配電自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)研究

韓志勇

（長(zhǎng)子供電公司，山西 長(zhǎng)治046600）

0 引言

目前，為了降低配電系統(tǒng)運(yùn)行成本，改進(jìn)供電可靠性，提高供電質(zhì)量，爭(zhēng)取更多的用戶，各供電企業(yè)正在積極地開展配電自動(dòng)化工作。配電自動(dòng)化系統(tǒng)一般由主站、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信部分組成。而配電自動(dòng)化的各種測(cè)控功能要通過及時(shí)可靠的通信來完成，若在一個(gè)現(xiàn)代化的集中控制式配電自動(dòng)化系統(tǒng)中沒有高質(zhì)量的通信系統(tǒng)，其自動(dòng)化功能就根本無法實(shí)現(xiàn)。因此，通信在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

1 配電自動(dòng)化的概念

配電自動(dòng)化是一項(xiàng)集通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，配電系統(tǒng)目的是加強(qiáng)配電網(wǎng)的供電可靠性，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用以及運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。從狹義上說，配電自動(dòng)化是指配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)的自動(dòng)化處理，主要包括故障檢測(cè)、故障定位、非故障區(qū)的供電恢復(fù)。從廣義上說，配電自動(dòng)化是指運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)手段與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行控制和處理。

2 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)與要求

2.1 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)

（1）終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量極大。配電網(wǎng)具有很多的開閉所、變電站、配電變壓器和線路上的負(fù)荷開關(guān)、重合器、無功補(bǔ)償電容等，如果要對(duì)這些配電設(shè)備和變電站進(jìn)行監(jiān)控，就必須擁有許多RTU或現(xiàn)場(chǎng)智能裝置，將深入到低壓用戶的自動(dòng)讀表和控制終端包括在內(nèi)。（2）配電系統(tǒng)自動(dòng)化通信數(shù)據(jù)量不高。配電系統(tǒng)自動(dòng)化RTU監(jiān)控對(duì)象主要是配電變壓器和線路開關(guān)，且其數(shù)據(jù)通信量有限，許多配電變電站、開閉所以及配電自動(dòng)化二級(jí)主站的數(shù)據(jù)量一般較輸電網(wǎng)變電站的數(shù)據(jù)量少得多。（3）配電系統(tǒng)自動(dòng)化通信距離較短。由于區(qū)域配電網(wǎng)覆蓋的范圍較小，造成配電自動(dòng)化通信節(jié)點(diǎn)之間距離不長(zhǎng)，所以，配電自動(dòng)化通信網(wǎng)主要按照主干道與小區(qū)分支通信網(wǎng)相結(jié)合的策略進(jìn)行配合使用。一個(gè)小區(qū)的FTU變壓器監(jiān)測(cè)儀、自動(dòng)讀表控制器等終端的數(shù)據(jù)由小區(qū)內(nèi)變電站或開閉所RTU轉(zhuǎn)發(fā)，相互之間的通信距離一般在3km之內(nèi)，相對(duì)較短。

2.2 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信的要求

（1）配電自動(dòng)化采用開放性標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約。配電自動(dòng)化系統(tǒng)是信息集成系統(tǒng)，而且系統(tǒng)中一些現(xiàn)場(chǎng)智能終端與控制中心、不同控制中心之間經(jīng)常采用開放性的標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，來保證配電自動(dòng)化各個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互享，降低建設(shè)投資。（2）配電自動(dòng)化要適應(yīng)一定的運(yùn)行條件。配電自動(dòng)化的通信裝置許多都安裝在戶外，環(huán)境條件不好，溫度差異較大，因此需要有良好的防潮、防曬措施，一般安裝在電力線柱上或者在配電柜內(nèi)，具有大電壓、高電流等干擾因素，因此需要具有很強(qiáng)的抗干擾能力。（3）配電自動(dòng)化在線路故障時(shí)要保證正常通信。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)是自定隔離、故障定位以及恢復(fù)供電等，當(dāng)線路故障或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況下，RTU／FTU與主站之間的通信不能受到其他因素的干擾。所以，使用配電載波、無線電網(wǎng)絡(luò)、有線通信方式時(shí)要考慮線路故障電流產(chǎn)生的重大干擾，配電載波還要考慮線路開關(guān)打開后信號(hào)通路等問題。

3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信方式

3.1 光纖通信

光纖通信是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新的通信方式，光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性能好、通信速率高、可靠性高，光纖通信是一種優(yōu)良的配電自動(dòng)化通信方式。光纖通信的缺點(diǎn)是投資大、適用于數(shù)據(jù)傳輸量大、可靠性要求高的場(chǎng)合。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，光纖及其光端設(shè)備的成本逐漸降低，光纖應(yīng)用前景也逐步擴(kuò)大。光纖通信具有以下特點(diǎn)：光纖是一種高速率通信網(wǎng)，可適應(yīng)目前數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的所有速率；可靠性高、抗干擾性能強(qiáng)、不受電磁波和其他強(qiáng)電磁場(chǎng)的影響；通信網(wǎng)絡(luò)具有自愈功能；網(wǎng)絡(luò)配置靈活，擴(kuò)展方便；完善的光端設(shè)備通信接口方式。

3.2 無線電通信

無線電通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有組網(wǎng)方便、投資少、易于安裝、覆蓋面大，并且具有雙向通信系統(tǒng)的功能。無線電通信在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。我國(guó)城市采用高頻無線電信道構(gòu)成配電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，合理地布置天線并確保一定的無線信號(hào)磁場(chǎng)，能夠合理避開和控制電磁場(chǎng)干擾，我國(guó)無線電信道傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率可優(yōu)于10－5，可以滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際要求。無線電通信有微波、數(shù)傳電臺(tái)、擴(kuò)頻、GPRS、商用電臺(tái)等方式，微波投資較大，一般只用于控制中心與大變電站之間的通信。

3.3 有線通信

有線通信抗干擾、抗雷擊的能力較差，一般適用于短距離通信。在實(shí)際應(yīng)用中，常把它用作為一個(gè)小區(qū)配電測(cè)試儀、自動(dòng)讀表等智能裝置與變電站RTU、配電自動(dòng)化二級(jí)主站或其他數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置通信連接。有線通信方式主要有EIA／RS－485總線接口、現(xiàn)場(chǎng)總線和有線載波?，F(xiàn)場(chǎng)總線是近年來發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是將LAN技術(shù)運(yùn)用于控制系統(tǒng)而產(chǎn)生的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線具有很高的抗干擾性，在干擾大的惡劣環(huán)境中廣泛使用，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度適中，約為數(shù)萬(wàn)比特每秒到數(shù)兆比特每秒，完全能夠滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的需求。常用的現(xiàn)場(chǎng)總線有LonWorks、CAN、PROFIBUS等幾種。而用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的主要是LonWorks總線。有線載波方式是在2個(gè)終端之間使用調(diào)制解調(diào)器（MODME），將信號(hào)調(diào)制后傳輸，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的連接，也可以采用專用MODME進(jìn)行點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接。有線載波方式較RS485方式傳輸抗干擾能力強(qiáng)，通信距離遠(yuǎn)。

4 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信方案的選擇

4.1 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)總原則

（1）開放性原則。配電自動(dòng)化系統(tǒng)和系統(tǒng)設(shè)備具有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口和多種通信制度，可以與多種終端設(shè)備、通信設(shè)備進(jìn)行無縫連接。通信系統(tǒng)可以隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能而變更，而且還能適應(yīng)將來配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。（2）先進(jìn)性原則。主要采用當(dāng)前國(guó)內(nèi)外配電自動(dòng)化工程實(shí)踐中先進(jìn)、成熟，并且適合我國(guó)國(guó)情、適合各電力用戶實(shí)際情況的通信工程。（3）經(jīng)濟(jì)性原則。主要采取具備高性價(jià)比的通信方式和通信設(shè)備。（4）兼容性原則。指可以根據(jù)城市電力容量的發(fā)展、改造而不斷調(diào)整，兼容不同的技術(shù)和各種通信手段，能與許多國(guó)內(nèi)外廠家的產(chǎn)品結(jié)合使用。

4.2 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

配電系統(tǒng)整體的通信結(jié)構(gòu)主要有分層、分布、分路由的設(shè)計(jì)方式。（1）分層結(jié)構(gòu)，整個(gè)配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分，整個(gè)配電通信系統(tǒng)可分為二層結(jié)構(gòu)：主站與子站之間；子站與DTU、FTU、TTU之間。（2）分布主要按照實(shí)際電力線路走向和配電系統(tǒng)功能需求，將一定具有電氣連接關(guān)系的開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)，用光纖連接組成相異的環(huán)路，或以變電站為中心點(diǎn)，構(gòu)成環(huán)狀或星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（3）分路，TTU主要是依據(jù)不分線路原則、就近原則、走線最短的原則進(jìn)行路由接入。FTU是根據(jù)電氣連接關(guān)系，規(guī)劃不同的光纖通信網(wǎng)絡(luò)路由，組成雙環(huán)自愈光纖網(wǎng)絡(luò)。

4.3 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

以山西長(zhǎng)治市為例，分2步說明配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。一是主站與子站間的通信系統(tǒng)。站應(yīng)該設(shè)在南郊局內(nèi)，子站主要設(shè)在變電站或大型開閉所內(nèi)。主站與子站間的數(shù)據(jù)量很大，通信可靠性要求高；同時(shí)子站數(shù)量較多，位置不夠集中，因此主站與子站通過光纖通道連接。二是子站與終端設(shè)備（FTU、DTU）之間的通信系統(tǒng)。子站與終端設(shè)備DTU、FTU間的通信主要采用光纖自愈雙環(huán)網(wǎng)方式。以各子站為中心，沿各電力線路形成主光纜環(huán)路，對(duì)于距離環(huán)網(wǎng)柜和主通信環(huán)路遠(yuǎn)的TFU，應(yīng)該根據(jù)具體情況采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖接入主環(huán)路。對(duì)距離主環(huán)路近的分支開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，將主光纜迂回接入。

5 結(jié)語(yǔ)

配電自動(dòng)化需要有效的通信手段，以便在主站與大量遠(yuǎn)方終端之間傳遞信息和控制信號(hào)。我國(guó)的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)從無到有，從弱到強(qiáng)，經(jīng)過50年的發(fā)展己初具規(guī)模，尤其在高壓輸電網(wǎng)及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)方面。配電網(wǎng)中的通信技術(shù)一開始就受到業(yè)內(nèi)人士的重視，并進(jìn)行了大量積極的探索和研究，從最初的引進(jìn)國(guó)外同類產(chǎn)品，到消化吸收并能自主研制，在當(dāng)前的配電自動(dòng)化系統(tǒng)中已有越來越多的國(guó)產(chǎn)通信終端進(jìn)入市場(chǎng)。因此，確定配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方案對(duì)目前實(shí)施中的城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程有一定的參考價(jià)值。

［1］王士政.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化與配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù).中國(guó)水利水電出版社，2003