基于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)通信方式的研究

雷敏

【摘 要】本文首先介紹配電網(wǎng)自動(dòng)化中通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，詳細(xì)分析配電自動(dòng)化系統(tǒng)的幾種通信方式及基本架構(gòu)和技術(shù)特性，為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的工程實(shí)踐提供參考。

【關(guān)鍵詞】配網(wǎng)；通信；自動(dòng)化；傳輸方式

引言

配電自動(dòng)化是一項(xiàng)集通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，配電系統(tǒng)目的是加強(qiáng)配電網(wǎng)的供電可靠性，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用以及運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

配電網(wǎng)自動(dòng)化的核心思想是實(shí)時(shí)獲取各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在主站系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制下，保證配電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。配電自動(dòng)化是電力系統(tǒng)、自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科融合后的產(chǎn)物，一般認(rèn)為其內(nèi)容包括：配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)分析和優(yōu)化、工作管理系統(tǒng)、負(fù)荷管理等。

由于需要和分布很廣的眾多配電設(shè)備保持聯(lián)系，建設(shè)一個(gè)可靠性高、實(shí)時(shí)性好的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)就成為發(fā)展配電網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵因素之一。

1配電網(wǎng)自動(dòng)化中通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

從通信方案設(shè)計(jì)的角度來看，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

（l）通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站需要對(duì)大量的開閉所、配電變壓器（以下簡(jiǎn)稱配變）、柱上斷路器，分段斷路器等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

（2）通信節(jié)點(diǎn)分布范圍廣，布局分散。單點(diǎn)的信息量較小，對(duì)實(shí)時(shí)性有一定的要求，需要進(jìn)行雙向通信。這就要求設(shè)計(jì)時(shí)必須在以上多個(gè)因素之間進(jìn)行權(quán)衡，才能保證通信方案的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

（3）10kV配電網(wǎng)的發(fā)展有一定的不可預(yù)見性，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式會(huì)頻繁變動(dòng)。因此，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)所采用的通信方案也應(yīng)該能夠適應(yīng)這種經(jīng)常變更的要求。

（4）由于在配電網(wǎng)中很多通信設(shè)備必須安裝在室外或強(qiáng)電環(huán)境中，設(shè)備的抗干擾和抗惡劣環(huán)境的能力也是方案設(shè)計(jì)必須考慮的問題。

2配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式

在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，相比于有線方式，無(wú)線通信方式擁有諸多優(yōu)勢(shì)。

有線通信方式最基本的要求是線路必須延伸至每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)。然而面對(duì)散落在很大范圍內(nèi)的數(shù)量眾多的配電網(wǎng)通信終端，有線通信網(wǎng)在拓?fù)湟?guī)劃、線路的設(shè)計(jì)和施工等方面都將舉步維艱，而無(wú)線通信方式則不存在通信介質(zhì)敷設(shè)的問題。

另一方面，采用星型拓?fù)涞臒o(wú)線通信方式對(duì)外圍節(jié)點(diǎn)位置的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在一定范圍內(nèi)，幾乎不受配電線路拓?fù)渥兓屯ㄐ殴?jié)點(diǎn)位置改變的影響。而有線通信，每次通信終端位置的改變都伴隨著繁瑣的相關(guān)線路的改接。

隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，許多無(wú)線通信方式正在不斷研究、試驗(yàn)和應(yīng)用中，目前比較看好的方式包括以下2種。

（l）基于GPRS的公網(wǎng)傳輸方式。目前，國(guó)內(nèi)已有不少城市的配電網(wǎng)嘗試了此方式，公司已有150臺(tái)配變采用此方式傳輸配電SCADA數(shù)據(jù)。

（2）基于無(wú)線數(shù)字電臺(tái)的方式。香港中華電力公司在其配電自動(dòng)化項(xiàng)目中使用了400套無(wú)線數(shù)字電臺(tái)，在大連、鹽城、濰坊等城市的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中也部分采用了數(shù)字電臺(tái)方式。

3基于GPRS的公網(wǎng)傳輸方式

GPRS（General Paeket Radio Serviee，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）是在現(xiàn)有GSM（Global System for Mobile communieations）網(wǎng)絡(luò)上增加了基于分組應(yīng)用的接口后形成的一種傳輸方式。

GPRS突破了GSM網(wǎng)的9.6kbps的速率限制，理論上最高傳輸數(shù)據(jù)速率可達(dá)171.12kbps。而且GPRS接入速度快，具有持續(xù)性和實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，適合傳輸“頻繁的數(shù)據(jù)量較小的業(yè)務(wù)”，也能承受“偶發(fā)的大數(shù)據(jù)量傳輸”。

由于原有的“基于GSM短信”的配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸方式具有“按條收費(fèi)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)較高、在短信中心服務(wù)器繁忙時(shí)無(wú)法保障信息的可靠及時(shí)性”等缺點(diǎn)，GPRS業(yè)務(wù)一經(jīng)推出，便迅速取代GSM短信方式，成為公網(wǎng)傳輸方式的主流。一個(gè)典型的基于GPRS的配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的模型如圖1所示。

目前，大多數(shù)配電自動(dòng)化信息都是通過FTU（饋電終端單元）和TTU（變壓器終端單元）進(jìn)行采集，然后通過串口線與GPRS終端連接。GPRS終端將該節(jié)點(diǎn)的信息傳輸至基站之后，再由基站轉(zhuǎn)發(fā)至SGSN（Service GPRS Ssupport Node）。信息經(jīng)GPRS骨干網(wǎng)接力后，通過GGSN（Gateway GPRS support Node）連接至運(yùn)營(yíng)商機(jī)房。再通過電力企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商之間的APN專線到達(dá)配電SCADA主站系統(tǒng)。

欲實(shí)現(xiàn)一套基于GPRS的配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)，只需在各節(jié)點(diǎn)增加一臺(tái)GPRS終端設(shè)備和一張SIM卡，再向運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)APN服務(wù)并綁定相關(guān)SIM卡即可。采用這種方案可以充分利用運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)資源，免去了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等復(fù)雜工程。

4基于無(wú)線數(shù)字電臺(tái)的傳輸方式

無(wú)線數(shù)字電臺(tái)是借助DSP技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)。它采用了數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)等技術(shù)，具有前向糾錯(cuò)、均衡軟判決等功能，可以傳輸遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)、數(shù)字化語(yǔ)音、動(dòng)態(tài)圖像等業(yè)務(wù)。如今，數(shù)字電臺(tái)的傳輸速率可達(dá)19.2kbps，收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間小于10ms，而且多數(shù)數(shù)字電臺(tái)提供透明Rs232接口，便于與FTU和TrU進(jìn)行連接。

一般數(shù)字電臺(tái)的標(biāo)稱覆蓋范圍是30～50km，考慮到城市中建筑物遮蔽和干擾等因素，實(shí)際的覆蓋范圍會(huì)小很多。所以可以通過增加中繼站（圖2中的A）來延伸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。但是，由于廣東電網(wǎng)的絕大多數(shù)地市局都實(shí)現(xiàn)了主要變電站間的光纖環(huán)網(wǎng)連接，故可以采用如圖3所示的改進(jìn)型方案。即在變電站建立無(wú)線數(shù)字電臺(tái)的主站，接收周邊的配電終端的信息，轉(zhuǎn)化后通過ZM、以太網(wǎng)或光纖傳回中心站的配電SCADA主機(jī)。這樣既解決了無(wú)線電臺(tái)覆蓋范圍的瓶頸，減少了因無(wú)線電中繼產(chǎn)生的干擾和延時(shí)，也充分利用了電力部門已有的通信資源，一舉多得。

5兩種無(wú)線傳輸方式的比較

5.1成本

單臺(tái)GPRS終端的價(jià)格約為7500元，主站端一般不設(shè)無(wú)線接收設(shè)備，但需要申請(qǐng)一條APN專線。此外，每年還需向運(yùn)營(yíng)商交納費(fèi)用，這將成為一筆不小的負(fù)擔(dān)。

無(wú)線數(shù)字電臺(tái)子站的設(shè)備成本為3500-5500元，主站的成本為7500一12000元。如果采用2.4GH：的公用頻段，則無(wú)需向無(wú)線電委員會(huì)申請(qǐng)，也無(wú)需交納費(fèi)用?？梢?，在成本上，無(wú)線數(shù)字電臺(tái)有優(yōu)勢(shì)。

5.2傳輸速率

GPRS傳輸速率的理論最高值為171，2khps，但在實(shí)際中一般只能提供20一40kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。

無(wú)線數(shù)字電臺(tái)目前已經(jīng)普遍達(dá)到了19.2kbps的傳輸速率?？紤]到目前配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)的傳輸速率一般為1200～9600bps，兩種方式均能滿足要求，GPRS略占優(yōu)勢(shì)。

5.3安裝維護(hù)

由于需要考慮天線的位置、方向性和防雷等因素，相對(duì)而言，無(wú)線數(shù)字電臺(tái)方式在安裝時(shí)較為復(fù)雜。

在維護(hù)上，GPRS方式下，大部分維護(hù)任務(wù)只能由運(yùn)營(yíng)商來完成，也即很多維護(hù)任務(wù)對(duì)供電公司而言是不可控的。而數(shù)字電臺(tái)方式則更符合電力通信專網(wǎng)專用的傳統(tǒng)。

6結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)中的通信技術(shù)一開始就受到業(yè)內(nèi)人士的重視，并進(jìn)行了大量積極的探索和研究，從最初的引進(jìn)國(guó)外同類產(chǎn)品，到消化吸收并能自主研制，在當(dāng)前的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中已有越來越多的國(guó)產(chǎn)通信終端進(jìn)入市場(chǎng)。因此，確定配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方案對(duì)目前實(shí)施中的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程有一定的參考價(jià)值。

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