夏 波

(德國(guó)萊茵TüV集團(tuán)萊茵技術(shù)(上海)有限公司，上海 200072)

由國(guó)家能源總局發(fā)布的《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃(2015—2020年》明確提出，2015—2020年，配電網(wǎng)建設(shè)改造投資要求不能低于2萬億元，使我國(guó)城市10kV配電網(wǎng)運(yùn)行管理基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化目標(biāo)，大、中城市中心區(qū)供電可靠率達(dá)到99.99%以上，用電信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) “全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的目標(biāo)。具備靈活的通信傳輸和能夠適應(yīng)多業(yè)務(wù)場(chǎng)景的配電網(wǎng)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的必要條件[1-2]。

目前我國(guó)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)主干線路主要采用光纖和中壓載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，但由于成本、環(huán)境等因素的制約，尚不能實(shí)現(xiàn)配電線路終端設(shè)備的全覆蓋?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的接入網(wǎng)絡(luò)，并與配電網(wǎng)的主干通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，解決配電網(wǎng)問題，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全覆蓋的重要技術(shù)手段[3-6]。

但是，當(dāng)前配電網(wǎng)接入網(wǎng)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各廠家通信協(xié)議互不兼容，不同場(chǎng)景不同業(yè)務(wù)需要適配不同的通信裝置和系統(tǒng)，導(dǎo)致配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的管理和維護(hù)極為困難，嚴(yán)重阻礙了配用電實(shí)現(xiàn)全面信息化的進(jìn)程。

1 配電網(wǎng)信息通信需求分析

電網(wǎng)的信息通信主要分為兩大部分：第一部分是骨干通信網(wǎng)，主要包括電網(wǎng)的管理平臺(tái)、調(diào)度控制、110 kV及以上電壓等級(jí)輸電網(wǎng)絡(luò)的信息通信系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)控制過程，信息通信的高速率、高可靠、高帶寬及傳輸路由器的可控；第二部分是指配電網(wǎng)和用戶側(cè)的通信，以低壓配網(wǎng)為主，包括配電變壓器臺(tái)區(qū)、10 kV電壓等級(jí)的配電網(wǎng)、用戶側(cè)的電器和電能表等信息通信系統(tǒng)[7]，主要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)、用戶側(cè)的智能化和自動(dòng)化管理，提高供電穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶側(cè)的雙向互動(dòng)、實(shí)現(xiàn)智能用電等[8]。

配電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)需具備以下功能：

a.數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)功能；

b.具備配電圖資地理信息系統(tǒng)(AM/FM/GIS)功能；

c.配電網(wǎng)的管理系統(tǒng)功能；

d.饋線自動(dòng)化系統(tǒng)功能。

配電網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)主要可以劃分為“三遙(遙信、遙測(cè)和遙控)”、“二遙(遙信、遙測(cè))”、“一遙(遙信)”，由用戶側(cè)終端到配電網(wǎng)的自動(dòng)化中心主站[9-10]。

2 配電網(wǎng)無線通信裝置結(jié)構(gòu)研究

多接口協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換的配電網(wǎng)無線通信裝置主要包括通信接入單元和通信終端，如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)無線通信裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 通信接入單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通信接入單元，安裝在配電網(wǎng)主干線路上有無線公網(wǎng)、光纖或中壓載波覆蓋的地方，根據(jù)實(shí)際情況選擇一種通信方式與配電網(wǎng)通信主站相連。通信終端安裝在無線公網(wǎng)、光纖或中壓載波覆蓋不到的有配用電終端節(jié)點(diǎn)需要接入的地方，這里的配用電終端包括各種配電終端，如TTU、RTU、DTU等和各種用戶終端，如考核表、采集終端等。通信接入單元與多個(gè)通信終端之間采用微功率無線通信技術(shù)，用于將各個(gè)無線公網(wǎng)、光纖或中壓載波覆蓋不到的配用電終端節(jié)點(diǎn)接入配電網(wǎng)通信主站。

通信接入單元如圖2所示，由通信接口模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、處理器模塊、微功率無線通信模塊和電源模塊組成。通信接口模塊結(jié)構(gòu)組成如圖3所示，包括光纖接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊和RS485/RS232接口模塊，為與配電網(wǎng)通信主站通信提供物理接口，具體接口形式根據(jù)實(shí)際情況選擇。

圖2 通信接入單元結(jié)構(gòu)框圖

圖3 通信接入單元的通信接口模塊組成框圖

光纖接口模塊主要由光纖收發(fā)模塊和電平轉(zhuǎn)換電路組成，用于將光纖的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為處理器可以處理的電信號(hào)，可直接與光纖連接進(jìn)行通信，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮安全問題，不允許將通信接入單元直接與光纖的ONU接口相連，所以利用光纖接口，可以實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有光纖分離出可用線芯進(jìn)行通信，進(jìn)一步增加接入的靈活性。

協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將無線公網(wǎng)、光纖或中壓載波的協(xié)議轉(zhuǎn)換為無線通信協(xié)議，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊受處理器模塊支配，完成相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能；處理器模塊采用高性能ARM，用于協(xié)調(diào)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)通信主站和通信終端的無線通信交互功能；微功率無線通信模塊采用支持WIA協(xié)議的模塊，用于和通信終端進(jìn)行無線通信；電源模塊具有交直流轉(zhuǎn)換功能，可從現(xiàn)場(chǎng)接入220 V交流電，并轉(zhuǎn)換成所需的直流電，給各個(gè)模塊提供電源。

通信終端模塊組成如圖4所示，分別由以太網(wǎng)/RS485/RS232接口模塊、規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、處理器模塊、微功率無線通信模塊和電源模塊組成。

2.2 規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換流程

以太網(wǎng)/RS485/RS232接口模塊用于與各種配用電終端連接提供物理接口，3種接口基本涵蓋了所有的配用電終端的通信接口形式，具有通用性；規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換模塊可以智能識(shí)別所連接配用電終端的通信接口和通信規(guī)約，并自動(dòng)切換相應(yīng)規(guī)約進(jìn)行通信；協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊可以將以太網(wǎng)、RS485和RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換為無線通信協(xié)議。

圖4 通信終端結(jié)構(gòu)框圖

規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換模塊流程如圖5所示，規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換步驟如下：

a.選擇一種物理接口形式，可以是以太網(wǎng)、RS485、RS232接口的一種；

b.向選定的物理接口發(fā)送測(cè)試報(bào)文；

c.獲取并分析該接口返回的報(bào)文，如果返回的報(bào)文是有固定格式的錯(cuò)誤代碼，則確定該接口可用，如果返回的報(bào)文是亂碼或無數(shù)據(jù)返回，則確定該接口不可用；

d.通過分析，如果能夠確定該選定接口為通信接口，則進(jìn)行下一步，否則從第1步開始，選擇另外一種接口繼續(xù)測(cè)試；

圖5 規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換模塊流程圖

e.確定物理通信接口后，優(yōu)先選擇一種通信規(guī)約，測(cè)試通信互通情況，支持轉(zhuǎn)換的規(guī)約有：DNP、IEC101、IEC104、CDT、DL/T645規(guī)約，各種問答式規(guī)約，循環(huán)式規(guī)約以及用戶自定義規(guī)約，按照特定規(guī)約格式發(fā)送測(cè)試通信鏈路指令，接收代碼正確則確定該規(guī)約可用，否則不可用；

f.通過分析，如果能夠確定該選定通信規(guī)約正確，則結(jié)束，否則從第5步開始，選擇另外一種通信規(guī)約繼續(xù)測(cè)試。

3 結(jié)束語

本文基于無線通信技術(shù)設(shè)計(jì)的多接口協(xié)議自適應(yīng)轉(zhuǎn)換配電網(wǎng)無線通信裝置，具有豐富的物理接口，并且具有多種規(guī)約自適應(yīng)轉(zhuǎn)換功能，可以適配多種接口類型的配用電終端，并能夠針對(duì)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景智能匹配通信規(guī)約，有利于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)接入網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化，降低配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的運(yùn)維工作量和成本。該裝置成本低、部署方便、接入靈活、安全可靠，具有非常好的推廣應(yīng)用前景。