摘要：配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是配網(wǎng)建設(shè)和改造中的熱點(diǎn)問(wèn)題，通信方式的選擇是整個(gè)配電網(wǎng)自動(dòng)化規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合配電網(wǎng)自動(dòng)化的特點(diǎn)和要求，對(duì)光纖、現(xiàn)場(chǎng)總線、配電線載波、無(wú)線通信等多種通信方式進(jìn)行了綜合分析和比較，探討了適合配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信方式，為配電網(wǎng)自動(dòng)化通信方式的選擇提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)  自動(dòng)化系統(tǒng)  通信方式 解決方案

　　0 引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來(lái)越高。我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化在發(fā)電廠、變電站、高壓網(wǎng)絡(luò)、電力調(diào)度等方面都有較好的發(fā)展和應(yīng)用。但是在配電網(wǎng)絡(luò)方面還較為滯后，這是由于我國(guó)電力建設(shè)資金短缺，長(zhǎng)期以來(lái)側(cè)重電源和大電網(wǎng)建設(shè)的緣故。使配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展受到嚴(yán)重的影響，設(shè)備落后、不安全的因素較多等狀況，造成了配電網(wǎng)用電質(zhì)量及供電可靠性方面較難滿足要求。近幾年來(lái)，隨著電力事業(yè)的發(fā)展，各種新電器廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)，給人類帶來(lái)了巨大的便利.

　　1 概述

　　配電自動(dòng)化是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備信息、用戶信息以及地理圖形等信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控及管理的自動(dòng)化、信息化。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)控、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)。

　　2 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　鑒于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象的特點(diǎn)，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用三層結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)層次上分為主站層、子站層、配電終端設(shè)備層。目前國(guó)內(nèi)主要的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1。

　　圖1 國(guó)內(nèi)典型配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

　　主站層是整個(gè)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制中心，從整體上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的監(jiān)視和控制自動(dòng)化，分析配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)子站之間的關(guān)系，對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的管理，使整個(gè)配電系統(tǒng)處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。它是整個(gè)配電網(wǎng)監(jiān)控和管理系統(tǒng)的核心。

　　子站層又稱區(qū)域工作站層，它實(shí)際上式一個(gè)集中和轉(zhuǎn)發(fā)層，既要通過(guò)查詢向各現(xiàn)場(chǎng)終端收集、查詢信息，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，又要負(fù)責(zé)向控制中心主站上報(bào)信息，通常設(shè)在變電站或大型開(kāi)關(guān)站內(nèi)。子站層還具有一定的故障處理功能，能對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的故障區(qū)段進(jìn)行自動(dòng)定位、隔離和非故障區(qū)段的自動(dòng)恢復(fù)供電。

　　配電終端設(shè)備層是整個(gè)系統(tǒng)的基層設(shè)備，完成柱上開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)、箱式變壓器、配電變壓器、開(kāi)關(guān)站（配電站）等各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)、信息上傳和本地控制等功能。配電終端設(shè)備按用途分別稱為開(kāi)關(guān)站終端設(shè)備（Distribution Terminal Unit，DTU）、饋線終端設(shè)備（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）和配電變電站（Transformer Terminal Unit，TTU）。

　　3 配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信方式

　　3.1 配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信系統(tǒng)的要求

　　配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性決定了配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的特點(diǎn)是被測(cè)點(diǎn)多且分散、覆蓋面廣、通信距離短、對(duì)通信效率的要求不高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，配電網(wǎng)絡(luò)整體上具有不確定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)通信系統(tǒng)應(yīng)具有不斷適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的特點(diǎn)。因此，配電網(wǎng)通信方式的選擇應(yīng)考慮如下問(wèn)題。

　　(1)通信的可靠性。通信系統(tǒng)要長(zhǎng)期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強(qiáng)的電磁干擾或噪音干擾的考驗(yàn)，且不能受電網(wǎng)停電和故障的影響，需保持通信的暢通。

　　(2)建設(shè)費(fèi)用。在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費(fèi)用及長(zhǎng)期使用和維護(hù)的費(fèi)用。

　　(3)配網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，必須滿足實(shí)時(shí)性要求。正常情況下，配網(wǎng)系統(tǒng)在3～5s應(yīng)能更新全部配電終端設(shè)備的數(shù)據(jù)。

　　(4)雙向通信。不僅能實(shí)現(xiàn)信息量的上傳，還要實(shí)現(xiàn)控制量的下達(dá)。

　　(5)數(shù)據(jù)傳輸速率。在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，配電變電站監(jiān)控、饋線自動(dòng)化對(duì)于通信速率要求最高(300 bit／s以上才能滿足要求)；負(fù)荷監(jiān)控對(duì)通信速率的要求次之(約10 bit／s就能滿足要求)；遠(yuǎn)方抄表和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)對(duì)通信速率要求最低。

　　(6)通信的靈活性和可擴(kuò)展性。由于配網(wǎng)具有控制點(diǎn)多、面廣和分散的特點(diǎn)，要求采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，同時(shí)通信設(shè)備和通信方式具有較強(qiáng)的靈活性，便于安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)并能適應(yīng)配網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

　　3.2 配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信方式

　　配電網(wǎng)通信包括主站與子站、子站之間、子站與終端之間的通信，是廣義的范圍。通信是配電網(wǎng)自動(dòng)化的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)用的通信方式也不同。

　　3.2.1 有線通信方式

　　(1)配電線載波通信

　　配電線載波通信是利用已有的電力架空明線或地埋電纜通過(guò)配電載波設(shè)備來(lái)傳遞語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)是：1)利用現(xiàn)有的配電線路傳輸不需另鋪專用通信線路，能連接電網(wǎng)關(guān)心的任何測(cè)控點(diǎn)；2)其安全性為電力部門所控制，因而便于管理。其缺點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸速率較低；容易受到干擾、非線性失真和信道間交叉調(diào)制的影響。

　　除了傳統(tǒng)的電力載波，目前采用擴(kuò)頻載波或正交頻分復(fù)用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)的配電線載波也有所應(yīng)用，其特點(diǎn)是能在傳統(tǒng)載波機(jī)無(wú)法開(kāi)通的線路上穩(wěn)定工作，具有長(zhǎng)距離中繼等功能，主要應(yīng)用于路線長(zhǎng)、面積廣的農(nóng)網(wǎng)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)及無(wú)法敷設(shè)通信線路的特殊場(chǎng)合。

　　(2)光纖通信

　　光纖通信是以光波作為信息載體的通信手段，目前常用光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)方式，主要特點(diǎn)是速率高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、組網(wǎng)方式靈活，可以實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)傳輸，但投資大。隨著光纜技術(shù)的進(jìn)步、光纜性價(jià)比的提高，光纖通信在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中將被廣泛采用。

　　(3)音頻電纜通信

　　音頻電纜通信時(shí)城市電網(wǎng)較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的方法。通信線的布設(shè)及各通信端的連接無(wú)特殊要求，造價(jià)較低，容易實(shí)施，但是容易受環(huán)境的影響，尤其是與高壓配電線路同桿架設(shè)時(shí)強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)通信線的干擾較大。

　　(4)市話通信

　　市話通信可用于數(shù)據(jù)通信，易于雙向通信。其特點(diǎn)是不需要投資建設(shè)專用通信網(wǎng)，開(kāi)通費(fèi)用低，但由于非自己控制，需要撥號(hào)，某些功能受到 一定的限制，且租金較貴，運(yùn)行費(fèi)用高。

　　(5)現(xiàn)場(chǎng)總線

　　現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus）是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和開(kāi)放系統(tǒng)互連的要求提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、實(shí)時(shí)性好、成本低和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。同一區(qū)域各個(gè)職能配電終端之間的通信多選用現(xiàn)場(chǎng)總線。

　　3.2.2 無(wú)線通信方式

　　無(wú)線通信系統(tǒng)具有覆蓋面廣、無(wú)需傳輸線、能在停電區(qū)域保持通信等特點(diǎn)。

　　(1)高頻通信

　　頻率范圍為150～800MHz的無(wú)線通信為高頻（HF）通信。500MHz以下的通信速度不高，傳輸距離較短，但是繞射能力較強(qiáng)。以200MHz為例，可靠通信速度在1200bps左右，通信距離約為10～20km，比較適合中小城市和大城市近郊及廣大農(nóng)村地區(qū)。

　　(2)擴(kuò)頻通信

　　擴(kuò)頻通信的頻率范圍為900～1000MHz。擴(kuò)頻通信具有建網(wǎng)周期短、組網(wǎng)快速靈活、無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)、覆蓋范圍廣、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，通信速率可達(dá)幾十波特率，易安裝，免維護(hù)，天線小巧，但系統(tǒng)造價(jià)高，并且要求通信兩端無(wú)阻擋，對(duì)大城市比較困難。一般用于通信點(diǎn)不多，通信速率要求較高的場(chǎng)合。長(zhǎng)距離的通信還能體現(xiàn)出擴(kuò)頻技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，單對(duì)于城市配電網(wǎng)，F(xiàn)TU信號(hào)的傳輸會(huì)受到波傳輸?shù)挠绊懀ɡ@射功能差），往往是應(yīng)用效果不佳。

　　(3)微波通信

　　微波通信采用1000MHz以上的頻率。微波通信在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)于調(diào)度自動(dòng)化和變電站綜合自動(dòng)化數(shù)據(jù)的傳輸有重要意義。微波頻率1GHz以上，屬視距傳輸，它傳輸容量大，穩(wěn)定性能好，同時(shí)由于微波通信已經(jīng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行多年，運(yùn)行維護(hù)人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

　　(4)GPRS通信

　　GPRS（General Packet Radio Service）是一種新型分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，相對(duì)于原來(lái)傳統(tǒng)的電話、電力載波等通信方式，GPRS具有永遠(yuǎn)在線、快速登錄、按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、切換自如、高速傳送、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　使用GPRS可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于一些分散在邊遠(yuǎn)地區(qū)配電網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)來(lái)說(shuō)，建設(shè)專用的通信通道投資較大，使用社會(huì)上電信運(yùn)營(yíng)商提供的GPRS通信服務(wù)是一種比較合適的選擇。相對(duì)于其他通信方式，GPRS的不足之處是傳輸延遲較大，不過(guò)對(duì)于大部分配電網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其傳輸延遲是可以接受的。

　　3．2．3 各種通信方式的應(yīng)用比較

　　幾種常用通信方式比較情況見(jiàn)表1所列。

　　通信方式傳輸媒介傳輸速度傳輸距離抗干擾衰耗建設(shè)投資運(yùn)行費(fèi)用維護(hù)工作量缺點(diǎn)用途

　　有線配電線載波中壓/低壓配電線路<28.8k地理電纜5km，架空線15km差大小無(wú)小傳輸速率低，易受干擾FTU/TTU與子站的通信，低壓抄表等

　　光纖通信單模/多模光纖百兆級(jí)長(zhǎng)高小大小小造價(jià)高，靈活性差任何場(chǎng)合

　　現(xiàn)場(chǎng)總線屏蔽雙絞線<19.2k<2km較差大中小中傳輸距離有限子站、內(nèi)部通信，電能采集

　　無(wú)線擴(kuò)頻通信自由空間<128M<50km較高較小高小小系統(tǒng)造價(jià)高子站與主站間

　　微波通信自由空間<128M<50km較差較小大小中抗干擾能力差分支線

　　GPRS通信自由空間<115M<50km較差較小中小小有傳輸延遲TTU及實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備

　　通過(guò)上述比較，有線與無(wú)線方式各有利弊，有線通信的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃�，但為大量的分散終端敷設(shè)專用線路造價(jià)過(guò)高，而無(wú)線通信則在此方面體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。

　　3.3 通信方式的解決方案

　　不論是有線通信模式還是無(wú)線通信模式，他們各自都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，適用的配電自動(dòng)化領(lǐng)域也各不相同，并且都在各自的研究領(lǐng)域不斷發(fā)展著。在實(shí)際應(yīng)用中，通信方式應(yīng)遵循"先進(jìn)性、實(shí)用性、可行性、可擴(kuò)展性"的原則，根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件因地制宜地優(yōu)化選擇多種通訊方式的建設(shè)方案。具體而言，可以采用以下解決方案。

　　(1)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的通信(如饋線自動(dòng)化的通信)要求可靠、快速，可以考慮光纖通信。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信(如集中抄表、負(fù)荷控制等)一般只要求定時(shí)采集，在通信速率和可靠性方面的要求大大降低，可以選擇低價(jià)的通信方式，如電力線載波或GPRS方式。

　　(2)對(duì)于主站層與子站層之間的主干網(wǎng)絡(luò)，由于數(shù)據(jù)量比較大，實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較高，可采用光纖或微波通信。為保證通信可靠性，防止光纜或光端設(shè)備故障造成通信中斷，可采用光纖雙環(huán)自愈網(wǎng)。

　　(3)市區(qū)主要道路設(shè)計(jì)多個(gè)環(huán)網(wǎng)作為通信主干道連接至主站或子站。主干道的通信為配電自動(dòng)化的主動(dòng)脈，宜采用光纖雙環(huán)自愈網(wǎng)，同時(shí)串接沿線的各廠站終端設(shè)備。

　　(4)郊區(qū)配電設(shè)備分散、距離長(zhǎng)、架設(shè)有線通信不經(jīng)濟(jì)，可根據(jù)地形配以電力線載波或GPRS方式。

　　(5)配電變壓器監(jiān)測(cè)終端(TTU)的通信方式優(yōu)先選用GPRS方式。

　　(6)負(fù)荷管理主要面對(duì)分布廣泛的客戶，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)客戶運(yùn)行情況和傳遞部分供電局需要的信息，速率和可靠性要求大為降低，其通信優(yōu)先采用中壓配電線路載波或GPRS方式。

　　(7)舊城區(qū)配電自動(dòng)化改造選用電話通信通道，可大大減少成本，見(jiàn)效快；新建小區(qū)進(jìn)行通信通道的安裝，可優(yōu)先考慮光纖通道和導(dǎo)引電纜通道。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)能極大地提高配電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，不僅能確保供電、多供電，而且通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，達(dá)到降低配電網(wǎng)的損耗，提高電力公司經(jīng)濟(jì)效益。而配電網(wǎng)通信是配電網(wǎng)自動(dòng)化的重要組成部分，通信系統(tǒng)的安全可靠是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的重要保障。目前還難用單一的通信方式來(lái)滿足所有的配電網(wǎng)自動(dòng)化的需求，因此必須因地制宜地選擇通信方式才能適應(yīng)配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展，發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 劉�。�配電自動(dòng)化系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2003．

　　[2] 賈俊國(guó)．農(nóng)村電網(wǎng)自動(dòng)化與通信技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2009．

　　[3] 秦壽義．烏當(dāng)供電局配電網(wǎng)自動(dòng)化試點(diǎn)方案[J]．農(nóng)村電氣化，2007(4)：25-27．

　　[4] 戴新文．配電網(wǎng)自動(dòng)化中兩種常用通信方式選型探討[J]．福建電力與電工，2007(1)：36-38．

　　[5] 龔靜．配電網(wǎng)綜合自動(dòng)化技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社[J]．2009．8．

　　[6] 付余民、焉樹(shù)倉(cāng)等．配網(wǎng)自動(dòng)化常用通信規(guī)約比較《山東電力技術(shù)》[J]．2007．4．