配網(wǎng)自動化通信技術(shù)探討

張榮華

【摘要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及人民生活水平的提高，用戶對供電質(zhì)量提出了更高的要求，通信作為保障配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的手段顯得越來越重要；文章結(jié)合配網(wǎng)自動化通信技術(shù)，分析各種通信方式在配網(wǎng)自動化中的應(yīng)用。

一、概述

配網(wǎng)自動化，是利用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故下的檢測、保護(hù)、控制、計量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，改進(jìn)電能質(zhì)量、提高供電可靠性、提高配網(wǎng)運行管理水平以及提高供電企業(yè)為用戶服務(wù)水平，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。

配網(wǎng)自動化通信是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，是配網(wǎng)自動化的神經(jīng)系統(tǒng)。配電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)信息的采集傳輸，配電網(wǎng)運行狀態(tài)的改變、配電網(wǎng)的優(yōu)化均通信通信系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的關(guān)鍵在于通信。

二、配網(wǎng)自動化研究現(xiàn)狀

配網(wǎng)自動化是西方國家70年代提出的概念，經(jīng)過20多年的發(fā)展，到上世紀(jì)90年代在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理等方面基本形成成熟的理論和實用化應(yīng)用。國外配網(wǎng)自動化系統(tǒng)已經(jīng)形成了集變電所自動化、饋線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)程抄表等系統(tǒng)于一體的配電管理系統(tǒng)，如歐洲法國、亞洲日本、韓國等國家都根據(jù)國內(nèi)實際需求實現(xiàn)配網(wǎng)自動化，并取得較好效果。

國內(nèi)配網(wǎng)自動化起步于上世紀(jì)90年代，較國外發(fā)達(dá)國家滯后20年，至今一直都有配電網(wǎng)自動化的探索和研究，其間曾對配電網(wǎng)GIS、配電網(wǎng)SCADA、配電網(wǎng)DA均做過研究和試點，取得了一些經(jīng)驗，但由于受通訊技術(shù)條件和一次設(shè)備的限制，沒有取得實用性的成功。全國大部分配網(wǎng)自動化項目在具體的實施過程中主要以試點為主，大規(guī)模的推廣仍然沒有進(jìn)行。隨著配網(wǎng)一次設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，近年進(jìn)行的配電網(wǎng)自動化局部項目應(yīng)用研究的成功，為配電網(wǎng)自動化的規(guī)劃建設(shè)打下了良好基礎(chǔ)。

三、配網(wǎng)自動化通信技術(shù)

配網(wǎng)自動化通信技術(shù)按通信介質(zhì)可分為有線通信和無線通信方式，有線通信技術(shù)包含配電線載波以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）、工業(yè)以太網(wǎng)；無線通信技術(shù)包含微波通信、無線專網(wǎng)（如WiMAX）、無線公網(wǎng)（如GPRS、3G）等。

3.1有線通信方式

配電線載波：配電線載波通信方式是利用已有的電力架空明線或地埋電纜通過配電載波設(shè)備來傳遞語音和數(shù)據(jù)，其優(yōu)點是：利用現(xiàn)有的配電線路傳輸不需另鋪專用通信線路，能連接電網(wǎng)關(guān)心的任何測控點；窄帶技術(shù)簡單，價格低廉和容易實現(xiàn)的特點；其缺點是：由于其線路及元件參數(shù)非常復(fù)雜，電網(wǎng)中不同容量的配電變壓器，不同電壓等級的輸電線路噪音，大量用戶電器頻繁操作產(chǎn)生的脈沖雜音導(dǎo)致載波信號在配電網(wǎng)中傳輸時信息衰減、反射，信號接收困難，數(shù)據(jù)傳輸速率較低；容易受到干擾、非線性失真和信道間交叉調(diào)制的影響。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)：EPON采用點到多點結(jié)構(gòu)、光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，他有高帶寬、低成本、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組、與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容、方便管理；系統(tǒng)由光配線網(wǎng)（ODN﹙）、局端機(jī)房設(shè)備OLT﹚、用戶終端設(shè)備（ONU）三個部分組成。

局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機(jī)房、無需配備電源、無需有源設(shè)備維護(hù)人員，因此，可有效節(jié)省建設(shè)和運營維護(hù)成本；采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達(dá)20公里。因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力。

EPON在配網(wǎng)自動化通信中的優(yōu)勢：（1）服務(wù)范圍廣，節(jié)約光纖資源。（2）具有較高的安全可靠性。（3）成本低，維護(hù)簡單，容易擴(kuò)展，易于升級。（4）非常高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。（5）完善的網(wǎng)管功能。（6）安裝方便。

工業(yè)以太網(wǎng)：工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)的方式可以是環(huán)形、樹形、鏈型等的混合結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點在于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，因此在各種以太網(wǎng)之間可以實現(xiàn)無縫連接，以太網(wǎng)具備高帶寬、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、擴(kuò)展性好、容易安裝以及高可靠性等特點，但是，在配網(wǎng)自動化通信中，點到多點、擴(kuò)容性、抗多點失效等要求工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)仍難以滿足。

3.2無線通信方式

（1）微波通信。微波是指頻率大于1GH z的電波，微波傳輸容量大、傳輸距離長、穩(wěn)定性能好，但微波只能在可視范圍內(nèi)沿直線傳播，繞射能力差，是點到點的通信技術(shù)，不適合多點通信，若傳輸距離大于50km或通信兩點之間有遮擋時，需要增加中繼器；微波中繼通信由微波收發(fā)信機(jī)、天線和微波線路組成，微波通信的缺點是受氣候、地理條件影響比較大，同時需要向工信部申請頻率。（2）無線專網(wǎng)（WiMax）。WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access）全球微波互聯(lián)接入無線局域網(wǎng)技術(shù)，采用IEEE 802.16的系列寬頻無線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，提供固定、移動、便攜形式的無線寬帶高速連接，并最終能夠在不需要直接視距基站的情況下提供移動無線寬帶連接；數(shù)據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50kM，WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高等優(yōu)點。WiMax無線專網(wǎng)技術(shù)技術(shù)雖然已經(jīng)較為成熟，但在我國的專用頻段還未分配，對于電力行業(yè)使用的無線頻譜資源，需要向工信部申請；未來國家對于頻譜資源的配置管理政策是否會有變化，目前無法明確。（3）無線公網(wǎng)。GPRS（General Packet Radio Service）是封包交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，傳輸速率可以達(dá)到115kbit/s，基于GPRS的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠、覆蓋面廣、數(shù)據(jù)傳輸速度快，能滿足電力通信網(wǎng)對通信速度的要求；采用GPRS通信技術(shù)，通過基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配電自動化系統(tǒng)通信方案，方案由以下兩部分組成：一是主控服務(wù)器，放置在配電管理中心，可以采用互聯(lián)網(wǎng)方式或者中國移動提供的專線接入；二是GPRS數(shù)據(jù)終端，通過某種方式（如RS232）與遠(yuǎn)方終端相連接，每個終端都可以接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，這樣，遠(yuǎn)方終端所采集的數(shù)據(jù)通過GPRS數(shù)據(jù)終端傳送至配網(wǎng)管理中心，而各種操作命令亦通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)給遠(yuǎn)方終端。

利用GPRS通信技術(shù)組建的配電自動化系統(tǒng)也有明顯的缺點，在GPRS網(wǎng)中往往是話音優(yōu)先，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信處于不穩(wěn)定狀態(tài)，另外由于采用簡單的通信傳輸協(xié)議而使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩缘貌坏匠浞直Ｕ稀?/p>

3G（3rd-generation）第三代移動通信技術(shù)是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)。目前國際電聯(lián)接受的3G標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種：WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA，3G技術(shù)的主要優(yōu)點是能極大地增加系統(tǒng)容量、提高系統(tǒng)質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，速率一般在幾百kbps以上。無線公網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用范圍廣，可用性高，建設(shè)投資小、建設(shè)速度快、可擴(kuò)展性強(qiáng)；組網(wǎng)靈活、具備數(shù)據(jù)透傳。但安全性和實時性較低，后期費用高，工程維護(hù)等受到運營商的限制。

四、結(jié)術(shù)語

配電網(wǎng)通信是配電網(wǎng)自動化的重要組成部分，通信系統(tǒng)的安全可靠是實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的重要保障。從目前成熟的通信手段看，沒有一種通信方式能夠單獨滿足配電網(wǎng)通信的要求，應(yīng)本著可靠性、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的原則，根據(jù)使用場合、通信速率、實時性、安全性、可靠性和數(shù)據(jù)量的要求，針對各通道的投資和維護(hù)費用等先進(jìn)行技術(shù)論證，因地制宜綜合采用多種通信方式的組合。