摘要：配電網自動化系統是配網建設和改造中的熱點問題，通信方式的選擇是整個配電網自動化規劃和設計過程中的重點和難點。結合配電網自動化的特點和要求，對光纖、現場總線、配電線載波、無線通信等多種通信方式進行了綜合分析和比較，探討了適合配電網自動化的通信方式，為配電網自動化通信方式的選擇提供了參考。

　　關鍵詞：配電網  自動化系統  通信方式 解決方案

　　0 引言

　　隨著經濟發展和人民生活水平的提高，對電力系統的供電質量和供電可靠性要求越來越高。我國電力系統自動化在發電廠、變電站、高壓網絡、電力調度等方面都有較好的發展和應用。但是在配電網絡方面還較為滯后，這是由于我國電力建設資金短缺，長期以來側重電源和大電網建設的緣故。使配電網絡技術發展受到嚴重的影響，設備落后、不安全的因素較多等狀況，造成了配電網用電質量及供電可靠性方面較難滿足要求。近幾年來，隨著電力事業的發展，各種新電器廣泛應用于生活、生產，給人類帶來了巨大的便利.

　　1 概述

　　配電自動化是利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術，將配電網的實時運行參數、電網結構、設備信息、用戶信息以及地理圖形等信息進行集成，構成完整的自動化系統，實現配電網運行監控及管理的自動化、信息化。配電網自動化系統是在遠方以實時方式監控、協調和操作配電設備的自動化系統。

　　2 配電網自動化系統的結構

　　鑒于配電網自動化系統監控對象的特點，配電網自動化系統一般采用三層結構，在系統層次上分為主站層、子站層、配電終端設備層。目前國內主要的配電網自動化系統組成結構如圖1。

　　圖1 國內典型配網自動化系統體系結構圖

　　主站層是整個配電網自動化系統的控制中心，從整體上實現配電網的監視和控制自動化，分析配電網的運行狀態，協調配電網自動化系統子站之間的關系，對整個配電網網絡進行有效的管理，使整個配電系統處于最優的運行狀態。它是整個配電網監控和管理系統的核心。

　　子站層又稱區域工作站層，它實際上式一個集中和轉發層，既要通過查詢向各現場終端收集、查詢信息，存入數據庫，又要負責向控制中心主站上報信息，通常設在變電站或大型開關站內。子站層還具有一定的故障處理功能，能對所轄區域內的故障區段進行自動定位、隔離和非故障區段的自動恢復供電。

　　配電終端設備層是整個系統的基層設備，完成柱上開關、環網開關、箱式變壓器、配電變壓器、開關站（配電站）等各種現場設備數據采集、調節、信息上傳和本地控制等功能。配電終端設備按用途分別稱為開關站終端設備（Distribution Terminal Unit，DTU）、饋線終端設備（Feeder Terminal Unit，FTU）和配電變電站（Transformer Terminal Unit，TTU）。

　　3 配電網自動化的通信方式

　　3.1 配網自動化對通信系統的要求

　　配電網結構的特殊性決定了配電網自動化通信系統的特點是被測點多且分散、覆蓋面廣、通信距離短、對通信效率的要求不高。隨著城市建設的發展，配電網絡整體上具有不確定的拓撲結構，配電網通信系統應具有不斷適應配電網絡發展的特點。因此，配電網通信方式的選擇應考慮如下問題。

　　(1)通信的可靠性。通信系統要長期經受惡劣環境和較強的電磁干擾或噪音干擾的考驗，且不能受電網停電和故障的影響，需保持通信的暢通。

　　(2)建設費用。在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設費用及長期使用和維護的費用。

　　(3)配網通信的實時性。配網自動化系統是一個實時監控系統，必須滿足實時性要求。正常情況下，配網系統在3～5s應能更新全部配電終端設備的數據。

　　(4)雙向通信。不僅能實現信息量的上傳，還要實現控制量的下達。

　　(5)數據傳輸速率。在配電網自動化系統中，配電變電站監控、饋線自動化對于通信速率要求最高(300 bit／s以上才能滿足要求)；負荷監控對通信速率的要求次之(約10 bit／s就能滿足要求)；遠方抄表和計費系統對通信速率要求最低。

　　(6)通信的靈活性和可擴展性。由于配網具有控制點多、面廣和分散的特點，要求采用標準的通信協議，同時通信設備和通信方式具有較強的靈活性，便于安裝、調試、運行、維護并能適應配網技術的發展。

　　3.2 配電網自動化的通信方式

　　配電網通信包括主站與子站、子站之間、子站與終端之間的通信，是廣義的范圍。通信是配電網自動化的一個重點和難點，區域不同、條件不同，可應用的通信方式也不同。

　　3.2.1 有線通信方式

　　(1)配電線載波通信

　　配電線載波通信是利用已有的電力架空明線或地埋電纜通過配電載波設備來傳遞語音和數據，其優點是：1)利用現有的配電線路傳輸不需另鋪專用通信線路，能連接電網關心的任何測控點；2)其安全性為電力部門所控制，因而便于管理。其缺點是：數據傳輸速率較低；容易受到干擾、非線性失真和信道間交叉調制的影響。

　　除了傳統的電力載波，目前采用擴頻載波或正交頻分復用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術的配電線載波也有所應用，其特點是能在傳統載波機無法開通的線路上穩定工作，具有長距離中繼等功能，主要應用于路線長、面積廣的農網配電網自動化系統及無法敷設通信線路的特殊場合。

　　(2)光纖通信

　　光纖通信是以光波作為信息載體的通信手段，目前常用光纖環網和光纖以太網方式，主要特點是速率高、穩定性好、抗干擾能力強、保密性好、組網方式靈活，可以實現綜合數據傳輸，但投資大。隨著光纜技術的進步、光纜性價比的提高，光纖通信在配電網自動化系統中將被廣泛采用。

　　(3)音頻電纜通信

　　音頻電纜通信時城市電網較為經濟和實用的方法。通信線的布設及各通信端的連接無特殊要求，造價較低，容易實施，但是容易受環境的影響，尤其是與高壓配電線路同桿架設時強電場和強磁場對通信線的干擾較大。

　　(4)市話通信

　　市話通信可用于數據通信，易于雙向通信。其特點是不需要投資建設專用通信網，開通費用低，但由于非自己控制，需要撥號，某些功能受到 一定的限制，且租金較貴，運行費用高。

　　(5)現場總線

　　現場總線（Field Bus）是連接智能現場設備和自動化系統的數字式雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。它按照國際標準化組織和開放系統互連的要求提供網絡服務，具有可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通信速率快、實時性好、成本低和易維護等優點。同一區域各個職能配電終端之間的通信多選用現場總線。

　　3.2.2 無線通信方式

　　無線通信系統具有覆蓋面廣、無需傳輸線、能在停電區域保持通信等特點。

　　(1)高頻通信

　　頻率范圍為150～800MHz的無線通信為高頻（HF）通信。500MHz以下的通信速度不高，傳輸距離較短，但是繞射能力較強。以200MHz為例，可靠通信速度在1200bps左右，通信距離約為10～20km，比較適合中小城市和大城市近郊及廣大農村地區。

　　(2)擴頻通信

　　擴頻通信的頻率范圍為900～1000MHz。擴頻通信具有建網周期短、組網快速靈活、無需申請頻點、覆蓋范圍廣、抗干擾性強的特點，通信速率可達幾十波特率，易安裝，免維護，天線小巧，但系統造價高，并且要求通信兩端無阻擋，對大城市比較困難。一般用于通信點不多，通信速率要求較高的場合。長距離的通信還能體現出擴頻技術的諸多優點，單對于城市配電網，FTU信號的傳輸會受到波傳輸的影響（繞射功能差），往往是應用效果不佳。

　　(3)微波通信

　　微波通信采用1000MHz以上的頻率。微波通信在電力系統中發揮著重要的作用，對于調度自動化和變電站綜合自動化數據的傳輸有重要意義。微波頻率1GHz以上，屬視距傳輸，它傳輸容量大，穩定性能好，同時由于微波通信已經在電力系統運行多年，運行維護人員積累了豐富的經驗。

　　(4)GPRS通信

　　GPRS（General Packet Radio Service）是一種新型分組數據傳輸技術，相對于原來傳統的電話、電力載波等通信方式，GPRS具有永遠在線、快速登錄、按數據流量計費、切換自如、高速傳送、安全可靠等優點。

　　使用GPRS可以實現點對點以及點對多點的數據傳輸。對于一些分散在邊遠地區配電網監控點來說，建設專用的通信通道投資較大，使用社會上電信運營商提供的GPRS通信服務是一種比較合適的選擇。相對于其他通信方式，GPRS的不足之處是傳輸延遲較大，不過對于大部分配電網自動化的應用來說，其傳輸延遲是可以接受的。

　　3．2．3 各種通信方式的應用比較

　　幾種常用通信方式比較情況見表1所列。

　　通信方式傳輸媒介傳輸速度傳輸距離抗干擾衰耗建設投資運行費用維護工作量缺點用途

　　有線配電線載波中壓/低壓配電線路<28.8k地理電纜5km，架空線15km差大小無小傳輸速率低，易受干擾FTU/TTU與子站的通信，低壓抄表等

　　光纖通信單模/多模光纖百兆級長高小大小小造價高，靈活性差任何場合

　　現場總線屏蔽雙絞線<19.2k<2km較差大中小中傳輸距離有限子站、內部通信，電能采集

　　無線擴頻通信自由空間<128M<50km較高較小高小小系統造價高子站與主站間

　　微波通信自由空間<128M<50km較差較小大小中抗干擾能力差分支線

　　GPRS通信自由空間<115M<50km較差較小中小小有傳輸延遲TTU及實時監控設備

　　通過上述比較，有線與無線方式各有利弊，有線通信的優勢在于數據傳輸的可靠性，但為大量的分散終端敷設專用線路造價過高，而無線通信則在此方面體現出明顯優勢。

　　3.3 通信方式的解決方案

　　不論是有線通信模式還是無線通信模式，他們各自都有自己的優缺點，適用的配電自動化領域也各不相同，并且都在各自的研究領域不斷發展著。在實際應用中，通信方式應遵循"先進性、實用性、可行性、可擴展性"的原則，根據經濟條件因地制宜地優化選擇多種通訊方式的建設方案。具體而言，可以采用以下解決方案。

　　(1)實時監控設備的通信(如饋線自動化的通信)要求可靠、快速，可以考慮光纖通信。實時監測設備的通信(如集中抄表、負荷控制等)一般只要求定時采集，在通信速率和可靠性方面的要求大大降低，可以選擇低價的通信方式，如電力線載波或GPRS方式。

　　(2)對于主站層與子站層之間的主干網絡，由于數據量比較大，實時性要求相對較高，可采用光纖或微波通信。為保證通信可靠性，防止光纜或光端設備故障造成通信中斷，可采用光纖雙環自愈網。

　　(3)市區主要道路設計多個環網作為通信主干道連接至主站或子站。主干道的通信為配電自動化的主動脈，宜采用光纖雙環自愈網，同時串接沿線的各廠站終端設備。

　　(4)郊區配電設備分散、距離長、架設有線通信不經濟，可根據地形配以電力線載波或GPRS方式。

　　(5)配電變壓器監測終端(TTU)的通信方式優先選用GPRS方式。

　　(6)負荷管理主要面對分布廣泛的客戶，實時監測客戶運行情況和傳遞部分供電局需要的信息，速率和可靠性要求大為降低，其通信優先采用中壓配電線路載波或GPRS方式。

　　(7)舊城區配電自動化改造選用電話通信通道，可大大減少成本，見效快；新建小區進行通信通道的安裝，可優先考慮光纖通道和導引電纜通道。

　　4 結束語

　　配電網自動化系統能極大地提高配電網的運行管理水平，不僅能確保供電、多供電，而且通過系統的應用，達到降低配電網的損耗，提高電力公司經濟效益。而配電網通信是配電網自動化的重要組成部分，通信系統的安全可靠是實現配電網自動化的重要保障。目前還難用單一的通信方式來滿足所有的配電網自動化的需求，因此必須因地制宜地選擇通信方式才能適應配電網自動化的發展，發揮最大的經濟效益。

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