配电自动化系统通信方案设计探讨

史元浩

摘   要：配电网作为高压输电线路与用电终端之间的关键部分，长期以来受到了人们的广泛关注。我国配网自动化仍处于试点阶段，技术上仍然不够成熟，尤其是在配电网的通信技术上普及面还较窄。文章从我国配电自动化应用背景出发，对配电自动化的基本原理及其系统结构进行了介绍，明确了建设难点，对不同的通信方案进行分析对比，提出了一个适用于配电自动化的通信系统方案，具有十分重要的现实意义。

关键词：配电网;自动化;电力通信;智能电网

配电自动化技术在国内外已有较长的应用历史。所谓配电自动化，就是以现代电力电子技术、网络通信技术为基础，充分利用系统集成、数据结构、地理信息等数据，采用动态监控、故障保护等手段，构成一套可以保证配电网高效运行、持续输出高质量电力的系统[1]。配电自动化的核心实际上在于电力电子技术和网络通信技术的应用，使其可以实现对配电网的实时监控，以保证配电网的高效、稳定、安全运行。

1    配电通信技术概述

一般来说，配电自动化系统由配电主站、通信子系统、配电终端设备以及业务信息平台等4大模块组成，可见通信子系统是配电自动化系统的重要组成部分，它为配电主站和大量的配电终端设备之间搭建了一条数据高速公路，是配电自动化系统建设的核心技术之一[2]。鉴于通信技术在配电自动化改造中的重要地位，国家电网公司早在2012年就给出了配电自动化系统的通信子系统建设标准，推荐以无源光网络（Passive Optical Network，PON）為主体，充分利用其与配电一次网架的匹配度，降低改造成本、提高运行效率。目前，我国的配电网一次网架结构通常有不同的组网形式，较为常见的主要包括射线网、树状网、环状网等，PON 组网技术对这些形式的网架具有很好的适应性。

2    配电通信系统建设的难点

配电自动化中产生的大量数据以及配电控制过程中需要用到的大量指令，都需要通过一定的方式进行传输和共享，这就是配电系统通信子系统的主要功能，它在整个配电自动化技术中起到了十分关键的作用，在一定程度上配电自动化技术的应用核心就在于通信技术的应用[3]。尽管各国都知道其重要性，但由于通信系统的性能与各国、各地区的配电网结构、环境和经济等条件有着密切的关系，其建设过程和技术水平往往很难满足要求，加上当前的配电网在组网技术、网架结构、传输介质等方面的发展均比较滞后，因此必须在实践中不断优化配电自动化系统的通信子系统。考虑到通信系统的重要性，本文按照各地区的不同配电网现状，通过因地制宜的手段对通信体系进行设计和开发，使之满足配电自动化系统通信要求的同时，又能适应各地区的统一管理要求。

3    配电通信技术的选择

根据数据传输的媒介是否为实体可以将通信技术分为有线和无线通信。其中前者又可以进一步分为光纤通信和电力线载波通信，光纤通信的主流技术包括以太无源光网络和工业以太网技术，电力线载波通信属于中压载波技术。光纤通信技术在配电网中更具有优势，因为配电网通常具有负荷变化大的特点，对通信系统的可靠程度要求极高，并且许多城市有大量的预留管孔资源，可以实现低成本大覆盖建设。根据地区配电自动化系统的建设目标和应用要求，本文采用了基于以太网的无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）通信技术。对少部分光纤无法覆盖的区域，以无线通信技术作为补充，使整个通信网络的建设成本降到最低，资源利用率实现最优，运行效率得到有效保证，便于网络的扩展与维护。

4    配电自动化通信方案设计

配电自动化系统属于电网通信网，在结构上由通信主干网和接入网两个层次构成，其中接入网一般以PON为主流，传输网则以同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）网络为主，在通信过程的实现上，光纤接入网是经过调度数据网的转接而进入SDH骨干网的。

光纤专网通信网接口设计中，光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）和骨干光传输设备采用千兆以太网传输，光网络单元（Optical Network Unit，ONU）和配电终端之间、无线终端与配电终端之间，由于数据格式的区别需要引入快速以太网传输，外网和主站电气隔离设备则通过2 M接口交换数据。

通信主干网是网络的最高层次结构，它必须为全部110 kV及以上变电站提升通信服务，同时还要满足远程调度中心以及运营单位的业务需求。主干网是配电通信网的核心，必须具备高可靠性和实时性，通过安装双路由保证系统在故障情况下的自愈时间不超过50 ms。

通信接入网主要由10 kV配电通信网、分段互联开关和环网柜等设备组成，它是各种业务数据进入网络的必经途径。配电业务对接入网的可靠性和实时性也有极高的要求，需在采集点数多，运行情况复杂的情况下仍然可以高效完成通信接入任务，由于接入层对系统的稳定性和成本投资有较大的影响，因此是配电网自动化通信子系统建设的重点。根据我国配电网自动化发展趋势，接入网全部采用光纤通信以提高传输质量。主干线路和分支线则通过EPON光纤网络完成数据传输，通信终端接入方式采用RJ45，RS232和RS485，形成光纤专用网络，环网柜、柱上开关等终端设备的数据由EPON网络传输至变电站。

5    结语

本文提出的配电网通信方案是在目前大部分地区正在推广的主流技术的基础上优化而来的，实用性很强，具有较大的推广意义。本方案在某城市配电网配电自动化项目上成功进行了试点，待进一步完善后有望推广更城乡地区，逐步完善智能电网和坚强电网建设。

[参考文献]

[1]陈立新，王佳艳，王克杰，等.配电自动化及通信系统建设方案研究与应用[J].技术与市场，2019（7）：28-30.

[2]鹿优，徐伟.无线通信技术在智能配电网中的应用[J].国网技术学院学报，2019（1）：16-20.

[3]加云岗，孙媛，杜峰，等.基于4G网络的配电自动化系统通信子系统[J].计算机系统应用，2019（2）：113-117.