基于無線窄帶數據通信網的配電自動化系統

劉子春

（北京華麒通信科技有限公司，北京 100082）

0 引 言

通信系統是實現電氣自動化的關鍵技術，其好壞決定了自動化系統的穩定程度[1]。要想利用無線網絡技術建立起電力系統窄帶數據通信網，就要保證配電自動化系統的安全性和穩定性。配電自動化系統要保證既能將傳送端的控制命令準確地傳達給遠方的現場終端，而且要能將遠方現場終端采集到的數據傳回到控制中心，因此通道線路距離較長，對通道線路的傳輸效率沒有過高要求。配電自動化系統的工程測控點比較多且分散，且一般都是在惡劣環境下運行，因此選用得配電自動化通信設備要有安全可靠的設計，并且還要符合實際的配網資金要求，使通信系統的經濟成本降低[2]。本文從系統結構設計、配電自動化的通信系統這兩個方面來進行分析和討論。

1 系統結構設計

通過對區域內配電變壓器的監控和協調，實現對區域內整體網絡運行狀況的監測和優化。配電自動化系統是直接面對用戶的，接收的數據量和信息量較大，使得配電自動化系統具有集成和協調的特征。在數據能充分共享的條件下，配電自動化系統能提高電力企業的管理水平，進而帶動電力企業發展，因此配電自動化系統應該是一個分級和分層的監控管理系統，應遵循開放性的原則，按照區域的分布進行設計，整體系統設計應包括主站層、子站層和終端設備層[3]。

1.1 配電自動化的主站層

在通信配電自動化系統中，主站層是整個系統的監控中心和管理中心，主要負責處理電子層實時上傳的配電系統相關信息，從總體上監控整個配件網絡的運行狀態，協調各國電子政策之間的聯系，有效地管理配電網絡，及時處理配電網出現的故障，保證整個配電自動化系統處于良好的運行狀態[4]。在此期間，主站層還可以與其他系統進行數據共享，使配電系統的維護和管理工作有序進行。

主站層可以通過局域網將多臺電子計算機連成一體。設計主站層時可以根據不同用戶的需求，選擇單網結構或雙網結構。在自動電氣化系統正常運行的過程中，兩個網絡結構之間可以互相傳送數據，進而使數據流量保持平衡[4]。一旦一個網絡系統出現故障，另一個網絡系統就會自動傳送數據，在故障恢復時，雙網絡就恢復到流量平衡的狀態。配電自動化主站層主要系統結構包括前置機、數據庫服務器、配調工作站等部分。

1.1.1 前置機

前置系統包括通信通道與數據處理兩大功能。其中通信通道類似于通信鏈路，完成主站與子站或各大終端設備之間的數據采集、處理、監視和控制功能；而數據處理則是基于主站與子站或各大終端設備之間的信息，進行信息的轉發、交換、處理、監視、統計以及控制。前置機會將從子站或各大終端設備采集到的數據等信息進行處理后，自動發送到數據庫中進行備份，信息共享到各大節點之中[5]。

1.1.2 數據庫服務器

服務器是自動化系統的數據中心，主要是進行數據儲存和數據運算，并且建立起一個實時的數據庫。在一般情況下，主數據庫的服務器主要是負責查詢，在主數據庫的服務器出現故障時，備用數據服務器就會自動啟動，接替主服務器開展工作[6]。數據庫的穩定性和開放性特征要求電子自動化系統要對數據進行實時響應，數據庫的子系統是由自開發的實時數據庫和商用數據庫共同組成的，常規的商用數據庫主要用于對數據的儲存和外部系統對數據庫的訪問，隸屬數據庫，都是由雙服務器來支持和運行的，實時數據庫也是如此，這樣才能保證服務器之間的工作狀態的穩定性和一致性[7]。

1.1.3 配調工作站

配調工作站是工作人員查看、監控配電網絡運行狀況、獲取統計資料的端口。在配套工作站的這一站層中，工作人員通過對電力系統進行監控，能實時查看配電網的工作狀態，進而得到配調工作站的統計資料、數據曲線和報表等一些數據，然后為工作站提供管理和監控服務。

1.2 配電自動化系統的子站層

配電自動化的子站層在整個系統中處于中間位置，可以處理配電站的通信，一旦所管轄的網絡區域出現故障，可以對其功能進行及時診斷和恢復。配電自動化的子站層還可以收集各個站層線路的數據信息，實現對配電自動化系統的監控。配電自動化子站層的設計目的主要是減少主站層的負擔，對信息進行分層，在故障發生時能及時處理變電站斷路器[8]。

1.3 配電自動化系統的終端設備層

配電自動化系統終端設備中有多種配電終端，能對所有終端設備進行數據控制和采集，并且可以與自動化電子層進行數據通信，提供配電自動化系統所需的數據。同時，其還兼具少量的故障現場處理功能。

2 配電自動化的通信系統

2.1 配電自動化通信性能分析

一個配電自動化系統的建立需要大量的后臺軟件和智能終端相配合。通信系統的穩定程度決定著自動化系統運行的質量。隨著現代通信技術的發展，通信方式變得多樣化，如配電線波、架空明線、光纖、電纜數控電臺、衛星通信等。配電自動化系統在不同的氣候條件、RTU數量、地形條件下會有不同的網絡建設需求，因此需要一種綜合的網絡通信方式，使配電自動化系統的可靠性和安全性提高。

光纖網絡的通信節點數據量小、排列分散，且架設過程耗費的資金較多，這在一定程度上影響了光纖通信的性能和價值。架空明線操作過程較為簡單，但易受外部因素干擾，數據在線路傳輸中的損耗較大，一般作為近距離的傳輸方式應用于電力系統中[9]。在應用現場總線技術時，將現場設備互相連接，能形成開發性的網絡結構。隨著電力行業的不斷發展，人們對數據傳輸的實時性和數據量也提出了更高的要求。電力系統差異化的總線標準，使得配電自動化系統無法形成統一的網絡結構。配電載波系統兼具經濟性優勢和技術難度較大的特征，當區域內突發停電，通過配電載波記載和上傳電表數據時，配電系統容易受到干擾，傳輸效率較低[10]。隨著移動通信網絡和光纖通信的飛速發展，微波通信方式的利用率和關注度逐漸降低，雖然微波技術的傳輸速率要高于其他無線網絡的傳輸速率，但是在1 Hz以上時，微波傳播的繞射能力就會大大削弱，不適用于配電系統。

2.2 Mobitex網絡的組成和技術特點

Mobitex網絡是一種窄帶無線數據專用通信網絡，主要由基站、移動終端交換機、服務器和網絡控制中心組成。基站的主要功能是對區域內的路由流量進行覆蓋和分配，便于對無線通信技術高效利用。Mobitex網絡中的交換機數量較多，但所有的交換機都是通過相同類型的傳輸線路連接的。Mobitex網絡中的服務器，其終端固定，一般是用戶所使用的服務器，本地交換機可以與固定終端通過X.25端口直接連接到服務器上[11]。Mobitex系統中的網絡管理中心可以對整個電力網絡系統進行監控，可以對用戶信息計費、網絡配置等網絡維護運行等任務進行實時處理。通過控制中心還可以對網絡組件和基站進行科學配置，以減少現場處理費用等成本支出。

3 結 論

基于無線窄寬數據通信網下搭建的配電自動化系統，具有工作效率高、運營成本低、傳輸數據高速可靠的優點，能極大滿足用戶和供應商全天候訪問、控制配電自動化系統數據的需求。因此要提高供電質量，提高遠程操控電力網絡分析和處理故障的能力，對電力系統進行設備維護，降低電力企業的經濟成本。自動化電力系統，傳輸數據的速度較快，并且費用很低，可靠性和安全性都很高，可以有效解決電力系統的配電和通信問題，提高對網絡的監控能力，使供電質量得到改善。