基于縣城配電自動化通信系統(tǒng)建設(shè)

安志國 胡金路 張海粟

0 引言

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的逐步提高，社會對電網(wǎng)的安全及可靠性提出了更高的要求。國家電網(wǎng)公司為了提高整體供電質(zhì)量，改變了以往的重輸電輕配電的觀念，加大了對配電網(wǎng)領(lǐng)域的投入力度。通信系統(tǒng)的建設(shè)是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是否可用的重要因素之一，提高通信系統(tǒng)的可靠性，可以為配電自動化的快速故障定位，切除故障區(qū)域，恢復(fù)非故障區(qū)域供電提供有效途徑。

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)分為四部分, 即配電主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配電終端以及配電開關(guān)設(shè)備。配電主站是整個配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)控、管理中心，配電終端采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并接收主站下發(fā)的控制命令，配電主站與配電終端二者之間的信息交互依靠通信系統(tǒng)完成，配電開關(guān)設(shè)備與配電終端配合完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集以及配電主站下發(fā)配電終端的控制命令。

1 配電網(wǎng)自動化對通信系統(tǒng)要求

配電網(wǎng)自動化對通信系統(tǒng)的要求取決于配電自動化的規(guī)模、復(fù)雜程度和預(yù)期達到的自動化水平，具體要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）設(shè)備應(yīng)具備高可靠性要求

配電網(wǎng)自動化設(shè)備大部分長期運行在戶外，設(shè)備要長期經(jīng)受各種不利氣候條件的考驗，如雨、雪、冰雹、狂風(fēng)、暴雨等，長期暴露在陽光下導(dǎo)致材料的老化和高溫對元器件壽命的影響，還要抵抗周圍環(huán)境中的各種強電磁干擾。

（2）容量滿足電力需求增長的要求，具備可擴容能力

用電負荷量在以20%的速度增長，建設(shè)通信系統(tǒng)不僅要能滿足目前配電自動化的要求，還應(yīng)該考慮未來配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)升級、擴容的需要，甚至將來的營配調(diào)一體化和分布式電源并網(wǎng)對通信的要求。

（3）設(shè)備具備雙向通信能力和通信速度的要求

通信系統(tǒng)必須滿足配電主站和終端間的數(shù)據(jù)雙向交互要求，同時需要滿足配電網(wǎng)自動化對通信速率要求，對于三遙配電自動化終端，通信速率須在1200bit/s以上。

（4）設(shè)備具備低功耗功能，不受電網(wǎng)短時停電或短時故障的影響

配電網(wǎng)自動化實現(xiàn)故障的定位、隔離以及快速恢復(fù)供電過程中，需要保證停電區(qū)域的配電終端與配電主站的可靠的實時通信，否則故障區(qū)域的恢復(fù)不可能實現(xiàn)。目前配電終端基本上采用鉛酸電池或超級電容作為后備電源。電網(wǎng)故障或短時中斷時，通信設(shè)備依靠配電終端中的后備電源提供工作電源，尤其超級電容為后備電源時，對通信設(shè)備的低功耗要求相當(dāng)強烈。

（5）通信設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化，便于后期的維護

由于配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)十分龐大，通信系統(tǒng)也相當(dāng)復(fù)雜，甚至有些地方新老設(shè)備、多種通信方式并存，而通信系統(tǒng)技術(shù)維護人員不是專業(yè)的技術(shù)人員，不會精通各種類型的通信設(shè)備，直接導(dǎo)致系統(tǒng)后期維護困難，所以通信應(yīng)盡量使用具有通用性、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備，或者盡可能減少設(shè)備種類，以便技術(shù)人員的后期維護與應(yīng)用。

2 各種通信方式的對比與分析

（1）無源光網(wǎng)絡(luò)Epon通信技術(shù)

Epon是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，在物理結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流上實現(xiàn)了點到多點結(jié)構(gòu)，光傳輸上實現(xiàn)了無源分光器（無需工作電源），物理層采用了Pon技術(shù)，利用Pon的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入，基于以太網(wǎng)協(xié)議之上提供多種業(yè)務(wù)服務(wù)，綜合了Pon技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點：低成本、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、保密性好、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務(wù)重組，繼承了以太網(wǎng)的兼容性，方便的管理，非常適合配電網(wǎng)的通信模式。

Epon系統(tǒng)主要由OLT、ODN、ONU組成，可以完成如下各種拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，滿足各種配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖（見圖1）。

Epon相對于無線技術(shù)的優(yōu)缺點：

1）帶寬高出無線幾個數(shù)量級，數(shù)據(jù)傳輸延時短，對實時業(yè)務(wù)支持好；

2）屬于專用有線通道，安全保密性較好；

3）使用上不存在盲區(qū)和死角；

4）支持動態(tài)帶寬分配，具有更好的帶寬分配特性；

5）沿配電線路鋪設(shè)專用光纖，施工周期長，費用高。

（2）無線公網(wǎng)通信技術(shù)

GPRS是采用移動現(xiàn)有的語音信號上的一種數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，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?。GPRS是半雙工通信方式，不能同時雙向收發(fā)數(shù)據(jù),平均傳輸時延較大。當(dāng)短消息猛增時，容易發(fā)生信道堵塞，導(dǎo)致通信不暢。

GPRS無線公網(wǎng)通信的優(yōu)缺點：

1）無需施工布線，具有快速部署，可以作為有線通信的補充；

2）具有通信盲區(qū)，帶寬較窄，延時長；

圖1 Epon組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3）安全保密性低，各種環(huán)境影響，穩(wěn)定性低于有線；

4）一旦使用就會發(fā)生費用，同時運行質(zhì)量在相當(dāng)程度上依賴移動運營商。

（3）配電線載波

配電線載波通信是利用現(xiàn)有電力線傳輸通信信號，把信號沿著配電線路傳輸?shù)礁鱾€環(huán)節(jié)，而不必考慮鋪設(shè)專用線路，加上工作頻段20～500kHz是無線電管理委員會分配給電力系統(tǒng)使用的合法工作頻段，所以電力公司喜歡采用電力載波通信。

配電線載波按耦合方式的不同，分為兩相對地傳輸、相對相傳輸、相對地傳輸。配電線載波的優(yōu)缺點：

1）不需要另鋪專用通信線路，能連接電網(wǎng)中的任何測控點；

2）數(shù)據(jù)傳輸速率較低，且只能進行點對點通信，

3）易受一次網(wǎng)架和外界電磁干擾，導(dǎo)致載波通道短時中斷；

（4）230MHz無線專網(wǎng)技術(shù)。

無線專網(wǎng)技術(shù)包括WiFi、藍牙、ZigBee等短距離無線通信技術(shù)，223～232MHz頻段是國家無線電管委會統(tǒng)一分配給電力系統(tǒng)，作為電力負荷控制通信使用。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前230MHz采用了OFDM、MIMO等新技術(shù)，將多個頻段組合在一起，形成一個寬帶傳輸模式，與以往的無線專網(wǎng)相比，在傳輸速率、實時性、管理能力等方面已經(jīng)取得了改善。

無線專網(wǎng)通信的優(yōu)缺點：

1）無需鋪設(shè)專線，具有快速建設(shè)，不存在盲區(qū)問題；

2）獨占資源，通信信道使用具有唯一性，專屬于電力企業(yè)，系統(tǒng)通信安全性高；

3）同時刻同頻段只能有一臺與主站進行數(shù)據(jù)交互，通信速率較低，時延長；

4）受環(huán)境影響，穩(wěn)定性低于有線；

5）需要建設(shè)基站，以基站為中心一定范圍內(nèi)可使用，通信盲區(qū)需要設(shè)立中繼來解決。

3 縣城級配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的應(yīng)用方案

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)工程，一般是采用分步驟、分階段的進行建設(shè)，所以在建設(shè)過程中會存在不同廠家、不同批次的配電終端和通信設(shè)備、從而導(dǎo)致配電網(wǎng)自動化不可能按照一種固定模式建設(shè)。

筆者認為配電網(wǎng)自動化不可只追求技術(shù)先進和功能強大等方面，還需要結(jié)合目前現(xiàn)有一次網(wǎng)架情況，以及可利用資金等綜合考慮，分階段分步驟建設(shè)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。結(jié)合多年從事配電網(wǎng)自動化工作經(jīng)驗，針對通信部分的建設(shè)總結(jié)如下幾條經(jīng)驗供參考。

1）對于新建設(shè)配電線路，優(yōu)先考慮采用光纖Epon通信系統(tǒng)，對于手拉手環(huán)網(wǎng)供電的配電線路組建全保護總線鏈型通信網(wǎng)絡(luò)，而對于輻射型配電線路組建基礎(chǔ)樹形圖通信網(wǎng)絡(luò)。如果受資金條件的限制，可前期采用GPRS通信方式或者現(xiàn)有的電力載波完成初期的建設(shè)，待時機成熟后升級為Epon，但是前期建設(shè)需要考慮預(yù)留光纖等設(shè)備的安裝位置；

圖2 GPRS組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2）對于已經(jīng)部分線路實現(xiàn)了配電電自動化的線路，如果具備局部升級改造條件，直接升級為光纖Epon通信網(wǎng)絡(luò)，否則繼續(xù)沿用現(xiàn)在的通信系統(tǒng)，留于后續(xù)系統(tǒng)升級完善；

3）對于山區(qū)、草原、農(nóng)村的配電線路，建設(shè)配電自動化建議優(yōu)先考慮配電線載波通信系統(tǒng)，這些區(qū)域用電負荷較小，故障率相對較低。也可采用GPRS無線通信方式，既可以降低施工難度，又能達到目的，但是需要考慮終端安裝地的移動信號情況；

4）對于較小的縣城城區(qū)，建設(shè)配電自動化優(yōu)先考慮采用無線專網(wǎng)的方式，以基站為中心不超過3km范圍內(nèi)都可以實現(xiàn)無線專網(wǎng)的連接。

總之，對于目前的配電自動化建設(shè)初期，可能各個地方的網(wǎng)架條件、基礎(chǔ)設(shè)施等不同，所以會出現(xiàn)各種通信方式的配電自動化，加上配電自動化系統(tǒng)的分階段、分批次的建設(shè)，所以短時間內(nèi)各種通信方式會并存。這也是目前配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用不太理想的原因之一。

4 結(jié)束語

配電自動化建設(shè)是一項綜合技術(shù)，耗費巨大資源的一項工程，所以建設(shè)周期較長，且各個區(qū)域的一次網(wǎng)架等基礎(chǔ)設(shè)施不一，所以建設(shè)模式不會完全一樣，結(jié)合自己的企業(yè)的經(jīng)濟實力，做好長期規(guī)劃，分步驟，分階段地實施，建設(shè)適合本企業(yè)的配電自動化系統(tǒng)。

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