基于县城配电自动化通信系统建设

安志国 胡金路 张海粟

0 引言

随着国家经济的发展及人民生活水平的逐步提高，社会对电网的安全及可靠性提出了更高的要求。国家电网公司为了提高整体供电质量，改变了以往的重输电轻配电的观念，加大了对配电网领域的投入力度。通信系统的建设是配电网自动化系统是否可用的重要因素之一，提高通信系统的可靠性，可以为配电自动化的快速故障定位，切除故障区域，恢复非故障区域供电提供有效途径。

配电网自动化系统分为四部分, 即配电主站系统、通信系统、配电终端以及配电开关设备。配电主站是整个配电自动化系统的监控、管理中心，配电终端采集现场数据，并接收主站下发的控制命令，配电主站与配电终端二者之间的信息交互依靠通信系统完成，配电开关设备与配电终端配合完成现场数据的采集以及配电主站下发配电终端的控制命令。

1 配电网自动化对通信系统要求

配电网自动化对通信系统的要求取决于配电自动化的规模、复杂程度和预期达到的自动化水平，具体要求主要体现在以下几个方面。

（1）设备应具备高可靠性要求

配电网自动化设备大部分长期运行在户外，设备要长期经受各种不利气候条件的考验，如雨、雪、冰雹、狂风、暴雨等，长期暴露在阳光下导致材料的老化和高温对元器件寿命的影响，还要抵抗周围环境中的各种强电磁干扰。

（2）容量满足电力需求增长的要求，具备可扩容能力

用电负荷量在以20%的速度增长，建设通信系统不仅要能满足目前配电自动化的要求，还应该考虑未来配电网自动化系统升级、扩容的需要，甚至将来的营配调一体化和分布式电源并网对通信的要求。

（3）设备具备双向通信能力和通信速度的要求

通信系统必须满足配电主站和终端间的数据双向交互要求，同时需要满足配电网自动化对通信速率要求，对于三遥配电自动化终端，通信速率须在1200bit/s以上。

（4）设备具备低功耗功能，不受电网短时停电或短时故障的影响

配电网自动化实现故障的定位、隔离以及快速恢复供电过程中，需要保证停电区域的配电终端与配电主站的可靠的实时通信，否则故障区域的恢复不可能实现。目前配电终端基本上采用铅酸电池或超级电容作为后备电源。电网故障或短时中断时，通信设备依靠配电终端中的后备电源提供工作电源，尤其超级电容为后备电源时，对通信设备的低功耗要求相当强烈。

（5）通信设备标准化，便于后期的维护

由于配电网自动化系统十分庞大，通信系统也相当复杂，甚至有些地方新老设备、多种通信方式并存，而通信系统技术维护人员不是专业的技术人员，不会精通各种类型的通信设备，直接导致系统后期维护困难，所以通信应尽量使用具有通用性、标准化的设备，或者尽可能减少设备种类，以便技术人员的后期维护与应用。

2 各种通信方式的对比与分析

（1）无源光网络Epon通信技术

Epon是一种新型的光纤接入网技术，在物理结构和数据流上实现了点到多点结构，光传输上实现了无源分光器（无需工作电源），物理层采用了Pon技术，利用Pon的拓扑结构实现了以太网的接入，基于以太网协议之上提供多种业务服务，综合了Pon技术和以太网技术的优点：低成本、稳定性好、抗干扰能力强、保密性好、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组，继承了以太网的兼容性，方便的管理，非常适合配电网的通信模式。

Epon系统主要由OLT、ODN、ONU组成，可以完成如下各种拓扑结构网络，满足各种配电网网络图（见图1）。

Epon相对于无线技术的优缺点：

1）带宽高出无线几个数量级，数据传输延时短，对实时业务支持好；

2）属于专用有线通道，安全保密性较好；

3）使用上不存在盲区和死角；

4）支持动态带宽分配，具有更好的带宽分配特性；

5）沿配电线路铺设专用光纤，施工周期长，费用高。

（2）无线公网通信技术

GPRS是采用移动现有的语音信号上的一种数据传输业务，在GPRS网中往往是话音优先，从而导致数据通信处于不稳定状态, 另外由于采用简单的通信传输协议而使数据传输的安全性得不到充分保障。GPRS是半双工通信方式，不能同时双向收发数据,平均传输时延较大。当短消息猛增时，容易发生信道堵塞，导致通信不畅。

GPRS无线公网通信的优缺点：

1）无需施工布线，具有快速部署，可以作为有线通信的补充；

2）具有通信盲区，带宽较窄，延时长；

图1 Epon组网结构图

3）安全保密性低，各种环境影响，稳定性低于有线；

4）一旦使用就会发生费用，同时运行质量在相当程度上依赖移动运营商。

（3）配电线载波

配电线载波通信是利用现有电力线传输通信信号，把信号沿着配电线路传输到各个环节，而不必考虑铺设专用线路，加上工作频段20～500kHz是无线电管理委员会分配给电力系统使用的合法工作频段，所以电力公司喜欢采用电力载波通信。

配电线载波按耦合方式的不同，分为两相对地传输、相对相传输、相对地传输。配电线载波的优缺点：

1）不需要另铺专用通信线路，能连接电网中的任何测控点；

2）数据传输速率较低，且只能进行点对点通信，

3）易受一次网架和外界电磁干扰，导致载波通道短时中断；

（4）230MHz无线专网技术。

无线专网技术包括WiFi、蓝牙、ZigBee等短距离无线通信技术，223～232MHz频段是国家无线电管委会统一分配给电力系统，作为电力负荷控制通信使用。随着技术的发展，目前230MHz采用了OFDM、MIMO等新技术，将多个频段组合在一起，形成一个宽带传输模式，与以往的无线专网相比，在传输速率、实时性、管理能力等方面已经取得了改善。

无线专网通信的优缺点：

1）无需铺设专线，具有快速建设，不存在盲区问题；

2）独占资源，通信信道使用具有唯一性，专属于电力企业，系统通信安全性高；

3）同时刻同频段只能有一台与主站进行数据交互，通信速率较低，时延长；

4）受环境影响，稳定性低于有线；

5）需要建设基站，以基站为中心一定范围内可使用，通信盲区需要设立中继来解决。

3 县城级配电网自动化通信系统的应用方案

配电网自动化系统是一个庞大复杂的、综合性很高的系统工程，一般是采用分步骤、分阶段的进行建设，所以在建设过程中会存在不同厂家、不同批次的配电终端和通信设备、从而导致配电网自动化不可能按照一种固定模式建设。

笔者认为配电网自动化不可只追求技术先进和功能强大等方面，还需要结合目前现有一次网架情况，以及可利用资金等综合考虑，分阶段分步骤建设配电网自动化系统。结合多年从事配电网自动化工作经验，针对通信部分的建设总结如下几条经验供参考。

1）对于新建设配电线路，优先考虑采用光纤Epon通信系统，对于手拉手环网供电的配电线路组建全保护总线链型通信网络，而对于辐射型配电线路组建基础树形图通信网络。如果受资金条件的限制，可前期采用GPRS通信方式或者现有的电力载波完成初期的建设，待时机成熟后升级为Epon，但是前期建设需要考虑预留光纤等设备的安装位置；

图2 GPRS组网结构图

2）对于已经部分线路实现了配电电自动化的线路，如果具备局部升级改造条件，直接升级为光纤Epon通信网络，否则继续沿用现在的通信系统，留于后续系统升级完善；

3）对于山区、草原、农村的配电线路，建设配电自动化建议优先考虑配电线载波通信系统，这些区域用电负荷较小，故障率相对较低。也可采用GPRS无线通信方式，既可以降低施工难度，又能达到目的，但是需要考虑终端安装地的移动信号情况；

4）对于较小的县城城区，建设配电自动化优先考虑采用无线专网的方式，以基站为中心不超过3km范围内都可以实现无线专网的连接。

总之，对于目前的配电自动化建设初期，可能各个地方的网架条件、基础设施等不同，所以会出现各种通信方式的配电自动化，加上配电自动化系统的分阶段、分批次的建设，所以短时间内各种通信方式会并存。这也是目前配电自动化系统应用不太理想的原因之一。

4 结束语

配电自动化建设是一项综合技术，耗费巨大资源的一项工程，所以建设周期较长，且各个区域的一次网架等基础设施不一，所以建设模式不会完全一样，结合自己的企业的经济实力，做好长期规划，分步骤，分阶段地实施，建设适合本企业的配电自动化系统。

[1]张继东,陶智勇,EPON的发展现状与关键技术[J].光通信研究,2002(1).

[2]孙中伟,等.基于EPON的配电网自动化通信系统及其安全机制[J]电力系统自动化,2010(8).

[3]郭以贺,谢志远.配电网载波通信信道的分析和建模[J].电力自动化设备,2010(3).

[4]韩冰,李芬华.GPRS技术在数据采集与监控系统中的应用[J].电子技术,2003(8).

[5]刘健,等.现代配电自动化系统[M].北京：中国水利水电出版社, 2013.