配網自動化通信結構體系設計

陳冠宇

（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526000）

0 引 言

配網自動化通信系統及設置的修改、補充、完善，更有利于供配電的規范化管理，也有助于提高供電系統的安全性和穩定性，方便工作人員及時搶修、維護，減少了季節性供電矛盾，同時更有利于降低電力損耗和偷電、竊電等非法行為。總之，配網自動化通信體系的逐步完善，大大提升了供電及服務質量，滿足國家經濟建設及人民生活需求，同時降低了電力企業運行成本[1]。

1 配網自動化發展目標分析

電網自動化、智能化升級改造全面實施的有利時機，國內很多電力企業已經建立了比較成熟的配網自動化網絡系統。該系統集成了變電站集中控制中心、配調自動化網、饋線自動化、GIS地理信息系統，配電管理平臺、電力運行分析系統、綜合通信系統以及接口系統等。配電自動通信系統利用計算機技術、網絡技術將配電網絡的分布、屬性及實時信息通過地理化進行組織、分析和處理，可以實現管理、統計、分析、查詢、運行以及維護等功能。系統數據處理能力更強，工作效率更高、工作更具直觀性、可擴展性以及交互性等特點[2]。

2 配網自動化通信結構設計

2.1 配網通信方式

通信系統作為配電自動化控制系統的信息高速公路和處理中心，承擔著重要作用。各個子系統及控制中心所有控制命令的發布和執行都依賴于它，同時承擔著所有數據采集、數據分析與處理等工作。供配電領域通信方式較多，傳統意義上分為無線和有線兩種方式。有線通信主要有架空線纜、載波通信光纜、廣播電話、電視通信總線專網、RS-485等。無線通信主要有（AM，FM，PM）等無線電通信、微波一點多址廣播通信、無線尋呼及數控電臺通信、衛星移動通信等方式。總之，通信系統要確保信息傳輸的安全性、穩定性、便捷性、實時性、可持續改進性及先進性。

配電通信系統在設計時，首先要充分考慮通信方式的選擇，然后才考慮系統設備的配置和參數技術要求，以便滿足通信平臺的高效運行。配電通信系統多采用層次化結構設計，多為2～3層結構，如果采用2層體系，則主要包括配電主站與子站間或者配電匯接站之間、配電子站與配電終端設備的通信網絡。目前，配電通信網絡主站與子站或者匯接站間多選用骨干光纖通信網進行通信；而配電子站與配電終端各種設備多采用現有中壓配電線載波、光纖、無線通信及無線公網等多種通信技術的組合模式進行通信。

2.2 配電通信網絡體系結構設計

2.2.1 配電通信網絡體系結構

配電通信網絡傳輸規約相對固定且有國家或者電力行業通行標準。一般采用物理層、數據鏈路層和應用層的三層結構體系。配網自動化通信體系結構三層結構中通用硬件平臺、軟件平臺、通信波形互為支撐。通信硬件平臺支持DSP、FPGA、GPP、射頻等信號處理模塊和信道傳輸模塊等。軟件體系主要包括嵌入式操作系統、CORBA中間件、硬件信息處理軟件和通信核心架構軟件等，能夠實現對所有通信硬件平臺的管理。通信波形為組件模塊化設計，負責通信運行環境的支持作用，主要包括物理層、鏈路層、安全組件、網絡層組件、I/0輸入輸出標準組件等，組件具有良好的可移植性和可持續改進性，擴展性較強。物理層組件傳輸通信通道支持紅外通信、串口通信及GRRS通信等模式，可以實現TCP主站與終端通信、通信測試、緊急事件處理通信等功能。

2.2.2 規約數據幀結構

配電通信規約采用GB/Tl 8657等國家標準，數據傳輸采用數據幀結構，實現配電主站與配電終端間的通信數據傳輸基本單元為幀。例如，數二進制“1”的異步式傳輸幀格式標準定義（見圖1）。

圖1 數據幀格式

數據幀一般由起始字符、報文頭、幀校驗和（CS）、數據段及結束字符等組成。數據段是用戶傳輸的關鍵性信息，主要由控制域（C）、地址域（A）、鏈路用戶數據（應用層）信息構成。報文頭采用固定長度（L），其中L的低2位為通信規約信息，數據幀起始字符長度為68H，結束字符為16H。通信數據自行組建幀和解析幀過程，需要按照通信規約信息進行處理，否則容易出現通信故障。

2.2.3 配網三層結構設計

配網三層架構主要由配電自動化中心主站層、配電自動化子站層、配電終端設備層構成。配電自動化中心主站層為三層結構最高層，是配網自動化系統的核心，負責整個體系的管理、控制、狀態監視與運行分析、各子站協調、通信規約翻譯與解釋等功能，優化配電系統運行狀態。配電自動化中心主站層可以對各種圖形進行顯示，自診斷故障并提示系統維護，對所有設備進行管理控制和調節，并形成各種報表進行打印，實現與其他系統信息的交互共享交換功能。配網自動化系統前置主站負責各電力部門及區域所有開閉所、饋線數據的采集、匯總、數據處理、數據傳輸，實現主站與各工作子站通信。配電子站層為中間層，實現RTU、FTU現場采集數據和信息上傳到主站，并下達給所屬饋線監控終端設備。配電子站大多裝設在區域變電站內，對供電區域內的各種故障進行診斷、隔離和恢復，并對線路進行運行監控。配電終端設備層作為執行層，主要實現配電變壓器、各類開關、箱式變壓器、開閉所等設備的現場信息采集和監控等功能。

2.3 GIS配電網絡模型設計

GIS地理信息系統目前在電力配網中被廣泛應用，采用可視化技術手段，實現電力網絡系統中開閉所、變電站、變壓器、線路、開關（刀閘）、電桿、鐵塔、客戶等各類設備屬性和用戶屬性的地理化分析、組織、分配和顯示。通過GIS系統更直觀、便捷的查詢各類運行數據和信息，從而極大地提高了電力配網科學化管理能力和水平。地理信息系統具有強大的后臺數據庫，負責所有信息的處理，電力網絡拓撲結構精準描述，并可以運用電能實現傳遞。電力配網自動化通信系統應用軟件綜合這種精準信息的描述可實現對短路、潮流、線損等關鍵參數和指標進行準確計算。圖2為配電網GIS地理信息系統模型。

圖2 GIS配電網絡系統模型

2.4 配網通信平臺接口設計

2.4.1 通信平臺組成

配網通信平臺從功能上主要包括3個部分，即配網通信服務器、配網通信前置機和配網終端通信模塊；從物理結構上還包括通信依賴的網絡，即公用移動網的無線網絡。通信服務器和通信前置機架設在高速的局域網內，前置機和配網終端間主要基于公用移動網絡，通過TCP/IP協議進行連接，同時該系統需要兼顧其他一些通信方式，如串口。

2.4.2 通信平臺接口設計

通信平臺接口采用國際規約接口標準，主要為A類和B類接口。A類接口為通信平臺外部接口，B類為內部接口（一般指通信服務器與前置機間）。A類接口又分為通信服務器與主站層接口（A1接口）和前置機與配網終端設備間接口（A2接口）。功能方面分析，B類接口被動響應前置機網絡鏈接服務，也稱為服務型接口；A1接口主動連接主站層服務器，向主站層應用功能子系統提供各類數據。屬于客戶型接口。A2接口需要滿足通信方式和應用層通信規約需求。通信方式主要為TCP、UDP以及串口等擴展模式[3]。

3 結 論

中國電力行業近些年持續改革，部分電網運營企業已經全面開展并實施了配網自動化系統升級改造，目前已經建成了高度集成和網絡化信息管理系統，為科學化決策提供良好平臺。配網自動化的實施有利于提高供電系統安全性、穩定性、可靠性，提高供電質量和服務質量，未來，隨著5G移動通信技術、大數據、數據挖潛等技術的應用，南方電網系統將更加完善。