配电自动化通讯系统应用研究

舒贤杰

摘要:本文重点介绍了配电网自动化系统中，如何根据配电网的特点合理设计和配置光纤通信设备，并对配电系统通讯设计方案和技术进行分析探讨,为用户在选择光纤通信时提供了技术参考，从而促进配电网的发展。

关键词：配电自动化；设计；通讯

中图分类号：F407文献标识码： A

1配电自动化系统

对于配电自动化，《配电系统自动化设计导则》中针对其给出了明确的定义:“利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化”。配电自动化系统(DA)在纵向结构分属于配电管理系统(DMS)的子系统，横向与变电站综合自动化、调度自动化、电力MIS等紧密关联。

1.1配电自动化系统的监控范围和基本构成

配电自动化系统主要监控设备是l0KV城网配电线路的电力元件，包括柱上开关、变压器等。随着城网改造工作的开展，也出现了越来越多的箱式变电站、电缆分支箱、小型开闭站等组合式设备。配电自动化系统应覆盖所有配电设备，但应考虑现有的调度自动化系统已监控一部分设备。为避免设备的重复投入，配电自动化系统通过与调度自动化系统进行数据通讯并获取相关信息，同时根据需要可向调度自动化系统提供配网的相关数据。另外，出于大部分供电企业已经建立了管理信息系统(MIS),配电自动化系统应充分利用原有MIS系统的网络资源和功能，将配电自动化系统的信息以WEB形式发布到MIS系统，实现配电自动化数据的MIS浏览。图1为配电自动化系统通讯构成示意图。

2配电自动化系统通讯设计方案研究

根据配电自动化系统的结构，通讯系统也分为3层结构:配电自动化主站系统与其它系统的通讯;配电自动化主站系统与变电站层站端系统的通讯;站端系统与配电终端设备的通讯。

2.1配电自动化主站系统与EMS和MIS的通讯

配电自动化主站系统与能量管理系统(EMS)要进行数据交换，从EMS获取变电站的数据信息，并可将配电自动化系统的信息，按要求传送给EMS ;同时，配电自动化系统的数据信息，可以在MIS上进行发布，实现远程数据浏览功能。出于配电管理系统(DMS) ,EMS ,MIS都建成了各自的计算机网络，供电企业的各个单位之间，基本上都实现了局域网互通。在配电自动化主站系统中，设1台网关机，由该计算机通过接入调度自动化系统的局域网，连接2个系统，实现数据的交换。通讯协议为TCP/IP配电自动化系统与MIS的连接，可采用WEB服务器的方式。在配电主站系统，设1台WEB服务器，以网络形式，连接MIS的局域网，实现MIS对配电自动化系统的数据浏览。

2.2配电自动化主站系统与变电站站端系统的通讯

出于城市供电企业，大都建立了从调度中心到各变电站的基于光纤传输的SDH网络，因此，充分利用SDH提供的丰富的传输通道，可以减少通讯的成本，提高资源和设备的利用率。配电主站系统与变电站站端设备的通讯，就可以利用SDH的空闲通道，实现主站系统与站端设备的通讯。在这个层次上，根据SDH资源利用的程度，若有较富裕的资源，可以选择用(E1+以太网)传输;在资源不太富裕的情况下，也可选择低速率的64K数据通道，连接中心站和站端设备。

2.3变电站站端系统与配电终端设备的通讯

变电站站端系统到配电终端设备(RTU)的通讯，是配电自动化通讯系统中关键的一个层次。其特点是，设备数量庞大，节点众多，分布范围广，地理位置分散，路由复杂。该层的通讯网络，基本是一个一点对多点的结构。要结合具体的情况，采取以光纤通讯为主，辅助以一定的有线通讯方案，达到既通讯可靠，又经济可行的目的。该层的自动化通信网络应具备以下特点:网络稳定可靠;具备主备通道，双通道可自行切换;环路的节点数量要有限制，各环上的负载流量均衡;路径尽量短，光缆破口少，施工工作量小。

(1)光缆路由的规划。在进行光缆路径规划中，应结合几个方面因素进行整体考虑。

①根据不同城网线路结构，合理的规划光缆的路由，尽量将主干线路的重要节点规划到光缆路径中，同时减少不必要的迂回和重肴。

②通讯子网的结构，可设计成以2个变电站为首尾的双纤链状，使其具备自愈保护，提高可靠性;也可设计成环状，形成双纤自愈环，在现场较为复杂的情况下，也可选择相切环或相交环，充分利用设备的功能和特性。

③合理分配子网上的节点数量，提高光环子网的稳定性，平衡数据流量。

④合理地配置有线或其它方式的辅助通道。不可能把所有配电终端设备都直接接入光纤通讯子网中，必须合理地配置有线电缆或电力载波等其它通讯方式，并通过一定的接口方式和协议转换，接入光纤通讯子网中。

⑤在站端通讯前置机功能的设计上，应能实现通讯子网节点与电网拓扑节点的对应与组织，使传输透明化。

(2)通讯协议的选择。出于配电中心对配电网重要时间的实时性响应，有相当高的要求。因此，除了要规划合理的通讯子网结构外，在通讯协议的选择和站端对终端设备的巡测方式的设计上，同样也得合理地选择。站端系统与终端的通讯协议，要求具备重要事件优先检出，并优先传送，站端对重要数据也具备优先处理原则，才可以保持配电自动化系统整体的实时性。

(3)终端数据传输方式。配电终端传统的通信传输方式大都采用串行异步传输。一般配电终端数据流量不大，串行异步传输仍能满足通讯在速率上的要求，所以通讯子网的光传输通讯设备(称为光调制解调器)一般具有2M以下的传输速率，提供一个或多个异步串行通讯接口，串口采用3线透明传输。也可根据需要增加流量控制等信号，符合EIA232/EIA422规范。

随着技术的不断进步，新型的终端设备大都具有符合IEC 802.3以太网接口，采用TCP/IP协议，具备了实现高速网络通讯的能力。传输设备则可采用具有l OBASE-T规范接口的以太网光调制解调器。

(4)通讯可靠性问题。由配电自动化系统的固有特点，导致通讯系统的结构复杂多样，其通信可靠性问题尤为关注。配电网终端(通信光节点)间的距离较短，一般在1-3千米范围内，每个光接点对应一光缆破口，而光缆破口多，由此引起的传输衰耗增大;通信设备大部分在室外运行，对设备环境参数的要求高;通讯设备的电源由配电设备提供，而配电设备的电源通过TV取自配电线路，受到电网运行工况的直接影响，在线路停电后，其后备电源的能力有限;光缆配线盒大都安装在户外，经受温度、污染、粉尘等环境因素的考验。采用光纤通讯，虽然大大提高了介质的通信传输能力，但在实施过程中，针对实际情况须进行必要的可靠性设计。

3 常见智能配电网通信方式技术分析

经过技术分析和比较，适用于配电通信网的通信技术主要有EPON、无线公网GPRS、无线专网（McWill和LTE）等。

3.1 EPON技术

EPON是基于以太网技术的无源光网络。由系统侧的光线路终端OLT、光分配网络ODN和用户侧的光网络单元ONU三个部分组成。EPON为数据、语音、视频监控等提供宽带IP传输通道。在ONU侧UNI接口支持FE、E1接口，还可支持RS232/RS485等串行接口。EPON系统可以灵活地组成树型、总线型以及“手拉手”型拓扑，其灵活的组网结构，高速的带宽、低时延等优点非常适合配电通信网使用。

（1）EPON树形拓扑结构可用于小区楼宇接入，每栋楼宇中的用户都汇聚到一个分光器中，各个楼宇再通过总的分光器汇接至OLT。这种方式不太适合配电网。

（2）结合一次配电网拓扑结构，采用EPON设备组建总线型网络。其基本形式如图2所示。这类ODN设计时，前几级分路器一般采用不均匀分光器(如95：5或90：10)，并将主要光功率留给主干光路。

图2EPON总线拓扑结构图

（3）针对配电网“手拉手”结构模式，其结构模型如图3所示。“手拉手”结构与配电线路结构类似，能实现全光保护倒换。EPON全光纤保护倒换结构能对OLT设备的失效进行保护，同时ONU上行选择工作OLT，当工作OLT失效时，ONU倒换到备用OLT。

图3EPON“手拉手”型拓扑结构图

3.3 无线公网GPRS技术

GPRS 是通用分组无线业务，它是在 GSM 系统的基础上引入SGSN（GPRS 业务支持节点）、GGSN（GPRS 网关支持节点）和 PCU（分组控制单元）而构成的无线数据传输系统，它使用分组交换技术，能兼容 GSM 并在网络上更加有效地传输高速数据和信令。

GPRS网络作为无线公网中发展最成熟，信号覆盖最广泛的网络，在电力通信专网未覆盖的区域，为电力生产、管理信息的传输提供了通信通道。目前镇江电网应用GPRS网络实现了近500台配电变压器的综合数据监测。采用GPRS方式来传输数据，适应性较强，工程实施简单便捷，无需敷设单独通讯线路，减少了施工的难度和费用。但是，此方式通过运营商提供的公网通信方式，安全性较低，在使用时需要对安全防护进行加固。

4结语

在配电自动化通讯系统中，以光纤通讯的自愈环方式为主，辅以有线、无线等其它方式，很可能是未来几年内配電自动化中通讯组网技术的主流。出于配电自动化系统运用在国内还是一个新的课题，本文初步探讨了配网自动化系统中通讯系统的一些应用方案与技术，总结了将光纤传输应用在配电网自动化系统的一些体会，与从事电力系统自动化和通讯的同仁进行交流探讨。

参考文献:

[1] 郭宁辉.秦立军.配电自动化系统载波通信节点设计[J]科技与企业.2013.07.

[2]通讯系统在配电自动化系统中的应用[M].工业自动化2011.03.08

[3]林功平.王开斌.光纤通信技术在配电网自动化系统中的应用[J].电力系统自动化.1998.08