配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司三亞供電局配電管理中心 劉懷遠(yuǎn)

配電網(wǎng)也被成為配電系統(tǒng)，主要以降壓、傳輸?shù)确椒ǎ门潆娬具M(jìn)行供電。在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中配電網(wǎng)通信設(shè)計(jì)具有核心性，同時(shí)具有搜集數(shù)據(jù)、傳遞信息以及完善配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等功能，此系統(tǒng)可以通過高效的通信方法，準(zhǔn)確發(fā)送控制重心的命令，并且將各配電站端以及搜集的信息數(shù)據(jù)，及時(shí)傳輸回控制中心。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的發(fā)展愈發(fā)完善，但仍需要加強(qiáng)和信息技術(shù)與相關(guān)設(shè)備的配合，以此提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的總體要求

隨著我國社會(huì)主義建設(shè)逐漸深入，對配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)提出了更高層次的要求，也對通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出更高質(zhì)的需求。優(yōu)化自動(dòng)化通信系統(tǒng)的整體框架和性能，持續(xù)完善通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所以要落實(shí)設(shè)計(jì)的總體要求，重視建設(shè)規(guī)模和自動(dòng)化水平[1]。

1.1 提高傳輸能力

圖1 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要功能是對配電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并且可以精準(zhǔn)分析傳送數(shù)據(jù)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，對傳輸能力要求較高，要求有較快的傳輸速度和效率。設(shè)備運(yùn)作時(shí)，主站能對FTU、TTU 等整合的數(shù)據(jù)進(jìn)行周期召喚，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，傳輸數(shù)量會(huì)迅速增加，可以讓工作人員及時(shí)處理和反饋。

1.2 可靠性

從配電網(wǎng)通信系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際分析可知，很多設(shè)備都會(huì)暴露于戶外，常常會(huì)遭遇極端天氣，降低其功能，出現(xiàn)老化問題。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要堅(jiān)持可靠性原則，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，抵抗極端天氣，降低天氣對設(shè)備的影響程度。同時(shí)雷暴天氣和磁場環(huán)境也會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行效果，在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮抗雷電干擾等因素。同時(shí)，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)要能處理停電等問題，若是故障區(qū)需要隔離或者供電區(qū)需要停電時(shí)，要求配電網(wǎng)自動(dòng)化通信設(shè)備始終維持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 雙向性和時(shí)效性

運(yùn)行時(shí)，主站和終端之間存在上下級(jí)傳送關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)一定要意識(shí)到信息雙向傳送的重要性，在運(yùn)作時(shí)，要向終端傳輸信息數(shù)據(jù)，完成前半段傳輸任務(wù)。而后半段傳輸任務(wù)是，終端要將傳輸情況向主站報(bào)告。這種模式最終衍生成雙向性信息流動(dòng)機(jī)制，可以解決設(shè)備故障問題，讓主站在最短時(shí)間內(nèi)掌握終端的運(yùn)行情況，提高工作效率，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。雙向傳遞能提高故障排查效率，減少人力成本。同時(shí)還要求具有時(shí)效性，要兼顧可靠性和時(shí)效性，避免在搜集和傳輸過程中出現(xiàn)延遲等問題，降低用戶使用體驗(yàn)。

1.4 靈活性

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)擁有多類、大量的監(jiān)測設(shè)備，要接收各類信息數(shù)據(jù)，通信系統(tǒng)規(guī)模大、范圍廣，再加上設(shè)備長期暴露在外部環(huán)境中，配電網(wǎng)設(shè)備功能完備，需要處理多種問題，所以需要加強(qiáng)通信系統(tǒng)的靈活性和適配性。無論是何種溫度、條件，都不能降低系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和流暢性，要嚴(yán)格遵守協(xié)議開展通信工作。同時(shí)，還要方便安裝、拆卸與維護(hù)，通過選擇合適的通信協(xié)議，提高系統(tǒng)的兼容性。

2 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信方法

如今，我國通信技術(shù)快速進(jìn)步，對于配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)，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(kuò)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(dǎo)纖維具有核心性。其優(yōu)勢是傳輸數(shù)量大、傳送程序衰減低，能夠滿足長距離傳送要求，并且抵抗電磁波的能力較強(qiáng)，埋于地下不受影響。一般情況下，其由電端機(jī)、光纜和光端機(jī)構(gòu)成，如今，光纖通信波長是微米級(jí)別，傳輸效果非常好。通過中間再生法，可以降低噪音影響，轉(zhuǎn)變波形。此類通信的原理是：以電端機(jī)為載體，將多種不同類型的模擬、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，然后由光端機(jī)轉(zhuǎn)為光信號(hào)。傳輸過程中，以光電二極管為中介，接收端檢測傳輸信號(hào)，再轉(zhuǎn)為電信號(hào)繼續(xù)傳輸。當(dāng)前，光纖傳輸技術(shù)水平日益提高并趨于成熟，設(shè)備成本降低、效率變高，在配電網(wǎng)自動(dòng)化通信領(lǐng)域普遍應(yīng)用。

2.2 現(xiàn)場總線通信

此種方法主要應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，通過利用微機(jī)化測量控制設(shè)備，用其雙向串行數(shù)字進(jìn)行通信，因此此種通信法具有數(shù)字化等特征。其技術(shù)操作性非常強(qiáng)，無論是多對多，還是一對多的通信都能實(shí)現(xiàn)，加強(qiáng)了設(shè)備、系統(tǒng)之間的交互性，隨著環(huán)境變化而變化設(shè)計(jì)，抗干擾性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定[2]，此種通信方式還能應(yīng)用同軸線纜等設(shè)備。應(yīng)用于配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)時(shí)，能夠符合FTU 與各個(gè)工作站的通信要求，提高智能模塊的通信效果。

2.3 無線擴(kuò)頻通信

此種方法非常先進(jìn)，相比于普通的通信方法，無線擴(kuò)頻通信需要更遠(yuǎn)的帶寬。在通信時(shí)，利用高速、高率的擴(kuò)頻傳輸信息數(shù)據(jù)，終端也會(huì)以此種方法進(jìn)行接收和恢復(fù)。如果信噪比條件一致，那么帶寬越寬，抗干擾性就越強(qiáng)。同時(shí)無線擴(kuò)頻通信的隱蔽性也很好，用戶僅對自己的擴(kuò)頻碼進(jìn)行配比就可以，以此進(jìn)行信息傳輸，避免用戶相互干擾。應(yīng)用于配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)時(shí)，無線擴(kuò)頻通信技術(shù)主要適用在小型變電所，同時(shí)，能滿足進(jìn)行集結(jié)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(dòng)公司，以GSM公網(wǎng)為載體，創(chuàng)設(shè)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。此類通信方式能連接移動(dòng)端與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，方便通信，提高通信速度與服務(wù)質(zhì)量。GPRS 通信具有性價(jià)比高、接入快、頻率利用強(qiáng)、安全性強(qiáng)等優(yōu)勢。對于配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)，應(yīng)該將GPRS 通信用于擁有間斷、傳輸少等特征的傳輸領(lǐng)域。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)思

3.1 層次劃分

配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)由多個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，不僅有傳輸速度快、容量大、時(shí)效性強(qiáng)的區(qū)域到中心的通信，還有FTU 與TTU，前者是線路分段開關(guān)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(shí)雖然不具有上述優(yōu)勢但是通信數(shù)量很大的智能電能表到中心的通信。由此可知，傳統(tǒng)的通信方式非常單一，不能滿足日益發(fā)展的配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的需求。要依據(jù)系統(tǒng)功能需求，將其劃分為三層。首先，主干道通信層，其主要應(yīng)用于區(qū)域工作站、系統(tǒng)中心的通信，具有核心作用，傳輸速度快、容量龐大，并且還能具有加強(qiáng)可靠性，其質(zhì)量直接決定著整體系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的效果。其次，基礎(chǔ)通信層，主要通過FTU 與TTU 進(jìn)行區(qū)域工作站通信，將主干道通信層搜集的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行牧ⅰ５诙ㄐ艑与m然傳輸數(shù)量比較小，但是具有可靠性、時(shí)效性等優(yōu)勢，其質(zhì)量影響范圍只限于部分網(wǎng)絡(luò)。最后就是末端通信層，通過上述提及的智能電能表設(shè)置的TTU 進(jìn)行通信，通過二層通信將信息數(shù)據(jù)傳送給區(qū)域工作站，同樣傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量較小，對時(shí)效性和傳送速度要求不高，但是非常重視傳送的可靠性[3]。

圖2 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)層次圖

3.2 混合通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 考慮要素

可以應(yīng)用主網(wǎng)、配網(wǎng)已經(jīng)設(shè)置的通信設(shè)施，例如開閉所的通信光纖等，能夠減少建設(shè)成本和資源浪費(fèi)，避免出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)情況。為了提高處理配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)搜集的復(fù)雜、龐大的信息數(shù)據(jù)的效率，可以建設(shè)區(qū)域工作站，其主要功能是搜集、管控和傳輸FTU 與TTU 的數(shù)據(jù)信息，其范圍取決于配電網(wǎng)的具體情況。對于區(qū)域工作站，可以先建設(shè)開閉所、變電站，既能減少廠房建設(shè)成本，還能雙向利用資源。如果應(yīng)用雙絞線通信，還能降電力線路設(shè)為通信走廊，節(jié)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(shí)效性、傳輸數(shù)量等要素，同時(shí)還要考慮以地形地勢為代表的外在要素。例如，一般情況下，第二通信層可以應(yīng)用雙絞線或者無線擴(kuò)頻，但是在崎嶇的山區(qū)只能應(yīng)用雙絞線，并且還要依據(jù)不同層次采取的不同通信方法，配置不同的通信規(guī)約。

3.2.2 通信方式的選定

選擇通信方式時(shí)，既要考慮配電網(wǎng)自動(dòng)化通信需求，也要符合經(jīng)濟(jì)效益。可以依據(jù)不同通信層次的要求，將其選定的通信方法糅合，最終構(gòu)建混合通信系統(tǒng)，充分發(fā)揮通信方式優(yōu)勢，規(guī)避缺陷，解決系統(tǒng)中的復(fù)雜難題。第一層通信，要應(yīng)用質(zhì)量高、成本高的通信設(shè)備，例如光纖等。在系統(tǒng)調(diào)節(jié)自動(dòng)化、打造無人值班的變電站過程中，從調(diào)度中心到變電站都設(shè)置了光纖等設(shè)備，如果加強(qiáng)區(qū)域和變電站的集合，就可以將預(yù)先設(shè)置的通信設(shè)備作為第一通信層，可以直接將信息數(shù)據(jù)傳送到控制中心，減少通信成本，提升通信質(zhì)量。第二通信層，要應(yīng)用雙絞線等通信設(shè)備，在選擇時(shí)要綜合考量地區(qū)情況。第三通信層要集中的力量解決抄表問題，根據(jù)前文所述可知，其不要求時(shí)效性和可靠性，但是面對通信點(diǎn)直接影響著國民生活和投資量，需要采用低壓多路數(shù)字載波。對于抄表問題，可以利用TTU將電量傳輸給控制中心，或者也可以設(shè)計(jì)電話機(jī)抄系統(tǒng)。

3.2.3 混合通信系統(tǒng)特征

首先此種系統(tǒng)可以綜合多種層次和通信方式，融合此些通信方式的優(yōu)勢，提升通信質(zhì)量，合理利用資源，性價(jià)比非常高。其次，可以應(yīng)用原有設(shè)備，避免重新建設(shè)和花銷。最后，雖然多種方式并存的優(yōu)勢顯著，但是提高了傳送信息數(shù)據(jù)的難度。

3.3 通信規(guī)約

因?yàn)榇讼到y(tǒng)融合了多種通信方式，所以一定要加強(qiáng)規(guī)約建設(shè)。如今主要采用的規(guī)約是以下幾種，應(yīng)答式規(guī)約、對等式規(guī)約等等，但是此些規(guī)約并不能完全符合自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。比如，系統(tǒng)中區(qū)域站的規(guī)模和容量大，但是FTU 與TTU 容量小。傳統(tǒng)規(guī)約主要應(yīng)用于中等規(guī)模的終端，不能滿足FTU與TTU 的要求。同時(shí)大部分規(guī)約不能滿足遠(yuǎn)方下定值等要求。所以在運(yùn)行配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，要做好傳統(tǒng)規(guī)約的擴(kuò)展工作，要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整應(yīng)答式規(guī)約。但無論是修改應(yīng)答式規(guī)約還是循環(huán)式規(guī)約，都存在一定問題。需要在兼顧通信技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)混合通信系統(tǒng)[4]。

在設(shè)計(jì)配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)時(shí)，要精準(zhǔn)掌握設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)分析設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)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(shí)到混合通信的重要性，充分利用各項(xiàng)技術(shù)和通信方法，提高自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行水平。要堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)不同的環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整、改良和完善，加大人力物力投入，充分發(fā)揮配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的作用、發(fā)掘其價(jià)值，改善電力環(huán)境，提高人們的生產(chǎn)方式各和生活水平。