配電自動化通信系統(tǒng)研究

王建明

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

在現(xiàn)代社會中，可靠的供電尤為重要，即使是短暫地中斷電力供應(yīng)都會帶來較大的社會影響與經(jīng)濟損失。根據(jù)國外先進配電網(wǎng)的運維經(jīng)驗，提高供電可靠性的有效技術(shù)措施是建設(shè)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。其中，通信系統(tǒng)是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分，整個自動化系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)依賴于可靠的通信，只有通過有效的通信手段，智能終端與遠(yuǎn)方主站才能夠正常收發(fā)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、信息分析與系統(tǒng)控制功能。為此，對通信系統(tǒng)開展專門研究很有必要。

1 配電自動化通信系統(tǒng)的特點

配電自動化所用的通信系統(tǒng)專用于配電網(wǎng)，有其自身的特點。首先，系統(tǒng)終端數(shù)量極多、但每個終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不多。終端數(shù)量極多是由配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)造成的，因為配電網(wǎng)實時運行的變電設(shè)備眾多，每臺設(shè)備均會配置相應(yīng)的智能表計以測量自身的狀態(tài)參數(shù)等信息，這些測量數(shù)據(jù)都需要通過通信系統(tǒng)傳輸至上一級節(jié)點匯總，因此，終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)數(shù)量多便不難理解了。對每一臺設(shè)備來說，終端的測量一般都是電壓、電流等幾個關(guān)鍵量，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量自然也就相對較少。其次，各通信節(jié)點距離相對短、但分布零散。這是因為系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)匯總單元一般都設(shè)立在變電站或者是開閉所內(nèi)，而配電網(wǎng)絡(luò)中站、所距離一般都根據(jù)負(fù)荷中心情況在地理上零散分布，且距離一般在2～3 km內(nèi)，于是通信節(jié)點也隨之有著相同的特點。

2 配電自動化對通信系統(tǒng)的要求

應(yīng)用于配電自動化的通信系統(tǒng)一般有穩(wěn)定性、實時性、雙向性、經(jīng)濟性四個方面的要求。首先是穩(wěn)定性的要求。通信系統(tǒng)的線路大多布設(shè)在戶外，與電力電纜共用走廊，其既可能受到高溫、降水等自然條件影響，也可能受到電力線路的電磁輻射干擾，從而造成信號消失、服務(wù)中斷等情況。因此，要求通信系統(tǒng)必須工作穩(wěn)定，具備良好的抗干擾能力。其次是實時性的要求。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)對數(shù)據(jù)有著實時性的要求，以實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。若通信的延時過大，數(shù)據(jù)傳輸滯后，會嚴(yán)重影響自動化系統(tǒng)的決策。因此，通信系統(tǒng)必須滿足所有數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨?。再次是雙向性的要求。自動化主站除了接收來自子站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，還需要下發(fā)操作指令給子站，要實現(xiàn)此功能，通信系統(tǒng)必須具備雙向通信的能力。最后是經(jīng)濟性的要求。通信系統(tǒng)的建設(shè)需要資金投入，在滿足相關(guān)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，要盡可能優(yōu)化規(guī)劃方案與設(shè)備選型，降低建設(shè)與維護成本，實現(xiàn)通信系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。

3 常見通信方式

配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)常使用光纖通信、現(xiàn)場總線通信、電力線載波通信、無線擴頻通信、GPRS通信等方式，分別介紹如下。

3.1 光纖通信

光纖通信是目前最常見的通信方式之一，其優(yōu)點是通信速度快、抗干擾性強、可靠性高；體積小、重量輕，易敷設(shè)；信號保密性高；缺點是初期建設(shè)成本大，路徑要求高；后期維護成本和技術(shù)要求高，通常適用于對數(shù)據(jù)可靠性要求高、大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膱龊稀?/p>

3.2 現(xiàn)場總線通信

現(xiàn)場總線通信常用于設(shè)備智能終端之間或是與上位機之間的通信，其優(yōu)點是通信建設(shè)成本較低，具有良好的互操作性和互用性、良好的差錯控制能力，同時支持多種布線方式，具有良好的抗干擾性；缺點是系統(tǒng)信息集成能力較弱，系統(tǒng)開發(fā)性可集成性較差，后期維護難度大，適用于智能儀表等現(xiàn)場控制設(shè)備之間、控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的通信。

3.3 電力線載波通信

電力線載波通信將電力線路作為信道，其優(yōu)點是實施方便，組網(wǎng)靈活，通信接口兼容性良好，與電氣網(wǎng)連接可以實現(xiàn)任2個電氣節(jié)點間的通信；而缺點就是信號容易受干擾，且可能存在信號盲區(qū)，同時容易受供電線路中斷影響。

3.4 無線擴頻通信

無限擴頻通信的優(yōu)點是抗干擾性強，隱蔽性好，易于實現(xiàn)碼分多址下信息的有效傳輸，但不便于在數(shù)量較多的分散測控點環(huán)境下使用，最適于集結(jié)分散測控對象的數(shù)據(jù)中心。

3.5 GPRS通信

GPRS也是無線通信的一種，具有通信接入快、資源利用率高、通信速率高、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、通信安全性高的優(yōu)點，其不足之處是其延時不確定，且通信穩(wěn)定性較差，適用于頻繁傳送小數(shù)據(jù)量及非頻繁傳送大數(shù)據(jù)量的場合，在不方便布線的場合也可應(yīng)用。

4 配電自動化通信系統(tǒng)的架構(gòu)

當(dāng)前，大型配電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)主要是主站-子站-終端三層結(jié)構(gòu)。通信系統(tǒng)的作用是使各層級間能夠正常通信，各層級間通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)是由其重要性和對可靠性的需求決定的，因此，首先要對各層級的作用有所了解。

主站層負(fù)責(zé)對整個配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行實時的檢測，開展相應(yīng)的運行分析任務(wù)，提供故障檢測、信號輸出、數(shù)據(jù)交互等功能。同時，通過主站的人機界面，運維人員可輸入操作指令，對配電網(wǎng)進行各種操作。由此可見，主站層是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的中樞，有著最高的重要性，也對可靠性有著最強烈的需求。

子站層是主站與終端間的緩沖層。由于配網(wǎng)的終端節(jié)點數(shù)量極大，不可能將每個終端都直接連到主站，因此需要設(shè)置子站，將從終端收集到的數(shù)據(jù)整合后再送至主站。除了完成主站與終端的數(shù)據(jù)交互任務(wù)，子站也需要提供一部分故障檢測、系統(tǒng)操作等功能，在主站故障或功能失效的情況下，可以承擔(dān)主站角色，對所轄的終端進行監(jiān)測和操作。因此，子站層的重要性也較高，同時也需要較高的可靠性。

終端層是配電網(wǎng)的末梢，其作用是采集開關(guān)、變壓器、互感器等設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并將采集到的內(nèi)容發(fā)送給子站層。終端層的重要性和可靠性需求與其負(fù)責(zé)的設(shè)備相關(guān)，如若監(jiān)測的設(shè)備是重要的變壓器，相比于普通的柱上開關(guān)，則前者需要更加重視。

基于以上分析，可對各層級間的通信架構(gòu)展開討論。對主站-子站間的通信架構(gòu)而言，主站層與子站層之間交換的數(shù)據(jù)量比較大，對信號穩(wěn)定性、保密性和通信即時性要求較高，綜合考慮采用光纖通信才能滿足需求。同時，基于主站在整個系統(tǒng)中的中樞作用，通信架構(gòu)需要有較好的穩(wěn)定性和可靠性，具備較強的抗干擾能力。因此，主站-子站間可構(gòu)建雙環(huán)光纖線路自愈網(wǎng)絡(luò)，在一條光纖通信中斷的情況下，另一條光纖依然可以保證通信順暢。

另外，子站與終端間的通信，子站同樣對數(shù)據(jù)可靠性也有著較高的要求，且接收來自終端的數(shù)據(jù)量多，通常也采用光纖通信方式，但依據(jù)現(xiàn)場實際，也常用GPRS通信與現(xiàn)場控制總線通信，使建設(shè)成本更低。在子站層，為了滿足可靠性的需要，也可構(gòu)建雙環(huán)自愈網(wǎng)絡(luò)。

在終端層，通常采取多個終端并聯(lián)后通過尾部終端將數(shù)據(jù)發(fā)送至子站的方式。并聯(lián)的多個終端距離一般在100 m以內(nèi)，使用RS485等總線技術(shù)即可滿足實用性與經(jīng)濟性的需求。尾部終端與子站之間，視情況可采用光纖通信或是GPRS通信，即可滿足需求。

5 結(jié)語

配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展對通信的要求不斷提高，為了使通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)能滿足主系統(tǒng)的需求，在通信系統(tǒng)設(shè)計的過程中，應(yīng)對其特點及可選的通信方式有所了解，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇適合的通信方式與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，保障通信系統(tǒng)及整個配電自動化系統(tǒng)的正常運行。