根據實際情況靈活選擇最佳通信方案。

4配電網自動化通信系統基本架構

當前，配電網自動化通信系統主要有兩種架構：一是三層結構，即通信網絡由主站、子站和終端三部分組成，一般適用于大型配電網，特別是變電站數量較多、線路復雜的情況。三層結構通信網絡內部各系統獨立性較高，能夠滿足惡劣環境下通信需要；二是兩層結構，即由主站和終端兩部分組成的通信網絡，一般適用于小型配電網，這類通信系統內部結構簡單、功能單一。文章擬設計三層結構的配電網通信系統。

4.1主站層

主站層負責配電網運行狀態監控、檢測和運行分析任務，對整個配電網運行情況進行實時監控和管理，并提供人際溝通接口，管理員可以通過輸入操作指令完成各種系統操作，例如系統故障檢測、設備優化、軟件升級、信號輸出、數據打印以及系統間交互等?？梢哉f，主站層是配電網通信系統的骨架。

4.2子站層

一般來說，配電網內部有多個設備節點，配電網主站不可能與所有監控設備進行直接連接，而是要設置一個中間緩沖層也就是子站層來完成這個任務。子站層不僅要負責監控站點與主站之間的數據交互任務，而且還要提供系統故障檢測、故障隔離和功能替換等支持。如果主站出現故障或者運行癱瘓，子站可以扮演主站角色，對其監控站點進行通信指揮和管理。

4.3配電網終端層

配電終端是配電網的末梢組成單元，其主要負責柱搜集上開關、環網開關、箱式變、變壓器、遙感器、子系統等運行數據和信息，并將監控信息反饋給子站層和主站層。

5配電網自動化通信方案設計

當前，隨著信息技術不斷發展和進步，配電網自動化通信方案的選擇也日益豐富，比較常見的有GPRS、光纖、載波、微波、雙絞線等。但是單獨采用某一種通信方案顯然不能全面兼顧經濟性、技術性和合理性等要求，因此可以考慮多種通信組合的方式。

一般來說，主站層與子站層之間交換的數據容量較大，對信號穩定性、保密性和通信即時性要求較高，因此采用光纖通信技術比較合理。為提高通信系統穩定性和可靠性，增強通信系統抗干擾能力，可構建雙環光纖線路自愈網絡，在一條光纖通信中斷的情況下，另一條光纖依然可以保證通信順暢。

雙環光纖自愈網主要用于主站層與子站層之間、子站與城區之間的配電網絡通信，可以提高整個配電自動化系統通信穩定性和時效性。雙環光纖自愈網可以支持三層交換機與配電主站系統的通信連接?？梢圆捎肎PRS實現子站層與遠距離配電終端的通信，這樣不僅可以提高通信效率，還可以提高通信網運行經濟性。短距離通信則可以考慮現場總線通信技術。

6結語

配電網自動化系統有利于提高電力企業供電穩定性和可靠性，這是電力行業未來發展趨勢之一。而通信技術直接影響到配電網自動化系統綜合運行效率，它負責電網運營中心與電網設備和用戶之間的信息交換和傳播，是整個電力網絡的中樞神經，直接影響到配電網的總體正常運營情況，可以說，沒有一套功能完善的通信網絡支持，配電網自動化功能就無法保證和實現。