摘要：配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是配網(wǎng)建設(shè)和改造中的熱點(diǎn)問題，通信方式的選擇是整個配電網(wǎng)自動化規(guī)劃和設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合配電網(wǎng)自動化的特點(diǎn)和要求，對光纖、現(xiàn)場總線、配電線載波、無線通信等多種通信方式進(jìn)行了綜合分析和比較，探討了適合配電網(wǎng)自動化的通信方式，為配電網(wǎng)自動化通信方式的選擇提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)  自動化系統(tǒng)  通信方式 解決方案

　　0 引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來越高。我國電力系統(tǒng)自動化在發(fā)電廠、變電站、高壓網(wǎng)絡(luò)、電力調(diào)度等方面都有較好的發(fā)展和應(yīng)用。但是在配電網(wǎng)絡(luò)方面還較為滯后，這是由于我國電力建設(shè)資金短缺，長期以來側(cè)重電源和大電網(wǎng)建設(shè)的緣故。使配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展受到嚴(yán)重的影響，設(shè)備落后、不安全的因素較多等狀況，造成了配電網(wǎng)用電質(zhì)量及供電可靠性方面較難滿足要求。近幾年來，隨著電力事業(yè)的發(fā)展，各種新電器廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)，給人類帶來了巨大的便利.

　　1 概述

　　配電自動化是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行參數(shù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備信息、用戶信息以及地理圖形等信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及管理的自動化、信息化。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是在遠(yuǎn)方以實(shí)時方式監(jiān)控、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動化系統(tǒng)。

　　2 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　鑒于配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)監(jiān)控對象的特點(diǎn)，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)一般采用三層結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)層次上分為主站層、子站層、配電終端設(shè)備層。目前國內(nèi)主要的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1。

　　圖1 國內(nèi)典型配網(wǎng)自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

　　主站層是整個配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的控制中心，從整體上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的監(jiān)視和控制自動化，分析配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)子站之間的關(guān)系，對整個配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的管理，使整個配電系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。它是整個配電網(wǎng)監(jiān)控和管理系統(tǒng)的核心。

　　子站層又稱區(qū)域工作站層，它實(shí)際上式一個集中和轉(zhuǎn)發(fā)層，既要通過查詢向各現(xiàn)場終端收集、查詢信息，存入數(shù)據(jù)庫，又要負(fù)責(zé)向控制中心主站上報(bào)信息，通常設(shè)在變電站或大型開關(guān)站內(nèi)。子站層還具有一定的故障處理功能，能對所轄區(qū)域內(nèi)的故障區(qū)段進(jìn)行自動定位、隔離和非故障區(qū)段的自動恢復(fù)供電。

　　配電終端設(shè)備層是整個系統(tǒng)的基層設(shè)備，完成柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)開關(guān)、箱式變壓器、配電變壓器、開關(guān)站（配電站）等各種現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)、信息上傳和本地控制等功能。配電終端設(shè)備按用途分別稱為開關(guān)站終端設(shè)備（Distribution Terminal Unit，DTU）、饋線終端設(shè)備（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）和配電變電站（Transformer Terminal Unit，TTU）。

　　3 配電網(wǎng)自動化的通信方式

　　3.1 配網(wǎng)自動化對通信系統(tǒng)的要求

　　配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性決定了配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的特點(diǎn)是被測點(diǎn)多且分散、覆蓋面廣、通信距離短、對通信效率的要求不高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)整體上具有不確定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)通信系統(tǒng)應(yīng)具有不斷適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的特點(diǎn)。因此，配電網(wǎng)通信方式的選擇應(yīng)考慮如下問題。

　　(1)通信的可靠性。通信系統(tǒng)要長期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強(qiáng)的電磁干擾或噪音干擾的考驗(yàn)，且不能受電網(wǎng)停電和故障的影響，需保持通信的暢通。

　　(2)建設(shè)費(fèi)用。在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費(fèi)用及長期使用和維護(hù)的費(fèi)用。

　　(3)配網(wǎng)通信的實(shí)時性。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)是一個實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，必須滿足實(shí)時性要求。正常情況下，配網(wǎng)系統(tǒng)在3～5s應(yīng)能更新全部配電終端設(shè)備的數(shù)據(jù)。

　　(4)雙向通信。不僅能實(shí)現(xiàn)信息量的上傳，還要實(shí)現(xiàn)控制量的下達(dá)。

　　(5)數(shù)據(jù)傳輸速率。在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，配電變電站監(jiān)控、饋線自動化對于通信速率要求最高(300 bit／s以上才能滿足要求)；負(fù)荷監(jiān)控對通信速率的要求次之(約10 bit／s就能滿足要求)；遠(yuǎn)方抄表和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)對通信速率要求最低。

　　(6)通信的靈活性和可擴(kuò)展性。由于配網(wǎng)具有控制點(diǎn)多、面廣和分散的特點(diǎn)，要求采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，同時通信設(shè)備和通信方式具有較強(qiáng)的靈活性，便于安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)并能適應(yīng)配網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

　　3.2 配電網(wǎng)自動化的通信方式

　　配電網(wǎng)通信包括主站與子站、子站之間、子站與終端之間的通信，是廣義的范圍。通信是配電網(wǎng)自動化的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)用的通信方式也不同。

　　3.2.1 有線通信方式

　　(1)配電線載波通信

　　配電線載波通信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(diǎn)是：1)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(diǎn)；2)其安全性為電力部門所控制，因而便于管理。其缺點(diǎn)是：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。

　　除了傳統(tǒng)的電力載波，目前采用擴(kuò)頻載波或正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)的配電線載波也有所應(yīng)用，其特點(diǎn)是能在傳統(tǒng)載波機(jī)無法開通的線路上穩(wěn)定工作，具有長距離中繼等功能，主要應(yīng)用于路線長、面積廣的農(nóng)網(wǎng)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)及無法敷設(shè)通信線路的特殊場合。

　　(2)光纖通信

　　光纖通信是以光波作為信息載體的通信手段，目前常用光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)方式，主要特點(diǎn)是速率高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、組網(wǎng)方式靈活，可以實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)傳輸，但投資大。隨著光纜技術(shù)的進(jìn)步、光纜性價(jià)比的提高，光纖通信在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中將被廣泛采用。

　　(3)音頻電纜通信

　　音頻電纜通信時城市電網(wǎng)較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的方法。通信線的布設(shè)及各通信端的連接無特殊要求，造價(jià)較低，容易實(shí)施，但是容易受環(huán)境的影響，尤其是與高壓配電線路同桿架設(shè)時強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場對通信線的干擾較大。

　　(4)市話通信

　　市話通信可用于數(shù)據(jù)通信，易于雙向通信。其特點(diǎn)是不需要投資建設(shè)專用通信網(wǎng)，開通費(fèi)用低，但由于非自己控制，需要撥號，某些功能受到 一定的限制，且租金較貴，運(yùn)行費(fèi)用高。

　　(5)現(xiàn)場總線

　　現(xiàn)場總線（Field Bus）是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和開放系統(tǒng)互連的要求提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、實(shí)時性好、成本低和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。同一區(qū)域各個職能配電終端之間的通信多選用現(xiàn)場總線。

　　3.2.2 無線通信方式

　　無線通信系統(tǒng)具有覆蓋面廣、無需傳輸線、能在停電區(qū)域保持通信等特點(diǎn)。

　　(1)高頻通信

　　頻率范圍為150～800MHz的無線通信為高頻（HF）通信。500MHz以下的通信速度不高，傳輸距離較短，但是繞射能力較強(qiáng)。以200MHz為例，可靠通信速度在1200bps左右，通信距離約為10～20km，比較適合中小城市和大城市近郊及廣大農(nóng)村地區(qū)。

　　(2)擴(kuò)頻通信

　　擴(kuò)頻通信的頻率范圍為900～1000MHz。擴(kuò)頻通信具有建網(wǎng)周期短、組網(wǎng)快速靈活、無需申請頻點(diǎn)、覆蓋范圍廣、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，通信速率可達(dá)幾十波特率，易安裝，免維護(hù)，天線小巧，但系統(tǒng)造價(jià)高，并且要求通信兩端無阻擋，對大城市比較困難。一般用于通信點(diǎn)不多，通信速率要求較高的場合。長距離的通信還能體現(xiàn)出擴(kuò)頻技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，單對于城市配電網(wǎng)，F(xiàn)TU信號的傳輸會受到波傳輸?shù)挠绊懀ɡ@射功能差），往往是應(yīng)用效果不佳。

　　(3)微波通信

　　微波通信采用1000MHz以上的頻率。微波通信在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，對于調(diào)度自動化和變電站綜合自動化數(shù)據(jù)的傳輸有重要意義。微波頻率1GHz以上，屬視距傳輸，它傳輸容量大，穩(wěn)定性能好，同時由于微波通信已經(jīng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行多年，運(yùn)行維護(hù)人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

　　(4)GPRS通信

　　GPRS（General Packet Radio Service）是一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，相對于原來傳統(tǒng)的電話、電力載波等通信方式，GPRS具有永遠(yuǎn)在線、快速登錄、按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、切換自如、高速傳送、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　使用GPRS可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)以及點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。對于一些分散在邊遠(yuǎn)地區(qū)配電網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)來說，建設(shè)專用的通信通道投資較大，使用社會上電信運(yùn)營商提供的GPRS通信服務(wù)是一種比較合適的選擇。相對于其他通信方式，GPRS的不足之處是傳輸延遲較大，不過對于大部分配電網(wǎng)自動化的應(yīng)用來說，其傳輸延遲是可以接受的。

　　3．2．3 各種通信方式的應(yīng)用比較

　　幾種常用通信方式比較情況見表1所列。

　　通信方式傳輸媒介傳輸速度傳輸距離抗干擾衰耗建設(shè)投資運(yùn)行費(fèi)用維護(hù)工作量缺點(diǎn)用途

　　有線配電線載波中壓/低壓配電線路<28.8k地理電纜5km，架空線15km差大小無小傳輸速率低，易受干擾FTU/TTU與子站的通信，低壓抄表等

　　光纖通信單模/多模光纖百兆級長高小大小小造價(jià)高，靈活性差任何場合

　　現(xiàn)場總線屏蔽雙絞線<19.2k<2km較差大中小中傳輸距離有限子站、內(nèi)部通信，電能采集

　　無線擴(kuò)頻通信自由空間<128M<50km較高較小高小小系統(tǒng)造價(jià)高子站與主站間

　　微波通信自由空間<128M<50km較差較小大小中抗干擾能力差分支線

　　GPRS通信自由空間<115M<50km較差較小中小小有傳輸延遲TTU及實(shí)時監(jiān)控設(shè)備

　　通過上述比較，有線與無線方式各有利弊，有線通信的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃�，但為大量的分散終端敷設(shè)專用線路造價(jià)過高，而無線通信則在此方面體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。

　　3.3 通信方式的解決方案

　　不論是有線通信模式還是無線通信模式，他們各自都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，適用的配電自動化領(lǐng)域也各不相同，并且都在各自的研究領(lǐng)域不斷發(fā)展著。在實(shí)際應(yīng)用中，通信方式應(yīng)遵循"先進(jìn)性、實(shí)用性、可行性、可擴(kuò)展性"的原則，根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件因地制宜地優(yōu)化選擇多種通訊方式的建設(shè)方案。具體而言，可以采用以下解決方案。

　　(1)實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的通信(如饋線自動化的通信)要求可靠、快速，可以考慮光纖通信。實(shí)時監(jiān)測設(shè)備的通信(如集中抄表、負(fù)荷控制等)一般只要求定時采集，在通信速率和可靠性方面的要求大大降低，可以選擇低價(jià)的通信方式，如電力線載波或GPRS方式。

　　(2)對于主站層與子站層之間的主干網(wǎng)絡(luò)，由于數(shù)據(jù)量比較大，實(shí)時性要求相對較高，可采用光纖或微波通信。為保證通信可靠性，防止光纜或光端設(shè)備故障造成通信中斷，可采用光纖雙環(huán)自愈網(wǎng)。

　　(3)市區(qū)主要道路設(shè)計(jì)多個環(huán)網(wǎng)作為通信主干道連接至主站或子站。主干道的通信為配電自動化的主動脈，宜采用光纖雙環(huán)自愈網(wǎng)，同時串接沿線的各廠站終端設(shè)備。

　　(4)郊區(qū)配電設(shè)備分散、距離長、架設(shè)有線通信不經(jīng)濟(jì)，可根據(jù)地形配以電力線載波或GPRS方式。

　　(5)配電變壓器監(jiān)測終端(TTU)的通信方式優(yōu)先選用GPRS方式。

　　(6)負(fù)荷管理主要面對分布廣泛的客戶，實(shí)時監(jiān)測客戶運(yùn)行情況和傳遞部分供電局需要的信息，速率和可靠性要求大為降低，其通信優(yōu)先采用中壓配電線路載波或GPRS方式。

　　(7)舊城區(qū)配電自動化改造選用電話通信通道，可大大減少成本，見效快；新建小區(qū)進(jìn)行通信通道的安裝，可優(yōu)先考慮光纖通道和導(dǎo)引電纜通道。

　　4 結(jié)束語

　　配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)能極大地提高配電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，不僅能確保供電、多供電，而且通過系統(tǒng)的應(yīng)用，達(dá)到降低配電網(wǎng)的損耗，提高電力公司經(jīng)濟(jì)效益。而配電網(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(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動化的重要保障。目前還難用單一的通信方式來滿足所有的配電網(wǎng)自動化的需求，因此必須因地制宜地選擇通信方式才能適應(yīng)配電網(wǎng)自動化的發(fā)展，發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。

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