浅析配网自动化通信方式

【摘要】随着科学技术的发展，通信技术在电网系统中的应用越来越广泛，为配网智能化建设提供了条件。文章从配电网自动化通信系统特点出发，对不同类型的配网通信方式进行对比分析，最后就如何构建合理的配网通信系统，选取最佳通信模式提出建议。

【关键词】配网自动化；通信方式；GPRS

配电自动化通信网络是智能电网配电系统应用的重要支持平台，是利用现代电子技术、通讯技术、计算机技术及网络技术，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的现代化。近年来，我国的电力事业得到了快速发展，取得了巨的大成就，同时人们对供电可靠性也提出了更高标准，因此，只有选择可靠的通信系统，才能保证配电自动化系统的正常运行。

1.配电网自动化通信系统特点

（1）终端节点数多。系统的终端监测节点数量比同一地区输电网调度自动化系统要大一个数量级。一般在我国一个中等城市，本系统需要的通信终端节点数量可达上千个。（2）通信节点分布极其分散。单点的信息量较小，对实时性有一定的要求，需要进行双向通信。这就要求设计时必须在以上多个因素之间进行权衡，才能保证通信方案的有效性和经济性。（3）单个节点的通信数据量小。配变监测终端监控对象是大量的配电变压器，通信数据量较少，配网自动化系统对通信的要求包括：满足数据传输需要，可不考虑图像信息传输；速率应满足事故处理时通信的要求；每一级通信网络应尽可能选用单一信道通信；信道维护量少、扩容方便、可靠、造价低。

2.配网自动化对通信系统的要求

为满足配网自动化的要求，通信系统必须满足以下几个要求：（1）可靠性：配网的通信设备绝大部分部暴露在室外，要能抵抗雨、雪、冰雹、狂风和雷阵雨等恶劣的气候条件和长时间的阳光照射。通信系统应能抵抗强电磁干扰和雷电，在停电和电网故障时依靠自身电力能够保持通信的时间长短也是一个重要指标，同时通信设备大部分安装在杆塔上，要考虑到安装和维护的方便。（2）质量性：高可靠性的保护传输通道，确保继电保护装置的正确动作和快速切除，改善和提高继电保护动作性能，提高电力系统的稳定水平。（3）经济性：通信系统的先进性与建设费用是矛盾的，应该选择先进性与建设费用的最佳组合，使其性价比最高。（4）开放性和扩充性：由于配网系统存在多个厂家设备和多种通信方式和协议，建立配电通信主网时一定要选用开放性好的通信技术，同时配网设备会逐年增加，要求通信系统的寻址方式灵活有效且有足够的容量。为保护投资，应选择可以平滑升级的通信技术。（5）双向通信能力和传输速率：应满足配电自动化系统在功能上具备双向通信的要求，也应该满足通信的实时性需求；另外，在设计通信方式的时候，还必须留有足够的带宽，以满足将来系统扩建的要求。

3.配网自动化系统的通信方式

3.1 光纤通信

光纤通信是以光波作为信息载体，传输介质为光导纤维。光纤具有传输速度快、干扰性强、传输距离远等特点，主要传输数字信号。光纤通信相比于其他通信方式，具有以下优点：（1）光纤传输抗干扰性强，损耗小，几乎无误码现象；（2）一组光纤可以同时传输多组数据，互不干扰；（3）架设简单，组建方便，受外界影响小；（4）能够使配电网与控制网中的强电和弱点分开，增设了设备的安全性；（5）传输的容量可达到10Gbit/s，是目前最在传输容量的方式。

3.2 配电线载波

配电线载波通信是利用已有的电力架空明线或地埋电缆通过配电载波设备来传递语音和数据，优点是：（1）利用现有的配电线路传输不需另外铺专用通信线路，能连接电网关心的任何测控点；（2）其安全性为电力部门所控制，因而便于管理缺点是：数据传输速率较低，容易受到干扰、非线性失真和信道间交叉调制的影响。除了传统的电力载波，目前采用扩频载波或正交频分复用技术的配电线载波也有所应用，其特点是能在传统载波机无法开通的线路上稳定工作，具有长距离中继等功能，主要应用于路线长、面积广的农网配电网自动化系统及无法敷设通信线路的特殊场合。

3.3 GPRS

GPRS（Genera1PacketRa-dioService）即通用分组无线业务，是一种基于包的无线分组交换技术，它突破了GSM只能提供电路交换的思维模式，是在现有GSM网络移动基站和基站控制全面升级的基础上，通过叠加GPRS核心网络（SGSN+GGSN）来实现无线数据的分组交换，提供端到端或端和互联网（包括专用网络）的广域无线IP连接。

优点：（1）通信速率高。通信数据经压缩后，GPRS提供高达115kb/s的传输速率（最高值为171.2kb/s，不包括FEC）。（2）永远在线。由于分组型传输不占信道，因此用户可以长时间保持与外部数据网的连接，而不必进行频繁的连接和断开操作，真正实现“永远在线，永远连接”。（3）通信费用按流量的多少进行计费。由于采用了分组交换技术，并且吸取了过去电路交换时数据业务只能按时长计费的弱点，GPRS被设计成可以采用按流量计费。从而节省用户上网费用，大大推动了无线移动互联网业务的发展。（4）不需要额外搭建新的网络，可直接利用无线公网平台，进行业务信息的传输。前期投资少、见效快；后期升级、维护成本低。（5）无线网络覆盖范围广。

GPRS系统建网方便、无需布线，只要有移动信号的地方，就能实现GPRS信息的传输，受区域限制。缺点：（1）无线GPRS通信网络覆盖范围虽广，但实际通信易受地理位置的影响，存在无线网络没有覆盖到的“盲点”，想要实现通信就必定受制于运营商对无线基站建设投入的力度，需要花很大的精力与无线运营商讨论信号覆盖范围问题。（2）在部分无线信号覆盖到的范围，存在信号不稳定的情况。配电网终端会在信号不稳定的状况下，持续发送“心跳”报文，给无线基站“汇报”通信连接情况。报文数据容量虽小，但不断重复地发送，会造成通信流量剧增，因此造成一个终端一个月的通信费用高达几百元，甚至上千元，导致通信成本倍增。（3）配电网终端站点里，有相当一部分建在大楼的负一层或以下层，即使当地无线信号已覆盖到，但信号强度非常弱，通信质量效果很差。部分终端站点在敞开房门前，通信质量相当好；关上房门后，信号大大减弱，难以实现正常通信。（4）传输时延和服务质量，GPRS和EDGE都是基于GSM网络的高速的无线数据传输技术，GSM网络是语音优先的网络，无线数据业务的高速是通过占用GSM的语音信道来达到的，数据用户的发展会因语音用户而受到限制；在语音高峰时，无法保证数据传输的可靠性和实时性。

4.构建合理的配网通信系统建议

由于配网通信具有点多、面广、单点信息量小的特点，全部采用光纤作为传送通道，通信费用太高，也不现实；全部采用GPRS或CDMA信息及时性和安全性又无法保证。

根据国内外目前比较成熟的经验，笔者认为采用“光纤+中压载波+GPRS”混合通信方式比较适合目前配网通信方式，即DTU、FTU监测单元采用主干环网光纤和分支线路采用中压数字载波机，TTU监测单元采用GPRS（CDMA）传递信号。这样既可以兼顾到配网自动化对信息传输安全可靠的要求，也能降低建设费用。解决方案如图1所示。

4.1 实时信息采用自建通信通道

实时监控10kV开闭所，这些信息通过自建的专用通道（实时网络/SDH2M口、SDH串121/光纤、音频电缆、载波等）接入安全I区网络（即调度网络），同时在I区构建D-SCADA主站系统。这部分的数据采集和控制是全实时的，即数据采集和控制都是即时传送。D-SCADA主站系统通过物理隔离装置连接位于Ⅲ区的接口服务器，以满足安全性的要求。对于自建的专用通道，考虑到技术经济性，应尽量采用费用较低的中压载波（点对多点）方式。

4.2 准实时信息采用公网的GPRS或CDMA

对于配变监测信息，由于点多且对实时性要求不高，可以通过公共无线网络（如GPRS或CDMA）接入安全Ⅲ区网络（即MIS网络），同时在Ⅲ区构建采集系统，进行这部分数据的采集汇总。这部分监控只有数据采集和处理，没有控制，且数据采集是准实时的，即每天采集一次整点数据（24时），但事件（事故和越限）信息是即时传送的。

5.结语

随着电网的发展，如何解决电网安全运行、提高供电可靠性、保障供用电是电力系统急需解决的问题。因此，要实现配网自动化必须解决好通信的问题，就要选择可靠的通信系统，这样才能保证配电自动化系统的正常运行。

参考文献

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