唐婧壹

(山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，　山西　長(zhǎng)治　046011)

?

配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的研究

唐婧壹

(山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治046011)

摘要：通信系統(tǒng)是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分，控制中心分布網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、傳輸和遠(yuǎn)程控制，其結(jié)構(gòu)和功能在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中起著非常重要的作用。文中對(duì)幾種常用的數(shù)據(jù)通信方式進(jìn)行研究，針對(duì)城市和農(nóng)村配電自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，提出了一種配電自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案適用于城市和郊區(qū)。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；通信系統(tǒng)；遠(yuǎn)程采集；解決方案

一、引言

在我國，隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，供電的可靠性越來越重要。對(duì)于較發(fā)達(dá)城市，即使電力中斷很短時(shí)間，也會(huì)導(dǎo)致人們心理恐慌和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，在新階段新情況下，如果繼續(xù)執(zhí)行原來的操作、控制、維護(hù)和管理等，那么已無法跟上社會(huì)的發(fā)展，必須降低運(yùn)營成本、提高電能質(zhì)量和供電可靠性，讓更多的用戶加入進(jìn)行，電力公司積極開展配電自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)需要有效的通信手段，控制信息在終端與主站之間傳輸，許多通訊方式都可以滿足需要。城市和農(nóng)村都有自己的地域特色，配電網(wǎng)的分布非常的復(fù)雜、環(huán)境惡劣、單點(diǎn)數(shù)據(jù)通信少等。還沒有單一的通訊方式可以滿足系統(tǒng)要求。

從城鄉(xiāng)配電自動(dòng)化現(xiàn)狀出發(fā)，研究配電自動(dòng)化的通訊方式，研究滿足技術(shù)要求、性能可靠、價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信方式，為我國城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的發(fā)展，提供參考和借鑒。

二、配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和配電自動(dòng)化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信是重要的組成部分。數(shù)據(jù)通信可以在廠站內(nèi)部、廠站和控制中心之間發(fā)生。配電網(wǎng)自動(dòng)化系需要一個(gè)有效的廣域網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)和控制命令的傳輸，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)也有其獨(dú)特的特點(diǎn)。

（一）終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)極大

配電網(wǎng)由變電站、配電變壓器、無功補(bǔ)償?shù)冉M成，為了能夠?qū)⑴渚W(wǎng)和變電站的設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控，在低壓側(cè)需要裝設(shè)大量的智能裝置，這些智能裝置能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)的抄表等功能，在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的終端節(jié)點(diǎn)比較龐大。

在實(shí)際工作中，為了降低成本，可以直接對(duì)重要的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在我國，在同一地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)少一個(gè)數(shù)量級(jí)的終端數(shù)量，以及一些大中城市就需要成千上萬的終端節(jié)點(diǎn)。

（二）通信距離短

配電自動(dòng)化通信節(jié)點(diǎn)距離短，往往采用主配電通信網(wǎng)絡(luò)和分支通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合。一個(gè)社區(qū)的FTU、自動(dòng)抄表、監(jiān)控都需要變電站BTR或者是開閉所來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，通信距離一般控制在2-3公里內(nèi)。

（三）數(shù)據(jù)通信量少

配網(wǎng)中的主要設(shè)備就是變壓器和斷路器，配網(wǎng)自動(dòng)化主要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，通信的數(shù)據(jù)量很少。其數(shù)據(jù)量相對(duì)于電網(wǎng)變電站的數(shù)據(jù)量要少很多。

（四）通信節(jié)點(diǎn)分散

因?yàn)榕渚W(wǎng)設(shè)備本身就具有分布廣泛的特點(diǎn)，而自動(dòng)化終端同配網(wǎng)設(shè)備連在一起，從而導(dǎo)致通信的節(jié)點(diǎn)較為的分散。

三、配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)的通信方式

(一)對(duì)通訊的要求

通信系統(tǒng)中的配電自動(dòng)化需求取決于系統(tǒng)規(guī)模和復(fù)雜性。在一般情況下，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)中有以下幾個(gè)方面的要求：

1.通信的可靠性

通信系統(tǒng)安裝在室外。這意味著，通信系統(tǒng)承受較長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境挑戰(zhàn)。此外，長(zhǎng)時(shí)間暴露在強(qiáng)烈的陽光可能會(huì)導(dǎo)致老化。因此，配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)必須定期維護(hù)，使系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境下工作。

2．通信系統(tǒng)成本

由于配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的成本很高，選擇合適的通信方式，會(huì)節(jié)省大量的成本，不僅考慮設(shè)備成本，也要考慮維護(hù)和使用成本。

3.通信速率

通信方式的選擇應(yīng)首先估計(jì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信速率，我們要考慮最壞的情況，選擇通信方式和通信網(wǎng)絡(luò)。此外，帶寬的選擇應(yīng)該滿足未來的升級(jí)需要。

4.通訊能力（雙向）

配電自動(dòng)化系統(tǒng)需要雙向通信功能要求，為了實(shí)現(xiàn)這一功能：在故障隔離和供電恢復(fù)方面實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載設(shè)備，就必須進(jìn)行雙向通信。

5.抗干擾能力強(qiáng)

該系統(tǒng)工作在很強(qiáng)的電磁干擾環(huán)境，包括無線電干擾、頻率干擾、瞬時(shí)高電壓、大電流、雷電干擾等。

(二)幾種常用的通訊方式

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信方式越來越多，根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的具體情況，采用適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞剑仨殞?duì)各種通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)有較全面的了解。下面介紹配電網(wǎng)的通信方式。

1.光纖通信

光纖通信以光釬作為信息載體和傳輸介質(zhì)，光載波的光源產(chǎn)生在光發(fā)射機(jī)，電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。在光接收端，傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

其主要特點(diǎn)是：速度快、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)等?？梢酝娎|一起敷設(shè)，通信質(zhì)量非常好，缺點(diǎn)是投資比較大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖的成本不斷壓縮，在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，環(huán)網(wǎng)通信模式主-子站配置如圖1所示。

圖1　主站-子站配置方式

2.載波通信

電力線載波通信是在高頻載波信號(hào)中攜帶傳輸信息，并通過電力線路傳輸。配電線路直接連接到每個(gè)用戶和電器，具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，作為農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，這是最好的。

雙向通信能力，大于300波特的通訊速率。從一個(gè)點(diǎn)的配電網(wǎng)饋線負(fù)載中讀取數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程抄表等，載波是最合適的。

3.GPRS通訊

GPRS是為了移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求而開發(fā)出來。是一種新的分組數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，在GSM網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展而來。基于GPRS網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行業(yè)務(wù)支持，提供很多的業(yè)務(wù)。

GPRS無線通信廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，其傳輸速率高、資源利用率高、覆蓋率高等，很適合配電系統(tǒng)。

4.微波通訊

微波通信是一種以“接力”的方式，以微波頻率攜帶信息，早期的微波通信是模擬的，在二十世紀(jì)中期，數(shù)字微波通信應(yīng)運(yùn)而生，相關(guān)理論和技術(shù)在不斷發(fā)展中已趨于成熟。

微波通信不需要建立信道，還可以高速通信。但是，微波通信受空中信號(hào)的干擾比較嚴(yán)重，工程造價(jià)也比較高，因此微波通信應(yīng)用比較窄。

四、配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的組成和分布特征，通信系統(tǒng)有很多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主渠道和多層次的分支網(wǎng)絡(luò)。通信系統(tǒng)分為兩個(gè)層面：第一級(jí)是主網(wǎng)絡(luò)到變電站RTU或二次主機(jī)。第二級(jí)是變電站RTU、分布儀、自動(dòng)儀表讀取設(shè)備。有一些數(shù)據(jù)，因?yàn)榫嚯x不適合集中轉(zhuǎn)發(fā)終端。它可以直接傳輸?shù)街鳈C(jī)。配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.主站與子站之間的通信，需要良好的通信可靠性、高的傳輸速度等在主站與子站之間通信，當(dāng)子站數(shù)多，位置相對(duì)分散。所以主機(jī)和子站通信采用光纖通信，如圖3所示。

圖3　主站-子站通信系統(tǒng)圖

2.子站與終端之間的通信

子站與終端之間的通信要求數(shù)據(jù)量大，可靠性高，因此采用光纖自愈雙環(huán)網(wǎng)方式，如圖4所示。

圖4　子站與終端之間的通信

3.TTU通信部分

TTU數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸量大、對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低、系統(tǒng)成本少、采用RS 485電纜，如圖5所示。

圖5　TTU通信部分

五、結(jié)論

在最多采用國內(nèi)產(chǎn)品，慢慢形成自主研發(fā)的形勢(shì)下，國內(nèi)出現(xiàn)了越來越多的通信終端，如何完善國內(nèi)的通信終端，使其在城市和農(nóng)村電網(wǎng)改造工程中應(yīng)用將越來越廣泛，這將大大方便和完善城市和農(nóng)村電網(wǎng)改造。筆者在查閱大量資料的基礎(chǔ)上，研究各種通信方法，結(jié)合具體工程應(yīng)用，提出系統(tǒng)解決方案，為以后的實(shí)際應(yīng)用提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊潔,曹雪虹,等.不對(duì)稱速率雙向中繼系統(tǒng)的中繼選擇及功率分配[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2014，(5).

[2]張建華,王昕偉,等.基于蒙特卡羅方法的風(fēng)電場(chǎng)有功出力的概率性評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2014，(3).

[3]王垚,羅顯志,等.A GNSS Signal Blind-decoding Algorithm at Low SNR[J].Journal of China Ordnance.2011，(1).

[4]文學(xué),時(shí)珉,等.變電站集中監(jiān)控模式下告警信息的優(yōu)化處理[J].河北電力技術(shù).2015，(1).

[5]趙建利,孫祎,等.基于威布爾分布的電氣設(shè)備缺陷率模型參數(shù)分析[J].河北電力技術(shù).2015，(1).

[6]畢震坤,張偉,等.恐怖網(wǎng)絡(luò)中基于節(jié)點(diǎn)割集分層的組織結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)方法[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2014，(5).

[7]王垚,羅顯志,等.一種BOC信號(hào)測(cè)距碼結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方法[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào).2011，(4).

[8]張寶琴,周志剛.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用分析[J].無線互聯(lián)科技.2013，(8).

[9]王釗.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用分析[J].信息安全與技術(shù).2013，(7).

[10]周健,鄭寶玉.MIMO-AF協(xié)作系統(tǒng)中繼發(fā)射矩陣的優(yōu)化及性能分析[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2014，(5).

（責(zé)任編輯：袁媛）

中圖分類號(hào)：TN915.02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[文章編號(hào)]1671－802X(2016)02－0067－04

收稿日期：＊2016－02－15

作者簡(jiǎn)介：唐婧壹（1984-），女，吉林榆樹人，講師，研究方向：電路與通信系統(tǒng)。E-mail：sophia2020@163.com．

Research on the Communication System of Power Distribution Automation

TANG Jing-yi
(Shanxi Institute of Mechanical&Electrical Engineering,Changzhi 046011,Shanxi)

Abstract:The communication system is an essential part of power distribution automation system.It is very important to realize remote data acquisition,transmission and remote control.The structure and function of the distribution network plays a vital role in the distribution automation system.In this paper,the characteristics and requirements of urban and rural distribution automation system are studied,and a new power distribution automation system which can be used both in the urban area and in the suburbs is put forward.

Key words：power distribution automation;communication system;remote acquisition;solution