配电自动化中的数据通信系统研究

韩志勇

（长子供电公司，山西 长治046600）

0 引言

目前，为了降低配电系统运行成本，改进供电可靠性，提高供电质量，争取更多的用户，各供电企业正在积极地开展配电自动化工作。配电自动化系统一般由主站、现场设备和通信部分组成。而配电自动化的各种测控功能要通过及时可靠的通信来完成，若在一个现代化的集中控制式配电自动化系统中没有高质量的通信系统，其自动化功能就根本无法实现。因此，通信在配电自动化系统中起着非常重要的作用。

1 配电自动化的概念

配电自动化是一项集通信技术、计算机技术、控制技术和现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，配电系统目的是加强配电网的供电可靠性，向用户提供优质服务，降低运行费用以及运行人员的劳动强度。从狭义上说，配电自动化是指配电网出现故障时的自动化处理，主要包括故障检测、故障定位、非故障区的供电恢复。从广义上说，配电自动化是指运用现代先进的技术手段与计算机网络通信技术相结合，对配电网进行控制和处理。

2 配电自动化数据通信的特点与要求

2.1 配电自动化数据通信的特点

（1）终端节点数量极大。配电网具有很多的开闭所、变电站、配电变压器和线路上的负荷开关、重合器、无功补偿电容等，如果要对这些配电设备和变电站进行监控，就必须拥有许多RTU或现场智能装置，将深入到低压用户的自动读表和控制终端包括在内。（2）配电系统自动化通信数据量不高。配电系统自动化RTU监控对象主要是配电变压器和线路开关，且其数据通信量有限，许多配电变电站、开闭所以及配电自动化二级主站的数据量一般较输电网变电站的数据量少得多。（3）配电系统自动化通信距离较短。由于区域配电网覆盖的范围较小，造成配电自动化通信节点之间距离不长，所以，配电自动化通信网主要按照主干道与小区分支通信网相结合的策略进行配合使用。一个小区的FTU变压器监测仪、自动读表控制器等终端的数据由小区内变电站或开闭所RTU转发，相互之间的通信距离一般在3km之内，相对较短。

2.2 配电自动化数据通信的要求

（1）配电自动化采用开放性标准的通信规约。配电自动化系统是信息集成系统，而且系统中一些现场智能终端与控制中心、不同控制中心之间经常采用开放性的标准通信规约，来保证配电自动化各个子系统之间的联系，以此来实现数据互享，降低建设投资。（2）配电自动化要适应一定的运行条件。配电自动化的通信装置许多都安装在户外，环境条件不好，温度差异较大，因此需要有良好的防潮、防晒措施，一般安装在电力线柱上或者在配电柜内，具有大电压、高电流等干扰因素，因此需要具有很强的抗干扰能力。（3）配电自动化在线路故障时要保证正常通信。配电自动化系统的特点是自定隔离、故障定位以及恢复供电等，当线路故障或结构发生变化的情况下，RTU／FTU与主站之间的通信不能受到其他因素的干扰。所以，使用配电载波、无线电网络、有线通信方式时要考虑线路故障电流产生的重大干扰，配电载波还要考虑线路开关打开后信号通路等问题。

3 配电自动化系统中的数据通信方式

3.1 光纤通信

光纤通信是20世纪70年代发展起来的新的通信方式，光纤进行数据通信的优点：抗干扰性能好、通信速率高、可靠性高，光纤通信是一种优良的配电自动化通信方式。光纤通信的缺点是投资大、适用于数据传输量大、可靠性要求高的场合。随着现代技术的发展，光纤及其光端设备的成本逐渐降低，光纤应用前景也逐步扩大。光纤通信具有以下特点：光纤是一种高速率通信网，可适应目前数据传输设备的所有速率；可靠性高、抗干扰性能强、不受电磁波和其他强电磁场的影响；通信网络具有自愈功能；网络配置灵活，扩展方便；完善的光端设备通信接口方式。

3.2 无线电通信

无线电通信系统的优点是具有组网方便、投资少、易于安装、覆盖面大，并且具有双向通信系统的功能。无线电通信在配电自动化系统中应用广泛。我国城市采用高频无线电信道构成配电自动化系统的数据传输，合理地布置天线并确保一定的无线信号磁场，能够合理避开和控制电磁场干扰，我国无线电信道传输数据的误码率可优于10－5，可以满足配电自动化系统的实际要求。无线电通信有微波、数传电台、扩频、GPRS、商用电台等方式，微波投资较大，一般只用于控制中心与大变电站之间的通信。

3.3 有线通信

有线通信抗干扰、抗雷击的能力较差，一般适用于短距离通信。在实际应用中，常把它用作为一个小区配电测试仪、自动读表等智能装置与变电站RTU、配电自动化二级主站或其他数据转发装置通信连接。有线通信方式主要有EIA／RS－485总线接口、现场总线和有线载波。现场总线是近年来发展起来的一种工业数据总线，是将LAN技术运用于控制系统而产生的一种网络技术，现场总线具有很高的抗干扰性，在干扰大的恶劣环境中广泛使用，网络传输速度适中，约为数万比特每秒到数兆比特每秒，完全能够满足工业控制系统的需求。常用的现场总线有LonWorks、CAN、PROFIBUS等几种。而用于配电自动化系统中的主要是LonWorks总线。有线载波方式是在2个终端之间使用调制解调器（MODME），将信号调制后传输，可以实现点对点之间的连接，也可以采用专用MODME进行点对多点连接。有线载波方式较RS485方式传输抗干扰能力强，通信距离远。

4 配电自动化数据通信方案的选择

4.1 配电自动化数据通信系统设计总原则

（1）开放性原则。配电自动化系统和系统设备具有标准的通信接口和多种通信制度，可以与多种终端设备、通信设备进行无缝连接。通信系统可以随着配电自动化系统功能而变更，而且还能适应将来配电自动化系统的发展。（2）先进性原则。主要采用当前国内外配电自动化工程实践中先进、成熟，并且适合我国国情、适合各电力用户实际情况的通信工程。（3）经济性原则。主要采取具备高性价比的通信方式和通信设备。（4）兼容性原则。指可以根据城市电力容量的发展、改造而不断调整，兼容不同的技术和各种通信手段，能与许多国内外厂家的产品结合使用。

4.2 配电自动化数据通信系统设计思路

配电系统整体的通信结构主要有分层、分布、分路由的设计方式。（1）分层结构，整个配电自动化通信系统采用分层结构，从系统结构划分，整个配电通信系统可分为二层结构：主站与子站之间；子站与DTU、FTU、TTU之间。（2）分布主要按照实际电力线路走向和配电系统功能需求，将一定具有电气连接关系的开闭所、环网柜、柱上开关，用光纤连接组成相异的环路，或以变电站为中心点，构成环状或星状网络结构。（3）分路，TTU主要是依据不分线路原则、就近原则、走线最短的原则进行路由接入。FTU是根据电气连接关系，规划不同的光纤通信网络路由，组成双环自愈光纤网络。

4.3 配电自动化数据通信系统设计方案

以山西长治市为例，分2步说明配电自动化数据通信系统设计方案。一是主站与子站间的通信系统。站应该设在南郊局内，子站主要设在变电站或大型开闭所内。主站与子站间的数据量很大，通信可靠性要求高；同时子站数量较多，位置不够集中，因此主站与子站通过光纤通道连接。二是子站与终端设备（FTU、DTU）之间的通信系统。子站与终端设备DTU、FTU间的通信主要采用光纤自愈双环网方式。以各子站为中心，沿各电力线路形成主光缆环路，对于距离环网柜和主通信环路远的TFU，应该根据具体情况采用点对点光纤接入主环路。对距离主环路近的分支开关和联络开关，将主光缆迂回接入。

5 结语

配电自动化需要有效的通信手段，以便在主站与大量远方终端之间传递信息和控制信号。我国的电力系统通信网从无到有，从弱到强，经过50年的发展己初具规模，尤其在高压输电网及调度自动化系统方面。配电网中的通信技术一开始就受到业内人士的重视，并进行了大量积极的探索和研究，从最初的引进国外同类产品，到消化吸收并能自主研制，在当前的配电自动化系统中已有越来越多的国产通信终端进入市场。因此，确定配电系统数据通信方案对目前实施中的城乡电网改造工程有一定的参考价值。

［1］王士政.电网调度自动化与配网自动化技术.中国水利水电出版社，2003