基于5G通信技术的智能分布式配电自动化系统可行性

刘腾飞，叶丛林，朱建磊，李建华

（石家庄科林电气股份有限公司，河北 石家庄050222)

2018 年国家能源部发布DL/T 1910—2018《配电网分布式馈线自动化技术规范》，由于分布式配电自动化系统智能程度高，判别和隔离故障快，主站应用直观便捷，各地电力系统均加紧部署不同类型的分布式配电自动化系统。不论是速动型分布式系统还是缓动型分布式系统均需远距离布置通信线路保证现场每台设备可靠的相互通信。如果能通过高速率、低延时的5G通信技术替代有线通信，既可节省成本又可以实现便捷高效，但是无线通信的抗干扰能力又值研究，否则会影响分布式配电自动化系统的可靠运行。

1 分布式配电自动化系统

分布式配电自动化系统近年来以便捷高效的应用方式受到多方青睐，在DL/T 1910—2018《配电网分布式馈线自动化技术规范》中规定：分布式配电自动化分为速动型分布式馈线自动化和缓动型分布式馈线自动化。速动型分布式馈线自动化，应用于配电线路分断开关、联络开关为断路器的线路上，配电终端通过高速通信网络，与同一供电环路内配电终端实现信息交互，当线路发生故障，在变电站出口断路器保护动作前实现快速故障定位、隔离，实现非故障区域的恢复供电。缓动型分布式馈线自动化，应用于配电线路分段开关、联络开关为负荷开关线路上，同一供电环路内的配电终端实现信息交互，当线路上发生故障，在变电站出口断路器保护动作故障切除后，实现故障定位、隔离和非故障区域的恢复供电。

然而，不论是哪种分布式系统，同一环路内的配电终端高速通信要求是系统运行的基本条件，在分布式配电自动化系统中需要满足终端间和终端与主站间实时性和稳定性要求。根据DL/T 1910—2018《配电网分布式馈线自动化技术规范》规定：速动型的分布式馈线自动化系统，终端间和终端与主站间的对等通信延时小于20 ms，故障上游侧开关隔离完成时间≤150 ms，遥信上送主站时间小于3 s；缓动型分布馈线自动化系统时间相对比较宽松，标准要求对等通信故障信息交互报文延时时间要求小于1 s，故障上游侧开关隔离时间≤10 s，遥信上送主站时间小于3 s。

以目前5G通信技术理论高速率、低延时的传输优势完全可以满足以上通信延时和动作隔离延时要求（5G 理论端对端通信延时＜1 ms）。但实际应用过程中，错综复杂的运行环境导致5G通信质量会收到很大程度影响。

2 无线通信卫星与5G基站互扰

我国各地广泛应用的C波段无线通信卫星接收基站垂直极化和水平极化的下行频率为3625～4200 MHz，而5G通信频率同样覆盖3000～5000 MHz，由于近几年5G 通信的全面部署，导致各地无线通信卫星与5G 通信基站的无线相互干扰频繁，工信部在2019年发布了第五代移动通信基站与卫星地球站等无线台干扰协调管理办法进一步规范管理两者的应用方式。目前两者相互干扰的解决方式多是以保证卫星通信质量为主，在卫星基站增加干扰滤波器或者调整5G通信频率避开无线通信卫星的使用频率，暂时不考虑5G 基站通信的被干扰情况。这就导致使用5G通信模式的分布式配电自动化系统低通信延时的要求在被复杂的同频段干扰中无法得到满足，5G基站与卫星通信相互干扰示意图如图1所示。

图1 5G基站与卫星通信相互干扰示意图

3 各种便携式5G干扰仪的通信干扰

由于目前5G技术的全面普及推广，随之产生了用于屏蔽5G信号的屏蔽器材，其主要应用在可疑爆炸品排爆、无人机管制、大型考试现场通信限制等方面。一般便携式的干扰屏蔽器材干扰距离有限，主要用于局部地区的短暂屏蔽效果。

但是基于5G通信的分布式配电自动化系统在实际现场应用过程中，很容易受到上述便携式干扰器材的干扰，例如学校周边的分布式配电自动化系统在考试中，屏蔽器材开启后周边的配电终端无线通信信号一定程度上会降低通信效率，从而短暂影响分布式配电系统的实时通信性能。

4 面向5G通信的分布式配电系统的应用

除以上列举的对现场运行的5G系统干扰因素以外，还有如设备内及周边的高频辐射干扰等情况均会影响5G信号的正常传输。

应用5G通信的分布式配电自动化系统在线路正常运行过程中短暂的通信延时不会影响整个系统的协调运行，但在发生系统故障时，例如某地线路发生金属性单相接地故障，需要系统内的关联设备短时间内发布广播报文，同步故障信息并判定故障点，在短时间内切除故障线路区间。此时若有不确定的通信延时问题可能导致系统故障区间误判或装置拒动可能。

配电自动化系统首先应保证动作可靠性和及时性，但是不能因为5G目前面临的诸多干扰因素便否定其在分布式配电自动化系统中的应用，由于分布式配电自动化系统地域覆盖面广，相互间通信频次要求高，通过5G通信向配电自动化主站实时上送各地分布式终端的三遥信息也很必要，既不用远距离拉通信线缆也节省了通信交换机，节省很多成本。

同时上述提到的通信干扰导致的故障判别及时性问题需要终端厂家思考在发生故障时出现分布式系统内某些终端通信异常或现场开关拒动等情况下的故障判别冗余逻辑，如在上述金属性单相接地后，负责切断本段线路的的配电终端如在判别故障时通信异常无法接收和发送分布式内广播报文导致不能正常跳闸，此时就地分布式判别逻辑应根据实际情况对故障判定间隔扩大一级，由通信故障终端上一级终端负责跳闸切断故障线路，防止故障进一步影响变电站出口。

5 结束语

随着5G通信技术以高速率、低延时的传输优势迅速推广和应用，许多智能分布式配电自动化系统也开始着手致力于用5G 技术替代分布式有线通信，节省系统成本。但是由于5G技术依然无法避免无线通信诸多因素的相互干扰，可能会在实际应用过程出现的短时通信延时或中断影响分布式配电自动化系统的三遥传输和故障判别，需要研发机构对应用5G通信的智能分布式配电自动化系统制定相关的冗余逻辑判断，在分布式系统内发生接地故障且有终端通信异常时，系统需根据开关跳闸情况及时通知下一级终端故障跳闸，切断故障线路。