配电网自动化通信及其模式分析

配电网自动化通信及其模式分析

摘要：通信系统是实现配电网自动化的基础。本文根据配电自动化通信的特点及对通信的要求，提出了基于无线网络的GPRS/CDMA通信与光纤通信组成的配电自动化混合通信网的组网设计思路。实践表明，GPRS/CDMA与光纤混合通信网适合我国配电网的特点和发展方向，是经济可行的。

关键词：配电自动化；光纤；无线通信；GPRS/CDMA

引言

随着国民经济的快速发展，社会对供电可靠性、经济性要求不断增强，对配电网提出了更高要求，为配电自动化技术的发展带来新的机遇和挑战。配电自动化是利用计算机、网络、现代电力电子等技术对配电网络进行在线、离线的智能化监控管理，使配电网络处于安全、经济、可靠、合理和高效运行状态。笔者通过分析配电自动化通信的要求及特点，讨论适合配电自动化的通信方案。

1 配电自动化业务对通信的要求

配电网通信系统要满足配电自动化信息传输要求，同时受到配电网结构、环境和经济等条件的约束，通信系统要考虑组网技术、网络架构、传输介质和设备选型等，与配电网络特点、规模及业务发展相适应。

1.1 输数据类型及要求

数据传输类型主要有状态信息(开关状态、设备状态和故障信息等)、测量信息(线路电流、电压、功率等及其派生信息)、控制信息(控制中心下发的遥控、遥调等控制命令)及其他业务数据(计量、电能质量等)。这些数据根据传输实时性要求可以分为A、B 、C等3个级别。对各级传输实时性的要求见表1。

1.2 通信带宽要求

配电自动化通信系统按结构层次可分为接入层通信(指通信终端与子站之间的通信网络)、骨干层通信(指各个子站与通信主站之间的通信网络)。

(1)单个配电终端的通信带宽。配电自动化终端单个状态信息量≤1byte，单个测量信息量≤2byte，单个控制信息量≤1byte。根据配电自动化传输数据实时性的要求，按照每个终端监控2O条进/出线的数据量及“遥信、遥测、遥控、遥调”功能配置，单个终端的传输速率一般为1200～9600bit/s就能满足要求。

(2)配网通信子站的通信带宽。子站一般设置在110kV或220 kV变电站，作为通信中继负责汇聚接入层的各个通信终端的数据信息帧，并将其重组、转换为骨干层传输的数据，实现传输数据所必需的控制、错误检测和同步、路由选择、传输安全等功能。因此，其设备需要具备支持多介质和多协议的能力。

据统计，一个大型的110kV变电站汇集的10kV馈线数一般少于50条，作为配电网自动化系统的通信子站，汇聚本站出去的各条馈线配电终端采集的数据，考虑将来配电自动化的发展，假设每条馈线的终端平均按100台机器计算，则配网通信子站的通信带宽需要6～11.52Mbit/s。

1.3 可靠性要求

配电自动化系统的功能是实时监控配电网安全，使其可靠运行，在线路开关的自动化、智能化程度较低的配电网中，系统性能对主站与通信的依赖性强，而配电网的广域分布，使通信可靠性成为建设配电网自动化的难点之一。配电自动化业务数据可靠性要求见表2。

根据“电力二次系统安全防护规定”及“电力二次系统安全防护总体方案”的要求，电力2次系统安全防护工作应坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则。配电自动化系统属于电力监控系统的范畴，必须放置在网络的生产控制大区，在生产控制大区与管理信息大区之间必须设置经国家指定部门检验认证的电力专用横向的单向安全隔离装置。

2 配电自动化通信方式的选择

2.1 配电自动化通信方式

根据通信介质类别，通信方式可分为有线通信和无线通信方式。有线通信有光纤、双绞线、电力载波和电话拔号通信；无线通信有GSM短信、GSM数传、GPRS、CDMA及正在发展中的3G通信。根据配电自动化数据业务对通信的要求，采用光纤、GPRS、CDMA、3G通信方式比较符合配电自动化的要求和发展方向。3G是新发展起来的技术，引领无线通信未来的发展方向，其技术尚不成熟。

配电自动化主要通信方式安全可靠性、经济性、运行维护性及扩展性等的比较。

2.2 光纤通信

光纤传输频带宽、容量大，传输损耗小，光电隔离，不受电磁干扰，组网方便、灵活。光纤通信的接入从技术上可分为有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。PON是一种纯介质网络，采用无源光器件进行点对多点的组网方式，突破了光端机只能实现点对点通信的限制，非常适合于点对多点树型发散式配网网络模式。PON主要解决电信、广电行业的FTTH问题，安装环境要求高，其传输的最远距离与分光功率有关，所以要求分光器的数量多，其性能受传输距离影响大。配网终端都有电源，所以，配电自动化宜选用AON。AON光设备主要有光纤收发器(俗称光modem)、工业以太网交换机和综合数据光端机，采用光modem组成光纤网，其通信速度一般在115 kbps以下，因此，这种模式常应用于规模较小、投资不大的系统。配网终端接人层数量众多、通信环境恶劣，需要降低运行维护人员的工作强度和难度，宜根据网架结构及通信流量选用光modem或工业以太网交换机作为接入层的光设备，而骨干层的通信光设备安装在变电所内，环境好，要求接口类型多，宜选用工业以太网交换和综合数据光端机的特点对比见表3。

2.3 GPRS、CDMA通信

中国移动GRPS是在GSM网络基础上应用的一种新型分组数据传输技术，GPRS提供端到端的、广域的无线IP链接，在用户与网络接入点之间支持点对点、点对多点的数据传输。数据传输速率理论值最高能达到l71.2 kb／s，由于受到终端等各种因素的限制，实际速度有所不同。CDMA被称为第2.5代移动通信技术，其原理基于扩频技术，将需传送的、具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去；接收端使用完全相同的伪随机码作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号，以实现信息通信。

3 配电自动化通信组网方案

根据以上分析，为满足配电自动化的需求，提出以下配电自动化通信网络组建方案。

(1)接人层通信方案。根据供电网结构组建光纤网和GPRS／CDMA混合通信网络。①用于生产控制功能的终端采用光纤通信网络。②用于生产管理功能如无线抄表、无功补偿、负荷控制系统和在城乡结合部、郊区线路设备及动作时间要求不高的终端通信采用GPRS／CDMA公网通信方案。③用于生产控制，组建光纤通信网困难且动作时间要求不高的终端，采用GPRS／CDMA公网通信方案，比如电压型配电设备终端等。

(2)骨干层通信方案。采用工业以太网交换机或工业综合数据光端机为光设备，组成光纤通信网络。