基于配网自动化系统通信方式的研究

2013-05-28雷敏

科学时代·上半月 2013年4期

关键词：配网通信自动化

雷敏

【摘要】本文首先介绍配电网自动化中通信系统的特点，详细分析配电自动化系统的几种通信方式及基本架构和技术特性，为配电网自动化系统的工程实践提供参考。

【关键词】配网；通信；自动化；传输方式

引言

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。

配电网自动化的核心思想是实时获取各种设备的运行状态，在主站系统的协调与控制下，保证配电网安全、优质、经济地运行。配电自动化是电力系统、自动控制、通信、计算机等多个学科融合后的产物，一般认为其内容包括：配电网数据采集和监控（SCADA）、地理信息系统、网络分析和优化、工作管理系统、负荷管理等。

由于需要和分布很广的众多配电设备保持联系，建设一个可靠性高、实时性好的配电网通信系统就成为发展配电网自动化的关键因素之一。

1配电网自动化中通信系统的特点

从通信方案设计的角度来看，配电网自动化系统具有以下特点。

（l）通信节点数量庞大。配电网自动化系统主站需要对大量的开闭所、配电变压器（以下简称配变）、柱上断路器，分段断路器等设备进行监控。

（2）通信节点分布范围广，布局分散。单点的信息量较小，对实时性有一定的要求，需要进行双向通信。这就要求设计时必须在以上多个因素之间进行权衡，才能保证通信方案的有效性和经济性。

（3）10kV配电网的发展有一定的不可预见性，其拓扑结构和运行方式会频繁变动。因此，配电网自动化系统所采用的通信方案也应该能够适应这种经常变更的要求。

（4）由于在配电网中很多通信设备必须安装在室外或强电环境中，设备的抗干扰和抗恶劣环境的能力也是方案设计必须考虑的问题。

2配电自动化系统的通信方式

在配电网自动化系统中，相比于有线方式，无线通信方式拥有诸多优势。

有线通信方式最基本的要求是线路必须延伸至每个通信节点。然而面对散落在很大范围内的数量众多的配电网通信终端，有线通信网在拓扑规划、线路的设计和施工等方面都将举步维艰，而无线通信方式则不存在通信介质敷设的问题。

另一方面，采用星型拓扑的无线通信方式对外围节点位置的变化有较强的适应性，在一定范围内，几乎不受配电线路拓扑变化和通信节点位置改变的影响。而有线通信，每次通信终端位置的改变都伴随着繁琐的相关线路的改接。

随着配电网自动化系统的发展，许多无线通信方式正在不断研究、试验和应用中，目前比较看好的方式包括以下2种。

（l）基于GPRS的公网传输方式。目前，国内已有不少城市的配电网尝试了此方式，公司已有150台配变采用此方式传输配电SCADA数据。

（2）基于无线数字电台的方式。香港中华电力公司在其配电自动化项目中使用了400套无线数字电台，在大连、盐城、潍坊等城市的配电网自动化系统中也部分采用了数字电台方式。

3基于GPRS的公网传输方式

GPRS（General Paeket Radio Serviee，通用分组无线业务）是在现有GSM（Global System for Mobile communieations）网络上增加了基于分组应用的接口后形成的一种传输方式。

GPRS突破了GSM网的9.6kbps的速率限制，理论上最高传输数据速率可达171.12kbps。而且GPRS接入速度快，具有持续性和实时性特点，适合传输“频繁的数据量较小的业务”，也能承受“偶发的大数据量传输”。

由于原有的“基于GSM短信”的配电自动化数据传输方式具有“按条收费、运营费较高、在短信中心服务器繁忙时无法保障信息的可靠及时性”等缺点，GPRS业务一经推出，便迅速取代GSM短信方式，成为公网传输方式的主流。一个典型的基于GPRS的配电自动化通信系统的模型如图1所示。

目前，大多数配电自动化信息都是通过FTU（馈电终端单元）和TTU（变压器终端单元）进行采集，然后通过串口线与GPRS终端连接。GPRS终端将该节点的信息传输至基站之后，再由基站转发至SGSN（Service GPRS Ssupport Node）。信息经GPRS骨干网接力后，通过GGSN（Gateway GPRS support Node）连接至运营商机房。再通过电力企业和运营商之间的APN专线到达配电SCADA主站系统。

欲实现一套基于GPRS的配电自动化通信系统，只需在各节点增加一台GPRS终端设备和一张SIM卡，再向运营商申请APN服务并绑定相关SIM卡即可。采用这种方案可以充分利用运营商的网络资源，免去了网络规划、网络建设等复杂工程。

4基于无线数字电台的传输方式

无线数字电台是借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。它采用了数字信号处理、数字调制解调等技术，具有前向纠错、均衡软判决等功能，可以传输遥测遥控数据、数字化语音、动态图像等业务。如今，数字电台的传输速率可达19.2kbps，收发转换时间小于10ms，而且多数数字电台提供透明Rs232接口，便于与FTU和TrU进行连接。

一般数字电台的标称覆盖范围是30～50km，考虑到城市中建筑物遮蔽和干扰等因素，实际的覆盖范围会小很多。所以可以通过增加中继站（图2中的A）来延伸无线网络。但是，由于广东电网的绝大多数地市局都实现了主要变电站间的光纤环网连接，故可以采用如图3所示的改进型方案。即在变电站建立无线数字电台的主站，接收周边的配电终端的信息，转化后通过ZM、以太网或光纤传回中心站的配电SCADA主机。这样既解决了无线电台覆盖范围的瓶颈，减少了因无线电中继产生的干扰和延时，也充分利用了电力部门已有的通信资源，一举多得。

5两种无线传输方式的比较

5.1成本

单台GPRS终端的价格约为7500元，主站端一般不设无线接收设备，但需要申请一条APN专线。此外，每年还需向运营商交纳费用，这将成为一笔不小的负担。

无线数字电台子站的设备成本为3500-5500元，主站的成本为7500一12000元。如果采用2.4GH：的公用频段，则无需向无线电委员会申请，也无需交纳费用。可见，在成本上，无线数字电台有优势。

5.2传输速率

GPRS传输速率的理论最高值为171，2khps，但在实际中一般只能提供20一40kbps的稳定数据传输。

无线数字电台目前已经普遍达到了19.2kbps的传输速率。考虑到目前配电自动化数据的传输速率一般为1200～9600bps，两种方式均能满足要求，GPRS略占优势。

5.3安装维护

由于需要考虑天线的位置、方向性和防雷等因素，相对而言，无线数字电台方式在安装时较为复杂。

在维护上，GPRS方式下，大部分维护任务只能由运营商来完成，也即很多维护任务对供电公司而言是不可控的。而数字电台方式则更符合电力通信专网专用的传统。

6结语

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。