长沙配网自动化通信系统的实现

杨阜，谭智，刘建华，华丁剑，郭军昌

(1.长沙电业局，湖南 长沙 410002;2.长沙理工大学，湖南 长沙 410114)

1 引言

随着经济的发展及人民生活水平的提高，人们对供电质量提出了更高要求，对供电可靠性提出了更高标准。因此，发展城市配网，实现配网自动化是供电网络发展的必然趋势。建设配网自动化必需具备三大条件:相对完善的智能化配电网络、性能稳定的配网主站和可靠的配电通信系统。由此可见，建设配网通信系统对实现配网自动化具有极端的重要性和迫切性。本文结合长沙配网自动化工程，对这一问题进行了探讨［1］。

2 配网通信组网总体模式

配网通信所涉及到的节点类型可分为通信主站、通信子站、通信终端，并根据配电网规模采用骨干层、(汇聚)接入层的分层结构。目前，长沙配网自动化系统中的通信系统按照此模式已初步建成并投入使用［2］。

(1)通信主站。负责将通信子站传送的信息送到配电网自动化主站系统(包含配电主站与区调分站系统)，一般设置在地调或区调分局。

(2)通信子站。一般设置在110kV或220kV变电站。通信子站设备作为通信中继，负责汇聚接入层的数据，完成传输数据所必要的控制功能、错误检测和同步、路由选择、传输安全等功能。因此通信子站设备需要具备支持多介质和多协议的能力。

(3)通信终端。与配电终端设置在一起，直接接受配电终端的数据，通常设置在开关站、配电房、户外开关箱、环网柜等。

(4)配网通信骨干层。指各通信子站与通信主站之间的通信网络。

(5)配网通信接入层。指通信终端与通信子站之间的通信网络，根据接入配电点的数量，可以考虑增加汇聚层。

3 配网自动化对通信系统的要求

通信系统是配电自动化系统的关键之一。配电系统自动化程度的重要标志是通信是否符合自动化的要求，它担负着设备及用户与自动化的联络，起着纽带作用，担负着信息的处理、命令的发送和返回以及所有数据的传递。显然，没有可靠有效的通信，配电网将无法与自动化相联系。配电自动化对通信系统的要求有如下几个方面［3］:

(1)通信的可靠性

配电系统的通信设备大多安装在户外，这意味着要长期经受噪声、电磁场和恶劣天气等的考验。因此，在设计配电自动化通信系统时，必须要考虑这些因素。

(2)数据传输速率

在配网自动化系统中，对通信速率功能要求从高到低分3个层次:①电源进线监视、10kV开闭所及配电变电站监控、馈线自动化;②公用配变的巡检和复合监控系统;③远方抄表和计费自动化;在选择通信方式时，一方面应根据不同层次选择合适的通信速率，另一方面，设计上应留有足够的带宽，以满足今后发展的需要。

(3)通信的实时性要求

配电自动化系统是一个实时监控系统，对实时性要求极高，特别是系统故障时，实时性是保证系统快速确定故障、完成故障隔离、恢复供电的基础条件。

(4)通信不受停电、故障的影响

故障时停电区域通信仍能正常进行，配电自动化的馈线自动化功能要求能通过通信系统对停电区域的开关进行操作，提高供电可靠性。

(5)经济性

配电自动化通信系统是一个庞大的工程，在预算时，应将通信技术的先进性、功能、设备造价、长期使用维护的费用等诸多因素综合考虑，追求最佳的性价比。

(6)使用维护的易操作性

尽量选择具有通用性标准化程度高的设备，选择标准的通信规约，不仅可以提高系统兼容性，方便今后的扩展，还便于使用和维护。

(7)双向通信能力

配电自动化系统中，除负荷控制可以是单向通信，由控制中心向被控负荷发送投运或停运命令外，其他系统基本都需要具备双向通信功能，来完成数据的上传和控制命令的下达。

(8)可扩展性

通信系统除了能满足目前的需要，还应考虑将来增长的需要，因此设计时应考虑足够的容量以及系统的开放性要求。

4 长沙配网自动化通信系

长沙配网自动化系统的通讯方式选择充分考虑了配电自动化系统可靠性、实时性和安全性的需要，主要采用光纤网络方式，采用SDH光纤网络实现配电自动化主站与子站间通讯、利用EPON实现配电子站与配电终端间的通讯;同时对部分暂不方便改造的配网区域采用McWill无线专网，实现故障指示器或配网终端与子站间的通讯。以下为长沙电力配电通信网建设架构，如图1所示。

第一层为电力通信主干网——覆盖所有35kV及以上变电站、调度中心、电力企业各级组织，负责变电站的所有业务。本层在整个通信网中处于核心地位，可靠性、实时性要求极高，具备双路由，自愈时间小于50ms。

图1 配电通信网络架构

第二层为电力通信接入网——包括10kV配电通信网，即主网变电站低压出线侧各条10kV主干线路及其分段互联开关、环网柜等。电力通信接入网是实现配网自动化的主要通信支撑。此次长沙配网自动化工程的电力通信接入网主要采用“光纤通信为主，无线通信为辅”的建设原则。

4.1 接入网通信方式的选择与实现

4.1.1 光纤通信

光纤通信是70年代发展起来的通信方式，采用光纤进行数据通信的主要优点是:通信速率高、可靠性高，并有很强的抗干扰能力，它可以沿架空线架设或与电力电缆一起敷设，是一种良好的配电自动化通信方式。光纤通信的不足之处是投资大。光纤是目前计算机网络中最有发展前途的传输介质，它的传输速率可高达1000Mbps甚至更高。目前光纤通信技术已经成熟，并且已经在电力系统中广泛应用，是目前认为最有前途的一种有线通信方式［4］。

配用电通信网的设计需要根据各种配电网业务的需要，结合通信技术的发展，合理选择技术成熟、经济、安全、实用的通信方式。其中，无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术是一种点到多点的光纤通信接入技术。而基于以太网的无源光网络技术［5］(Ethernet Passive Optical Network，EPON)的提出，主要是为了满足人们对接入网低价格和高带宽的追求。它是一种新的接入技术，其典型拓扑结构包括树型、星型、总线型和环型。它主要有光线路终端(Optical Line Termination，OLT)、光网络单元(Optical Network Unit，ONU)和无源光分路器(Passive Optical Splitter，POS)三部分组成。图2是长沙配网自动化工程中的SDH+EPON通信组网图。在配用电通信网中，配电自动化主站系统至变电站采用已建成的电力专用SDH/MSTP光纤网络，而变电站至终端将采用EPON技术。此方案的EPON网络建设仅考虑目前试点区域内两座已建的110kV变电站所带的10kV配电线路。该通信方式完全满足该地区配网自动化的功能要求。

图2 SDH+EPON通信组网

4.1.2 无线通信

无线电通信系统，具有投资少、组网方便、易于安装、覆盖面大等优点，而且具有双向通信的功能。无线电通信在配电自动化系统中得到广泛应用。实践证明，就我国城市条件，采用甚高频无线电信道构成配电自动化系统的数据传输通道是可行的。只要合理地布置天线并保证一定的无线信号场强，避开和控制电磁场干扰，就可以满足配电自动化系统的要求。

宽带无线接入技术作为当前智能配电网智能终端的通信接入是比较合适的一种选择。由于配电网络呈面状分布，且密度大，终端数量较多，而宽带无线接入技术基于蜂窝网络组网，十分适合建立区域性的专用无线网络覆盖［6］。在网络覆盖区域以内，智能终端，智能传感设备等均可实现信息的接入，然后通过电力光纤网络完成信息的主干传输。McWill技术作为一种先进的无线宽带通信技术能够满足电力系统未来应用需求，专网部署也能够满足安全性方面的要求。McWill技术是我国自有知识产权的技术标准，得到国家政策方面的支持，McWill频率申请也是开放的。这符合智能电网中无线网络的安全性、数据传输的独立性等特点。图3为长沙配网自动化工程中的McWiLL宽带无线专网组网结构图。

图3 McWiLL宽带无线专网组网结构图

McWiLL宽带无线接入系统，采用国际最先进的码扩正交频分多址(CS－OFDMA)、智能天线、空间零陷、联合检测等无线通信技术，其基于IP分组交换网络以及软交换核心网络的架构，符合下一代网络(NGN)的技术特征。McWiLL具有如下技术特点:

(1)网络带宽宽大、覆盖广;

(2)支持非视距传输;

(3)自主知识产权、通信安全可靠;

McWiLL无线专网建成后，除满足本区域内配用电系统所需通信带宽外，还能满足配电线路视频监控、内部移动电话、移动办公等智能新业务接入，节约大量公网信息费用。能为长沙将来电力系统各种数据业务的流量汇聚和多业务网络的综合承载打下良好的基础。因此，本项目实施后也将产生资源共享、提高企业信息安全性等多种间接效益功能。

由于配网通信具有点多、面广、单点信息量小的特点，全部采用光纤作为传送通道，通信费用太高，也不现实;全部采用无线网络通信时信息及时性和安全性又无法保证。所以长沙配网自动化工程根据实际情况和建设难度采用了以“光纤通信为主，宽带无线通信为辅”的配网通信建设原则。该方案很好的实现了长沙配网自动化工程的通信要求和功能。

5 结论

配网自动化通信系统包括骨干网通信和接入网通信，其中接入网通信是配网自动化的重要组成部分。通信系统的安全与可靠是实现配网自动化的重要保障，针对不同层次和系统的配网自动化通信，可选择不同的通信方式。这样，既能够满足系统通信需要，又减少了投资，实用性强。配网自动化的通信方式应该首选光纤，特别是中心城区和重要负荷等可靠性要求高的终端。在光纤不易到达的地区，实时性相对要求不高，且不需要进行相互间的瞬间动作配合时，可选用无线网络通信。

［1］唐爱红，程时杰.配电网自动化通信系统的实现［J］.电工技术杂志，2004，(10):1 －4.

［2］张岚，高鹏，王澄.南方电网配网自动化通信系统的建设［J］.电力系统通信，2010，31(217):1 －5.

［3］龚静.配电网综合自动化技术［M］.北京:机械工业出版社，2008:8.

［4］戴新文.配网自动化中两种常用通信方式选型探讨［J］.福建电力与电工，2007，27(1):1 －3.

［5］王华伟，胡宝华，杨淑雯.新一代无源光网络—EPON［J］.深圳大学学报理工版，2004，21(1):1 －2.

［6］梁明，宋晋冀，张亚明，等.无线专网技术及其在配电自动化中的应用［J］.电工技术杂志，2004，7:1 －5.