配電網自動化通信系統的設計

海南電網有限責任公司三亞供電局配電管理中心 劉懷遠

配電網也被成為配電系統，主要以降壓、傳輸等方法利用配電站進行供電。在配電網運行過程中配電網通信設計具有核心性，具有搜集數據、傳遞信息及完善配電網運行狀態等功能，此系統可通過高效的通信方法準確發送控制重心的命令，并將各配電站端及搜集的信息數據及時傳輸回控制中心。在互聯網時代下，配電網自動化通信系統的發展愈發完善，但仍需加強和信息技術與相關設備的配合，以此提高系統的運行效率。

1 配電網自動化通信系統的總體要求

隨著我國社會主義建設逐漸深入，對配電網自動化通信系統提出了更高層次的要求，對通信網絡建設提出更高質的需求。優化自動化通信系統的整體框架和性能，能持續完善通信網絡結構。所以一定要落實設計的總體要求，重視建設規模和自動化水平。配電管理系統（DMS）分為配網自動化系統（DAS）（配電SCADA 系統、饋線自動化（FA）系統、變電所（SA）自動化系統、負荷管理（LM）系統、自動讀表（AMR）系統）與配電系統（GIS）。

提高傳輸能力。此系統的主要功能是對配電網運行進行動態監控，并可精準分析傳送數據。所以在設計時對傳輸能力要求較高，要求有較快的傳輸速度和效率。設備運作時，主站能對FTU、TTU 等整合的數據進行周期召喚，如發現設備故障傳輸數量會迅速增加，可讓工作人員及時處理和反饋。

可靠性。從配電網通信系統運行實際分析可知，很多設備都會暴露于戶外，常常會遭遇極端天氣，降低其功能、出現老化問題。所以在設計時要堅持可靠性原則，提高設計質量、抵抗極端天氣、降低天氣對設備的影響程度。同時雷暴天氣和磁場環境也會影響設備運行效果，在設計時還要考慮抗雷電干擾等因素。同時，配電自動化通信系統要能處理停電等問題，若是故障區需隔離或供電區需停電時，要求配電網自動化通信設備始終維持著良好的運行狀態。

雙向性和時效性。運行時主站和終端間存在上下級傳送關系，所以在設計通信系統時一定要意識到信息雙向傳送的重要性，在運作時要向終端傳輸信息數據，完成前半段傳輸任務。而后半段傳輸任務是終端要將傳輸情況向主站報告。這種模式最終衍生成雙向性信息流動機制，可解決設備故障問題，讓主站在最短時間內掌握終端的運行情況、提高工作效率，為用戶提供更優質的服務。雙向傳遞還能提高故障排查效率，減少人力成本。同時還要求具有時效性，要兼顧可靠性和時效性，避免在搜集和傳輸過程中出現延遲等問題，降低用戶使用體驗[1]。

靈活性。配電網自動化系統擁有多類、大量的監測設備，要接收各類信息數據，通信系統規模大、范圍廣，再加上設備長期暴露在外部環境中，配電網設備功能完備，需處理多種問題，所以需加強通信系統的靈活性和適配性。無論是何種溫度、條件都不能降低系統的精準性和流暢性，要嚴格遵守協議開展通信工作。同時還要方便安裝、拆卸與維護，通過選擇合適的通信協議，提高系統的兼容性。

2 配電網自動化通信方法

我國通信技術快速進步，配電網自動化通信系統能擁有多類通信方式。其中主要有線與無線，前者包含光線通信、配電線載波通信等，后者包含無限擴頻通信等。

2.1 光纖通信

此種通信方法以光波為傳送載體，其中光導纖維具有核心性。其優勢是傳輸數量大、傳送程序衰減低，能滿足長距離傳送要求，抵抗電磁波的能力較強，埋于地下不受影響。一般情況由電端機、光纜和光端機構成，如今光纖通信波長是微米級別，傳輸效果非常好。通過中間再生法可降低噪音影響，轉變波形。此類通信的原理是：以電端機為載體，將多種不同類型的模擬、數字信號轉為電信號，然后由光端機轉為光信號。傳輸過程中以光電二極管為中介接收端檢測傳輸信號，再轉為電信號繼續傳輸。當前，光纖傳輸技術水平日益提高并趨于成熟，設備成本降低、效率變高，在配電網自動化通信領域普遍應用。

2.2 現場總線通信

主要應用于生產現場，通過利用微機化測量控制設備，用其雙向串行數字進行通信，因此此種通信法具有數字化等特征。其技術操作性非常強，無論是多對多還是一對多的通信都能實現，加強了設備、系統之間的交互性，隨著環境變化而變化設計，抗干擾性強、運行穩定[2]，此種通信方式還能應用同軸線纜等設備。應用于配電網自動化通信系統時，能符合FTU 與各個工作站的通信要求，能提高智能模塊的通信效果。

2.3 無線擴頻通信

此種方法非常先進，相比于普通的通信方法需要更遠的帶寬。在通信時，利用高速、高率的擴頻傳輸信息數據，終端也會以此種方法進行接收和恢復。如信噪比條件一致，那么帶寬越寬抗干擾性就越強。同時無線擴頻通信的隱蔽性也很好，用戶僅對自己的擴頻碼進行配比就可以，以此進行信息傳輸，避免用戶相互干擾。應用于配電網自動化通信系統時，無線擴頻通信技術主要適用在小型變電所，同時能滿足進行集結分散測控對象的工作站和配電控制中心的通信要求。

2.4 GPRS 通信

此類通信方式的主體是中國移動公司，以GSM公網為載體創設的無線數據傳輸系統。此類通信方式能連接移動端與數據網絡、方便通信，提高通信速度與服務質量。GPRS 通信具有性價比高、接入快、頻率利用強、安全性強等優勢。對于配電自動化通信系統，應將GPRS 通信用于擁有間斷、傳輸少等特征的傳輸領域。

2.5 載波通信

作為一種較為常見的通信方式，將電力線設置為信息通道，其設備常分布在發電廠等區域。電力與有線載波通信具有相似性，二者原理相通，前者以50Hz 工頻電能為核心維持通信，電流、電壓較大。尤其是隨著我國電能需求愈發大，設備應用愈發頻繁，高頻諧波的影響逐漸加大。相較于普通通信，電力載波通信具有兩類特征。

第一種是耦合器特殊，電流、電壓大，所以需配備高質量、抗高壓的耦合元件，保證載波通信設備與電力設備良性接觸。此類元件既需要良好傳輸工頻電流，也需要傳輸載波信號。第二類是通頻帶特殊，此類通信具有在電力網架空線路、50Hz 工頻諧波及無線通信信號方面具有特殊性，會產生一定影響，由此要嚴格遵守我國規定的頻帶范圍。同時其干擾源也非常特殊，電暈現象影響嚴重，特殊信噪比需提高發信功率。相較于普通通信方式，此種通信方式能降低通信成本、建設成本，不需要鋪設專用通信線路，例如電話線等。覆蓋范闊廣，在通信規模方面無可比擬，能夠覆蓋各個用戶，為通信網發展創造廣闊空間。

3 配電網自動化通信系統的設計構思

3.1 層次劃分

配電網自動化通信系統由多個結構構成，不僅有傳輸速度快、容量大、時效性強的區域到中心的通信，還有FTU 與TTU，前者是線路分段開關測控裝置，后者是配電變壓器測控裝置，二者非常重視通信的可靠性，同時還有不具有上述優勢但通信數量很大的智能電能表到中心的通信。由此可知，傳統的通信方式非常單一，不能滿足日益發展的配電網自動化通信系統的需求，要依據系統功能需求，將其劃分為三層。

首先是主干道通信層，其主要應用于區域工作站、系統中心的通信，具有核心作用，傳輸速度快、容量龐大，并能具有加強可靠性，其質量直接決定著整體系統和網絡的效果；其次是基礎通信層，主要通過FTU 與TTU 進行區域工作站通信，將主干道通信層搜集的信息數據傳輸到控制中心立。第二通信層雖然傳輸數量較小，但具有可靠性、時效性等優勢，其質量影響范圍只限于部分網絡；最后是末端通信層，通過智能電能表設置的TTU 進行通信，通過二層通信將信息數據傳送給區域工作站，同樣傳輸數據數量較小，對時效性和傳送速度要求不高，但非常重視傳送的可靠性[3]。

圖1 配電網自動化通信系統層次圖

3.2 混合通信系統設計

3.2.1 考慮要素

可應用主網、配網已經設置的通信設施，如開閉所的通信光纖等，能減少建設成本和資源浪費，避免出現重復建設情況。為提高處理配電網自動化系統搜集的復雜、龐大的信息數據的效率，可建設區域工作站，其主要功能是搜集、管控和傳輸FTU與TTU 的數據信息，其范圍取決于配電網的具體情況。對于區域工作站，可先建設開閉所、變電站，既能減少廠房建設成本、還能雙向利用資源。

如應用雙絞線通信，還能降電力線路設為通信走廊，節約資源。無論通信層采用各種通信方式，都要綜合考量通信的時效性、傳輸數量等要素，同時還要考慮以地形地勢為代表的外在要素。如，一般情況下第二通信層可應用雙絞線或者無線擴頻，但在崎嶇的山區只能應用雙絞線，并還要依據不同層次采取的不同通信方法，配置不同的通信規約。

3.2.2 通信方式的選定

選擇通信方式時，既要考慮配電網自動化通信需求，也要符合經濟效益。可依據不同通信層次的要求，將其選定的通信方法糅合，最終建構混合通信系統，充分發揮通信方式優勢，規避缺陷，解決系統中的復雜難題。

第一層通信，要應用質量高、成本高的通信設備，如光纖等。在系統調節自動化、打造無人值班的變電站過程中，從調度中心到變電站都設置了光纖等設備，如果加強區域和變電站的集合，就可將預先設置的通信設備作為第一通信層，可直接將信息數據傳送到控制中心，減少了通信成本、提升了通信質量；第二通信層要應用雙絞線等通信設備，在選擇時要綜合考量地區情況；第三通信層要集中力量解決抄表問題，其不要求時效性和可靠性，但面對通信點直接影響著國民生活和投資量，需采用低壓多路數字載波。對于抄表問題，可利用TTU 將電量傳輸給控制中心，或也可設計電話機抄系統。3.2.3 混合通信系統特征

首先此種系統可綜合多種層次和通信方式，融合此些通信方式的優勢，提升通信質量，合理利用資源，性價比非常高；其次可應用原有設備，避免重新建設和花銷；最后，雖然多種方式并存的優勢顯著，但也提高了傳送信息數據的難度。

3.3 通信規約

因此系統融合了多種通信方式，所以一定要加強規約建設。如今主要采用的規約有應答式規約、對等式規約等，但并不能完全符合自動化系統的要求。如，系統中區域站的規模和容量大、但FTU 與TTU 容量小。傳統規約主要應用于中等規模的終端，不能滿足FTU 與TTU 的要求。同時大部分規約不能滿足遠方下定值等要求。所以在運行配電網自動化系統時要做好傳統規約的擴展工作，要動態調整應答式規約。但無論是修改應答式規約還是循環式規約都存在一定問題，需在兼顧通信技術與經濟效益基礎上設計混合通信系統[4]。

綜上，在設計配電網自動化通信系統時，要精準掌握設計要求，詳細分析設計過程中產生的各種問題，針對性解決。不能局限于單方面的通信，要意識到混合通信的重要性，充分利用各項技術和通信方法，提高自動化系統的運行水平。要堅持從實際出發，根據不同的環境、標準進行調整、改良和完善，加大人力物力投入，充分發揮配電網自動化系統的作用、發掘其價值，改善電力環境，提高生產方式各和生活水平。