長沙配網自動化通信系統的實現

楊阜，譚智，劉建華，華丁劍，郭軍昌

(1.長沙電業局，湖南 長沙 410002;2.長沙理工大學，湖南 長沙 410114)

1 引言

隨著經濟的發展及人民生活水平的提高，人們對供電質量提出了更高要求，對供電可靠性提出了更高標準。因此，發展城市配網，實現配網自動化是供電網絡發展的必然趨勢。建設配網自動化必需具備三大條件:相對完善的智能化配電網絡、性能穩定的配網主站和可靠的配電通信系統。由此可見，建設配網通信系統對實現配網自動化具有極端的重要性和迫切性。本文結合長沙配網自動化工程，對這一問題進行了探討［1］。

2 配網通信組網總體模式

配網通信所涉及到的節點類型可分為通信主站、通信子站、通信終端，并根據配電網規模采用骨干層、(匯聚)接入層的分層結構。目前，長沙配網自動化系統中的通信系統按照此模式已初步建成并投入使用［2］。

(1)通信主站。負責將通信子站傳送的信息送到配電網自動化主站系統(包含配電主站與區調分站系統)，一般設置在地調或區調分局。

(2)通信子站。一般設置在110kV或220kV變電站。通信子站設備作為通信中繼，負責匯聚接入層的數據，完成傳輸數據所必要的控制功能、錯誤檢測和同步、路由選擇、傳輸安全等功能。因此通信子站設備需要具備支持多介質和多協議的能力。

(3)通信終端。與配電終端設置在一起，直接接受配電終端的數據，通常設置在開關站、配電房、戶外開關箱、環網柜等。

(4)配網通信骨干層。指各通信子站與通信主站之間的通信網絡。

(5)配網通信接入層。指通信終端與通信子站之間的通信網絡，根據接入配電點的數量，可以考慮增加匯聚層。

3 配網自動化對通信系統的要求

通信系統是配電自動化系統的關鍵之一。配電系統自動化程度的重要標志是通信是否符合自動化的要求，它擔負著設備及用戶與自動化的聯絡，起著紐帶作用，擔負著信息的處理、命令的發送和返回以及所有數據的傳遞。顯然，沒有可靠有效的通信，配電網將無法與自動化相聯系。配電自動化對通信系統的要求有如下幾個方面［3］:

(1)通信的可靠性

配電系統的通信設備大多安裝在戶外，這意味著要長期經受噪聲、電磁場和惡劣天氣等的考驗。因此，在設計配電自動化通信系統時，必須要考慮這些因素。

(2)數據傳輸速率

在配網自動化系統中，對通信速率功能要求從高到低分3個層次:①電源進線監視、10kV開閉所及配電變電站監控、饋線自動化;②公用配變的巡檢和復合監控系統;③遠方抄表和計費自動化;在選擇通信方式時，一方面應根據不同層次選擇合適的通信速率，另一方面，設計上應留有足夠的帶寬，以滿足今后發展的需要。

(3)通信的實時性要求

配電自動化系統是一個實時監控系統，對實時性要求極高，特別是系統故障時，實時性是保證系統快速確定故障、完成故障隔離、恢復供電的基礎條件。

(4)通信不受停電、故障的影響

故障時停電區域通信仍能正常進行，配電自動化的饋線自動化功能要求能通過通信系統對停電區域的開關進行操作，提高供電可靠性。

(5)經濟性

配電自動化通信系統是一個龐大的工程，在預算時，應將通信技術的先進性、功能、設備造價、長期使用維護的費用等諸多因素綜合考慮，追求最佳的性價比。

(6)使用維護的易操作性

盡量選擇具有通用性標準化程度高的設備，選擇標準的通信規約，不僅可以提高系統兼容性，方便今后的擴展，還便于使用和維護。

(7)雙向通信能力

配電自動化系統中，除負荷控制可以是單向通信，由控制中心向被控負荷發送投運或停運命令外，其他系統基本都需要具備雙向通信功能，來完成數據的上傳和控制命令的下達。

(8)可擴展性

通信系統除了能滿足目前的需要，還應考慮將來增長的需要，因此設計時應考慮足夠的容量以及系統的開放性要求。

4 長沙配網自動化通信系

長沙配網自動化系統的通訊方式選擇充分考慮了配電自動化系統可靠性、實時性和安全性的需要，主要采用光纖網絡方式，采用SDH光纖網絡實現配電自動化主站與子站間通訊、利用EPON實現配電子站與配電終端間的通訊;同時對部分暫不方便改造的配網區域采用McWill無線專網，實現故障指示器或配網終端與子站間的通訊。以下為長沙電力配電通信網建設架構，如圖1所示。

第一層為電力通信主干網——覆蓋所有35kV及以上變電站、調度中心、電力企業各級組織，負責變電站的所有業務。本層在整個通信網中處于核心地位，可靠性、實時性要求極高，具備雙路由，自愈時間小于50ms。

圖1 配電通信網絡架構

第二層為電力通信接入網——包括10kV配電通信網，即主網變電站低壓出線側各條10kV主干線路及其分段互聯開關、環網柜等。電力通信接入網是實現配網自動化的主要通信支撐。此次長沙配網自動化工程的電力通信接入網主要采用“光纖通信為主，無線通信為輔”的建設原則。

4.1 接入網通信方式的選擇與實現

4.1.1 光纖通信

光纖通信是70年代發展起來的通信方式，采用光纖進行數據通信的主要優點是:通信速率高、可靠性高，并有很強的抗干擾能力，它可以沿架空線架設或與電力電纜一起敷設，是一種良好的配電自動化通信方式。光纖通信的不足之處是投資大。光纖是目前計算機網絡中最有發展前途的傳輸介質，它的傳輸速率可高達1000Mbps甚至更高。目前光纖通信技術已經成熟，并且已經在電力系統中廣泛應用，是目前認為最有前途的一種有線通信方式［4］。

配用電通信網的設計需要根據各種配電網業務的需要，結合通信技術的發展，合理選擇技術成熟、經濟、安全、實用的通信方式。其中，無源光網絡(Passive Optical Network，PON)技術是一種點到多點的光纖通信接入技術。而基于以太網的無源光網絡技術［5］(Ethernet Passive Optical Network，EPON)的提出，主要是為了滿足人們對接入網低價格和高帶寬的追求。它是一種新的接入技術，其典型拓撲結構包括樹型、星型、總線型和環型。它主要有光線路終端(Optical Line Termination，OLT)、光網絡單元(Optical Network Unit，ONU)和無源光分路器(Passive Optical Splitter，POS)三部分組成。圖2是長沙配網自動化工程中的SDH+EPON通信組網圖。在配用電通信網中，配電自動化主站系統至變電站采用已建成的電力專用SDH/MSTP光纖網絡，而變電站至終端將采用EPON技術。此方案的EPON網絡建設僅考慮目前試點區域內兩座已建的110kV變電站所帶的10kV配電線路。該通信方式完全滿足該地區配網自動化的功能要求。

圖2 SDH+EPON通信組網

4.1.2 無線通信

無線電通信系統，具有投資少、組網方便、易于安裝、覆蓋面大等優點，而且具有雙向通信的功能。無線電通信在配電自動化系統中得到廣泛應用。實踐證明，就我國城市條件，采用甚高頻無線電信道構成配電自動化系統的數據傳輸通道是可行的。只要合理地布置天線并保證一定的無線信號場強，避開和控制電磁場干擾，就可以滿足配電自動化系統的要求。

寬帶無線接入技術作為當前智能配電網智能終端的通信接入是比較合適的一種選擇。由于配電網絡呈面狀分布，且密度大，終端數量較多，而寬帶無線接入技術基于蜂窩網絡組網，十分適合建立區域性的專用無線網絡覆蓋［6］。在網絡覆蓋區域以內，智能終端，智能傳感設備等均可實現信息的接入，然后通過電力光纖網絡完成信息的主干傳輸。McWill技術作為一種先進的無線寬帶通信技術能夠滿足電力系統未來應用需求，專網部署也能夠滿足安全性方面的要求。McWill技術是我國自有知識產權的技術標準，得到國家政策方面的支持，McWill頻率申請也是開放的。這符合智能電網中無線網絡的安全性、數據傳輸的獨立性等特點。圖3為長沙配網自動化工程中的McWiLL寬帶無線專網組網結構圖。

圖3 McWiLL寬帶無線專網組網結構圖

McWiLL寬帶無線接入系統，采用國際最先進的碼擴正交頻分多址(CS－OFDMA)、智能天線、空間零陷、聯合檢測等無線通信技術，其基于IP分組交換網絡以及軟交換核心網絡的架構，符合下一代網絡(NGN)的技術特征。McWiLL具有如下技術特點:

(1)網絡帶寬寬大、覆蓋廣;

(2)支持非視距傳輸;

(3)自主知識產權、通信安全可靠;

McWiLL無線專網建成后，除滿足本區域內配用電系統所需通信帶寬外，還能滿足配電線路視頻監控、內部移動電話、移動辦公等智能新業務接入，節約大量公網信息費用。能為長沙將來電力系統各種數據業務的流量匯聚和多業務網絡的綜合承載打下良好的基礎。因此，本項目實施后也將產生資源共享、提高企業信息安全性等多種間接效益功能。

由于配網通信具有點多、面廣、單點信息量小的特點，全部采用光纖作為傳送通道，通信費用太高，也不現實;全部采用無線網絡通信時信息及時性和安全性又無法保證。所以長沙配網自動化工程根據實際情況和建設難度采用了以“光纖通信為主，寬帶無線通信為輔”的配網通信建設原則。該方案很好的實現了長沙配網自動化工程的通信要求和功能。

5 結論

配網自動化通信系統包括骨干網通信和接入網通信，其中接入網通信是配網自動化的重要組成部分。通信系統的安全與可靠是實現配網自動化的重要保障，針對不同層次和系統的配網自動化通信，可選擇不同的通信方式。這樣，既能夠滿足系統通信需要，又減少了投資，實用性強。配網自動化的通信方式應該首選光纖，特別是中心城區和重要負荷等可靠性要求高的終端。在光纖不易到達的地區，實時性相對要求不高，且不需要進行相互間的瞬間動作配合時，可選用無線網絡通信。

［1］唐愛紅，程時杰.配電網自動化通信系統的實現［J］.電工技術雜志，2004，(10):1 －4.

［2］張嵐，高鵬，王澄.南方電網配網自動化通信系統的建設［J］.電力系統通信，2010，31(217):1 －5.

［3］龔靜.配電網綜合自動化技術［M］.北京:機械工業出版社，2008:8.

［4］戴新文.配網自動化中兩種常用通信方式選型探討［J］.福建電力與電工，2007，27(1):1 －3.

［5］王華偉，胡寶華，楊淑雯.新一代無源光網絡—EPON［J］.深圳大學學報理工版，2004，21(1):1 －2.

［6］梁明，宋晉冀，張亞明，等.無線專網技術及其在配電自動化中的應用［J］.電工技術雜志，2004，7:1 －5.