基于无线窄带数据通信网的配电自动化系统

刘子春

（北京华麒通信科技有限公司，北京 100082）

0 引 言

通信系统是实现电气自动化的关键技术，其好坏决定了自动化系统的稳定程度[1]。要想利用无线网络技术建立起电力系统窄带数据通信网，就要保证配电自动化系统的安全性和稳定性。配电自动化系统要保证既能将传送端的控制命令准确地传达给远方的现场终端，而且要能将远方现场终端采集到的数据传回到控制中心，因此通道线路距离较长，对通道线路的传输效率没有过高要求。配电自动化系统的工程测控点比较多且分散，且一般都是在恶劣环境下运行，因此选用得配电自动化通信设备要有安全可靠的设计，并且还要符合实际的配网资金要求，使通信系统的经济成本降低[2]。本文从系统结构设计、配电自动化的通信系统这两个方面来进行分析和讨论。

1 系统结构设计

通过对区域内配电变压器的监控和协调，实现对区域内整体网络运行状况的监测和优化。配电自动化系统是直接面对用户的，接收的数据量和信息量较大，使得配电自动化系统具有集成和协调的特征。在数据能充分共享的条件下，配电自动化系统能提高电力企业的管理水平，进而带动电力企业发展，因此配电自动化系统应该是一个分级和分层的监控管理系统，应遵循开放性的原则，按照区域的分布进行设计，整体系统设计应包括主站层、子站层和终端设备层[3]。

1.1 配电自动化的主站层

在通信配电自动化系统中，主站层是整个系统的监控中心和管理中心，主要负责处理电子层实时上传的配电系统相关信息，从总体上监控整个配件网络的运行状态，协调各国电子政策之间的联系，有效地管理配电网络，及时处理配电网出现的故障，保证整个配电自动化系统处于良好的运行状态[4]。在此期间，主站层还可以与其他系统进行数据共享，使配电系统的维护和管理工作有序进行。

主站层可以通过局域网将多台电子计算机连成一体。设计主站层时可以根据不同用户的需求，选择单网结构或双网结构。在自动电气化系统正常运行的过程中，两个网络结构之间可以互相传送数据，进而使数据流量保持平衡[4]。一旦一个网络系统出现故障，另一个网络系统就会自动传送数据，在故障恢复时，双网络就恢复到流量平衡的状态。配电自动化主站层主要系统结构包括前置机、数据库服务器、配调工作站等部分。

1.1.1 前置机

前置系统包括通信通道与数据处理两大功能。其中通信通道类似于通信链路，完成主站与子站或各大终端设备之间的数据采集、处理、监视和控制功能；而数据处理则是基于主站与子站或各大终端设备之间的信息，进行信息的转发、交换、处理、监视、统计以及控制。前置机会将从子站或各大终端设备采集到的数据等信息进行处理后，自动发送到数据库中进行备份，信息共享到各大节点之中[5]。

1.1.2 数据库服务器

服务器是自动化系统的数据中心，主要是进行数据储存和数据运算，并且建立起一个实时的数据库。在一般情况下，主数据库的服务器主要是负责查询，在主数据库的服务器出现故障时，备用数据服务器就会自动启动，接替主服务器开展工作[6]。数据库的稳定性和开放性特征要求电子自动化系统要对数据进行实时响应，数据库的子系统是由自开发的实时数据库和商用数据库共同组成的，常规的商用数据库主要用于对数据的储存和外部系统对数据库的访问，隶属数据库，都是由双服务器来支持和运行的，实时数据库也是如此，这样才能保证服务器之间的工作状态的稳定性和一致性[7]。

1.1.3 配调工作站

配调工作站是工作人员查看、监控配电网络运行状况、获取统计资料的端口。在配套工作站的这一站层中，工作人员通过对电力系统进行监控，能实时查看配电网的工作状态，进而得到配调工作站的统计资料、数据曲线和报表等一些数据，然后为工作站提供管理和监控服务。

1.2 配电自动化系统的子站层

配电自动化的子站层在整个系统中处于中间位置，可以处理配电站的通信，一旦所管辖的网络区域出现故障，可以对其功能进行及时诊断和恢复。配电自动化的子站层还可以收集各个站层线路的数据信息，实现对配电自动化系统的监控。配电自动化子站层的设计目的主要是减少主站层的负担，对信息进行分层，在故障发生时能及时处理变电站断路器[8]。

1.3 配电自动化系统的终端设备层

配电自动化系统终端设备中有多种配电终端，能对所有终端设备进行数据控制和采集，并且可以与自动化电子层进行数据通信，提供配电自动化系统所需的数据。同时，其还兼具少量的故障现场处理功能。

2 配电自动化的通信系统

2.1 配电自动化通信性能分析

一个配电自动化系统的建立需要大量的后台软件和智能终端相配合。通信系统的稳定程度决定着自动化系统运行的质量。随着现代通信技术的发展，通信方式变得多样化，如配电线波、架空明线、光纤、电缆数控电台、卫星通信等。配电自动化系统在不同的气候条件、RTU数量、地形条件下会有不同的网络建设需求，因此需要一种综合的网络通信方式，使配电自动化系统的可靠性和安全性提高。

光纤网络的通信节点数据量小、排列分散，且架设过程耗费的资金较多，这在一定程度上影响了光纤通信的性能和价值。架空明线操作过程较为简单，但易受外部因素干扰，数据在线路传输中的损耗较大，一般作为近距离的传输方式应用于电力系统中[9]。在应用现场总线技术时，将现场设备互相连接，能形成开发性的网络结构。随着电力行业的不断发展，人们对数据传输的实时性和数据量也提出了更高的要求。电力系统差异化的总线标准，使得配电自动化系统无法形成统一的网络结构。配电载波系统兼具经济性优势和技术难度较大的特征，当区域内突发停电，通过配电载波记载和上传电表数据时，配电系统容易受到干扰，传输效率较低[10]。随着移动通信网络和光纤通信的飞速发展，微波通信方式的利用率和关注度逐渐降低，虽然微波技术的传输速率要高于其他无线网络的传输速率，但是在1 Hz以上时，微波传播的绕射能力就会大大削弱，不适用于配电系统。

2.2 Mobitex网络的组成和技术特点

Mobitex网络是一种窄带无线数据专用通信网络，主要由基站、移动终端交换机、服务器和网络控制中心组成。基站的主要功能是对区域内的路由流量进行覆盖和分配，便于对无线通信技术高效利用。Mobitex网络中的交换机数量较多，但所有的交换机都是通过相同类型的传输线路连接的。Mobitex网络中的服务器，其终端固定，一般是用户所使用的服务器，本地交换机可以与固定终端通过X.25端口直接连接到服务器上[11]。Mobitex系统中的网络管理中心可以对整个电力网络系统进行监控，可以对用户信息计费、网络配置等网络维护运行等任务进行实时处理。通过控制中心还可以对网络组件和基站进行科学配置，以减少现场处理费用等成本支出。

3 结 论

基于无线窄宽数据通信网下搭建的配电自动化系统，具有工作效率高、运营成本低、传输数据高速可靠的优点，能极大满足用户和供应商全天候访问、控制配电自动化系统数据的需求。因此要提高供电质量，提高远程操控电力网络分析和处理故障的能力，对电力系统进行设备维护，降低电力企业的经济成本。自动化电力系统，传输数据的速度较快，并且费用很低，可靠性和安全性都很高，可以有效解决电力系统的配电和通信问题，提高对网络的监控能力，使供电质量得到改善。