配网自动化通信技术讲解

11配电网自动化通信技术

11.1概述（2000）

11.1.1通信网

通信网连接着配电网自动化的主站系统和远方终端，是配电网自动化系统的重要组成部分，其性能与可靠性的好坏，对整个系统功能的实现及运行可靠性有着决定性的影响。事实上，许多建成的配电网自动化系统不能很好地发挥作用的主要原因就是通信网络工作不正常。因此，在设计、建设配电网自动化系统时，要认真研究通信网络的解决方案。

与传统的调度自动化系统相比，配电网自动化系统的通信站点众多，大型系统的监控站点数量有上万个，一个中等规模的系统的站点数量也有数千个；此外，还有站点分散、通信距离短、站点通信数据量较小等特点；许多通信装置安装在户外，运行条件比较苛刻，对可靠性要求比较高。

为减少通信与系统处理的负担，配电网自动化系统一般采用“例外报告（Report by exception）”的通信机制，传输电流越限、开关变位等异常信息；而遥测数据刷新的周期则选得相对较长，往往是几分钟甚至几十分钟刷新一次，远低于调度自动化系统中数秒内就刷新一次的要求。

11.1.2通信规约

目前，配电网自动化系统通信使用的规约主要有IEC 60870-5-101/104、DNP3.0等。这些规约把监控数据分为模拟量、状态量、遥控量等几种类型进行传输，没有对配电网自动化应用数据模型做出统一的规定，导致不同的厂家设备之间不能互通互联、通信系统配置调试工作量大。发展方向是扩展变电站通信协议体系IEC 61860，将其推广应用到配电网自动化系统中，实现配电网自动化设备的即插即用。

11.2光纤通信技术（5000）

光纤通信技术指的是采用光纤介质的通信技术，具有传输速率高、抗干扰性能强、可靠性高的优点，在条件允许的情况下，应是分支通信网的首选。以前制约光纤通信在配电网自动化系统中应用的主要原因是投资大、敷设工程量大，而近年来随着技术的发展，光缆价格有了大幅度的下降，光端机的价格也接近其他类型的通信终端，为光纤通信的大量应用创造了条件。

目前，配电网自动化系统分支通信网采用光纤通信技术有专线通道或以太网两种方式。

11.2.1光纤专线通道

光纤专线通道是以光纤作为通信介质的点对多点串行数据传输通道，其光端设备是一种简单的光纤数据传输收发设备，具有T和R两个光端口，与光缆连接。光端机的数据通信接口与数据终端设备（主站、子站、DRTU等）相连接，通信接口采用EIA/RS-232/485标

准接口。

光纤专线通道有以下配置方式：

1）主从式。主从方式是环形通信系统，支持多点通信，只有一个作为主单元，如图7-2所示。这种配置方式比较适合配电系统多点、分散通信的特点。

主站

分站1分站2分站n

图7-2 主从式光纤通信方式

2）环路通信对等配置。该配置方式物理结构与图7-2一样，但环路上各点都可以设置为主单元。不过，每次数据传输时，只能选择环路中一个单元作为主单元，其余各单元都处于从单元状态。

3）双环自愈网。当环路上节点比较多时，为防止光缆或光端设备故障，造成通信中断，采用双光纤环路自愈网，如图7-3所示。环网上每个站配置支持具有自愈功能的光纤收发器，该收发器具有自动切换和自愈功能。

正常情况下，通信报文分别在A 环和B 环里传输。分站同时接收来自A 环和B 环的信息，光端设备只选择其中一个环路的信号传送给DRTU 。主站由一个串行口发送信息，同时在A 环与B 环里传送，由两个串行口分别接收A 环和B 环的信息。

当光缆出现故障时，如k 点断开，两侧的光端设备只能接收到一个环路信息，经过一段延时，双环路切换控制器自动把接收的信号切换到另一个环路发送端，生成新的环路，即断点两侧的光端设备，

A 环和

B 环相互链接，自动构成回路而形成双环工作，实现光纤环路自愈功能。

主站

图7-3 双环路光纤自愈环网

光纤专线通道结构简单、易于实现，传输延时小并且可控，不足之处只能采用轮询的方式访问DRTU ，不支持主动上报通信机制，更不能实现DRTU 之间的点对点对等数据交换，

不能充分发挥光纤介质的传输速率高的优点。

光纤专线通道在我国早期建设的配电网自动化系统中应用比较多，现在有被光纤以太网所取代的趋势。

11.2.2 光纤工业以太网

光纤以太网是以光纤为通信介质的以太网。配电网自动化系统采用以太网通信，可以充分地利用光纤带宽，提高数据传输速率与容量，更重要的是能够更好地适应配电网自动化应用特点，主动上报数据，支持“例外报告”机制。此外，接到以太网上的DRTU 之间能够对等交换数据，支持快速故障自愈控制等分布式智能控制应用。

工业光纤以太网是面向工业现场应用的光纤以太网。工业以太网技术上与以太网（IEEE802.3标准）兼容，并在产品设计、材质选用等方面考虑了实时性、互操作性、可靠性、抗干扰等工程应用的需要。

工业以太网有以下技术特点：

1）交换机通过快速生成树冗余（RSTP ）、环网冗余（RapidRingTM ）到主干冗余（TrunkingTM ）等技术可以实现光纤环网及多环耦合功能，其中环网冗余技术可以在300ms 内完成自愈。

2）交换机采用了工业级元器件，无风扇设计，可以在高温、强电磁辐射的环境下使用，适用能力较强。

3）交换机的功耗较小，双光口配置的设备功率约为6W 。

4）网管可在线监测网络运行状态。

5）工业以太网各个厂家都有一部分私有协议，无法在环网冗余等层面上实现互联；如果要实现不同厂家之间的互联，网络只能支持到快速生成树冗余，网络自愈能力将从300ms 增加到1到2min 。

6）用工业以太网组建网络需要严格的整体规划。环网冗余等技术应用的是数据链路层协议。根据以太网组网规定，一个二层网络，网内节点需限制在200个左右，才能很好控制网络风暴。

采用工业以太网的配电网自动化通信网络如图7-4所示。

配电子站

1#光M

2#光M

3#光M

4#光M 5#光M 串口管理器10/100M

自适应

光纤主环

光纤备环