配网自动化通信结构体系设计

陈冠宇

（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526000）

0 引 言

配网自动化通信系统及设置的修改、补充、完善，更有利于供配电的规范化管理，也有助于提高供电系统的安全性和稳定性，方便工作人员及时抢修、维护，减少了季节性供电矛盾，同时更有利于降低电力损耗和偷电、窃电等非法行为。总之，配网自动化通信体系的逐步完善，大大提升了供电及服务质量，满足国家经济建设及人民生活需求，同时降低了电力企业运行成本[1]。

1 配网自动化发展目标分析

电网自动化、智能化升级改造全面实施的有利时机，国内很多电力企业已经建立了比较成熟的配网自动化网络系统。该系统集成了变电站集中控制中心、配调自动化网、馈线自动化、GIS地理信息系统，配电管理平台、电力运行分析系统、综合通信系统以及接口系统等。配电自动通信系统利用计算机技术、网络技术将配电网络的分布、属性及实时信息通过地理化进行组织、分析和处理，可以实现管理、统计、分析、查询、运行以及维护等功能。系统数据处理能力更强，工作效率更高、工作更具直观性、可扩展性以及交互性等特点[2]。

2 配网自动化通信结构设计

2.1 配网通信方式

通信系统作为配电自动化控制系统的信息高速公路和处理中心，承担着重要作用。各个子系统及控制中心所有控制命令的发布和执行都依赖于它，同时承担着所有数据采集、数据分析与处理等工作。供配电领域通信方式较多，传统意义上分为无线和有线两种方式。有线通信主要有架空线缆、载波通信光缆、广播电话、电视通信总线专网、RS-485等。无线通信主要有（AM，FM，PM）等无线电通信、微波一点多址广播通信、无线寻呼及数控电台通信、卫星移动通信等方式。总之，通信系统要确保信息传输的安全性、稳定性、便捷性、实时性、可持续改进性及先进性。

配电通信系统在设计时，首先要充分考虑通信方式的选择，然后才考虑系统设备的配置和参数技术要求，以便满足通信平台的高效运行。配电通信系统多采用层次化结构设计，多为2～3层结构，如果采用2层体系，则主要包括配电主站与子站间或者配电汇接站之间、配电子站与配电终端设备的通信网络。目前，配电通信网络主站与子站或者汇接站间多选用骨干光纤通信网进行通信；而配电子站与配电终端各种设备多采用现有中压配电线载波、光纤、无线通信及无线公网等多种通信技术的组合模式进行通信。

2.2 配电通信网络体系结构设计

2.2.1 配电通信网络体系结构

配电通信网络传输规约相对固定且有国家或者电力行业通行标准。一般采用物理层、数据链路层和应用层的三层结构体系。配网自动化通信体系结构三层结构中通用硬件平台、软件平台、通信波形互为支撑。通信硬件平台支持DSP、FPGA、GPP、射频等信号处理模块和信道传输模块等。软件体系主要包括嵌入式操作系统、CORBA中间件、硬件信息处理软件和通信核心架构软件等，能够实现对所有通信硬件平台的管理。通信波形为组件模块化设计，负责通信运行环境的支持作用，主要包括物理层、链路层、安全组件、网络层组件、I/0输入输出标准组件等，组件具有良好的可移植性和可持续改进性，扩展性较强。物理层组件传输通信通道支持红外通信、串口通信及GRRS通信等模式，可以实现TCP主站与终端通信、通信测试、紧急事件处理通信等功能。

2.2.2 规约数据帧结构

配电通信规约采用GB/Tl 8657等国家标准，数据传输采用数据帧结构，实现配电主站与配电终端间的通信数据传输基本单元为帧。例如，数二进制“1”的异步式传输帧格式标准定义（见图1）。

图1 数据帧格式

数据帧一般由起始字符、报文头、帧校验和（CS）、数据段及结束字符等组成。数据段是用户传输的关键性信息，主要由控制域（C）、地址域（A）、链路用户数据（应用层）信息构成。报文头采用固定长度（L），其中L的低2位为通信规约信息，数据帧起始字符长度为68H，结束字符为16H。通信数据自行组建帧和解析帧过程，需要按照通信规约信息进行处理，否则容易出现通信故障。

2.2.3 配网三层结构设计

配网三层架构主要由配电自动化中心主站层、配电自动化子站层、配电终端设备层构成。配电自动化中心主站层为三层结构最高层，是配网自动化系统的核心，负责整个体系的管理、控制、状态监视与运行分析、各子站协调、通信规约翻译与解释等功能，优化配电系统运行状态。配电自动化中心主站层可以对各种图形进行显示，自诊断故障并提示系统维护，对所有设备进行管理控制和调节，并形成各种报表进行打印，实现与其他系统信息的交互共享交换功能。配网自动化系统前置主站负责各电力部门及区域所有开闭所、馈线数据的采集、汇总、数据处理、数据传输，实现主站与各工作子站通信。配电子站层为中间层，实现RTU、FTU现场采集数据和信息上传到主站，并下达给所属馈线监控终端设备。配电子站大多装设在区域变电站内，对供电区域内的各种故障进行诊断、隔离和恢复，并对线路进行运行监控。配电终端设备层作为执行层，主要实现配电变压器、各类开关、箱式变压器、开闭所等设备的现场信息采集和监控等功能。

2.3 GIS配电网络模型设计

GIS地理信息系统目前在电力配网中被广泛应用，采用可视化技术手段，实现电力网络系统中开闭所、变电站、变压器、线路、开关（刀闸）、电杆、铁塔、客户等各类设备属性和用户属性的地理化分析、组织、分配和显示。通过GIS系统更直观、便捷的查询各类运行数据和信息，从而极大地提高了电力配网科学化管理能力和水平。地理信息系统具有强大的后台数据库，负责所有信息的处理，电力网络拓扑结构精准描述，并可以运用电能实现传递。电力配网自动化通信系统应用软件综合这种精准信息的描述可实现对短路、潮流、线损等关键参数和指标进行准确计算。图2为配电网GIS地理信息系统模型。

图2 GIS配电网络系统模型

2.4 配网通信平台接口设计

2.4.1 通信平台组成

配网通信平台从功能上主要包括3个部分，即配网通信服务器、配网通信前置机和配网终端通信模块；从物理结构上还包括通信依赖的网络，即公用移动网的无线网络。通信服务器和通信前置机架设在高速的局域网内，前置机和配网终端间主要基于公用移动网络，通过TCP/IP协议进行连接，同时该系统需要兼顾其他一些通信方式，如串口。

2.4.2 通信平台接口设计

通信平台接口采用国际规约接口标准，主要为A类和B类接口。A类接口为通信平台外部接口，B类为内部接口（一般指通信服务器与前置机间）。A类接口又分为通信服务器与主站层接口（A1接口）和前置机与配网终端设备间接口（A2接口）。功能方面分析，B类接口被动响应前置机网络链接服务，也称为服务型接口；A1接口主动连接主站层服务器，向主站层应用功能子系统提供各类数据。属于客户型接口。A2接口需要满足通信方式和应用层通信规约需求。通信方式主要为TCP、UDP以及串口等扩展模式[3]。

3 结 论

中国电力行业近些年持续改革，部分电网运营企业已经全面开展并实施了配网自动化系统升级改造，目前已经建成了高度集成和网络化信息管理系统，为科学化决策提供良好平台。配网自动化的实施有利于提高供电系统安全性、稳定性、可靠性，提高供电质量和服务质量，未来，随着5G移动通信技术、大数据、数据挖潜等技术的应用，南方电网系统将更加完善。