楊 柳

（江西省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330008）

在電力行業(yè)中，通常將配電網(wǎng)中的各種設(shè)備單元統(tǒng)稱為配電自動化終端，簡稱為配電終端。如遠程監(jiān)測及各種控制單元均是配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的基層智能單元，實現(xiàn)對配電網(wǎng)上開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、配電變壓器、電容器等一次設(shè)備的實時監(jiān)控。配電終端采集配電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)、檢測、識別故障、開關(guān)設(shè)備的運行工況，并對現(xiàn)場信息進行分析處理及控制，通過有線/無線通信等技術(shù)，上傳信息、接收控制命令，實現(xiàn)電源的不間斷性供電。

隨著當今智能電網(wǎng)的提出，智能配電系統(tǒng)的建設(shè)也愈發(fā)急迫。配電終端設(shè)備的單一通信方式已經(jīng)不能滿足當下的配電網(wǎng)發(fā)展需求。因此，本文主要介紹了一種新型智能配電網(wǎng)終端通信技術(shù)，從而有效提升智能配電網(wǎng)的應(yīng)用與效率。

1 配電終端介紹

根據(jù)應(yīng)用場合和作用的不同，配電終端主要包括站所終端（Distribution Terminal Unit，DTU）、配電變壓器監(jiān)測終端（Transformer Terminal Unit，TTU）和饋線終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU），以下將對這些常見的配電終端及主要功能進行介紹[1]。

（1）DTU安裝在配電網(wǎng)饋線回路上的配電室、開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站等位置，是具有遙信、遙測、遙控和饋線自動化功能的配電自動化終端，站所終端的監(jiān)控對線是開關(guān)。

（2）FTU安裝在配電網(wǎng)架空線路桿塔等處并具有遙信、遙測、遙控及饋線自動化功能的配電自動化終端，饋線終端的監(jiān)控對象也是開關(guān)。

（3）TTU可以說是電力供配電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，配電變壓器把電壓直接分配于低壓用戶電力裝置，相關(guān)運行數(shù)據(jù)是整體配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分，包括三相電壓、三相電流和三相有功等各個方面。負責對配電變壓器運行狀態(tài)實時監(jiān)控，是配電自動化基礎(chǔ)及核心裝置。

配電終端的核心功能包括遙信、遙測、遙控等。遙信是對諸如告警狀態(tài)、開關(guān)位置狀態(tài)等信號的遠程監(jiān)視，通常采集監(jiān)測的是開關(guān)合閘狀態(tài)、分閘狀態(tài)、儲能狀態(tài)、接地信號、氣壓告警信號等。在國內(nèi)的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，配電終端所采集的遙信狀態(tài)接入點通常被要求開關(guān)側(cè)提供無源接點。遙測是將一些電力信號模擬量進行測量并通過通信系統(tǒng)傳送到配電網(wǎng)自動化主站。而遙控則是對開關(guān)進行遠程控合控分。

2 終端的通信方式

作為智能配電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，配電終端智能通信網(wǎng)是電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的核心組成部分，智能化網(wǎng)絡(luò)化的物理基礎(chǔ)。作為控制單元的配電終端，肩負采集處理控制整個電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，所以電網(wǎng)系統(tǒng)的通信網(wǎng)對整個系統(tǒng)的安全高效運行有著至關(guān)重要的作用。

2.1 電力線載波通信技術(shù)

電力線載波主要是以電力線路為媒介擴散到電力系統(tǒng)的各區(qū)域，無需構(gòu)建其他的專用線路且不用經(jīng)過無線電管理委員會使用便能進行。一般情況下高壓配電線路的傳輸速率為60～300 bit/s，傳輸距離不超過10 km，可直線利用電力線路加半截波設(shè)備實施。適用于非通信干道電纜線路載波以及低壓集中抄表，電力線載波通信技術(shù)雖然投資低、覆蓋范圍較大、安裝運行維護方便，但也存在傳輸速率相對較慢并且抗干擾能力較差等缺點。

2.2 光纖通信技術(shù)

根據(jù)國家電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，光纖通信依靠高的可靠性、保密性、抗干擾能力、帶寬及傳輸距離等優(yōu)越性，我國的電力通信建設(shè)已經(jīng)基本實現(xiàn)“主干通道的光纖化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化”等總體目標。雖然光纖通信技術(shù)具有重多方面的技術(shù)優(yōu)勢，但是在配電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中作為終端設(shè)備的通信方式卻也有不可避免的劣勢，如建設(shè)成本極高、安裝維護成本也極高，難以滿足國內(nèi)大范圍的建設(shè)需求。

2.3 GPRS通信技術(shù)

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS可以說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來傳輸，在端到端的分組轉(zhuǎn)移模式下接收數(shù)據(jù)包與發(fā)送數(shù)據(jù)包在GPRS技術(shù)中是被允許的，無需通過電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。前些年GPRS技術(shù)在配短自動化終端的發(fā)展異常迅速，但也存在較為突出的劣勢：傳輸速率低，丟包率高，調(diào)制方式不佳等。

2.4 TD-LTE通信技術(shù)

時分長期演進（TD-LTE）主要是指4G網(wǎng)絡(luò)移動通信技術(shù)。對比之前的通信技術(shù)，TD-LTE在物理層傳輸上有較明顯的改進，因為TDD雙工方式可以通過信道所具有的對稱性特點來提高信號的傳輸率，可以不需要運用那些較為復(fù)雜的頻率雙工器，可以有效實現(xiàn)上下信道中無線資源的靈活分配，可以不需要對稱性頻帶等多種優(yōu)點已經(jīng)被全球所公認，而且是運用非對稱性頻譜的重要解決方案。

TD-LTE技術(shù)的主要性能如下[2]。

（1）較高的頻譜效率。頻譜的效率和用戶平均的吞吐率下行可以達到HSDPADE的3～4倍，上行可以達到HSDPADE的2～3倍，而系統(tǒng)中的平均頻譜率有時則可以達到1.57 b/Hz。

（2）覆蓋范圍相對較廣。0～5 km可以滿足移動性和吞吐量的目標；5～30 km有輕微的降低；而覆蓋范圍最大的可以達到100 km。

（3）通信速率較快。TD-LTE技術(shù)可以顯著的提高峰值速率。在20 MHz的寬帶內(nèi)可以達到500 Mbit/s的上行速率和100 Mbit/s的下行速率。

（4）延遲性較小。通常情況下，幀子的長度為0.675 ms和0.5 ms，不僅可以有效解決向下兼等問題。同時還可以使得網(wǎng)絡(luò)延時有所降低，其中用戶面的延時低于5 m，控制面的延時低于100 ms。

3 智能配電網(wǎng)終端通信技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

3.1 集成式配電終端

根據(jù)智能配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢來看，一種智能化、支持多方式通信、插件式模塊化設(shè)計于一體的配電終端亟待開發(fā)。該種智能終端可同時實現(xiàn)FTU，DTU，TTU多種功能，并有多種通信方式、在對電能信號采集與分析處理、電能的質(zhì)量進行管理、分布式電源設(shè)備的監(jiān)控與保護等方面有著重要的作用。集成式配電終端總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 集成式配電終端總體結(jié)構(gòu)

主控模塊采用的是DSP加ARM雙CPU構(gòu)架，以提供強大的綜合分析處理能力。而通信模塊方面采用不同的RJ-44端口和通信串口相結(jié)合，使得系統(tǒng)支持眾多通信鏈路功能和不同類型的通信協(xié)議，兼容性高，在信號傳輸和程序軟件的上載和下載方面均令人滿意。終端還可另外配置以太網(wǎng)口，擴展外接GRPS、衛(wèi)星、微波等通信設(shè)備[3]。

3.2 TD-LTE與智能電網(wǎng)結(jié)合

為滿足配電網(wǎng)智能化建設(shè)的需要，配電系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠程采集與分析監(jiān)控處理和配電網(wǎng)的無線通信功能。通過TD-LTE技術(shù)結(jié)合配電網(wǎng)可以在實際的生產(chǎn)運行中發(fā)揮良好的效果[4]。

就TD-LTE通信技術(shù)而言，可以被運用到不同的頻段范圍內(nèi)：1 448～1 466 MHz、224～232 MHz等，在以TD-LTE為底層技術(shù)的基礎(chǔ)上，TD-LTE230技術(shù)被陸續(xù)研發(fā)出并運用與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使該項技術(shù)在國家電網(wǎng)智能配電網(wǎng)建設(shè)上發(fā)揮出極其重要的作用。如2013年南昌市東湖區(qū)供電公司完成TDLTE230系統(tǒng)實驗網(wǎng)的測試工作，其傳輸速率如圖2所示。

圖2 傳輸速率

根據(jù)圖2的結(jié)果可以看出不同的調(diào)制方式下該項技術(shù)在配電網(wǎng)中傳輸數(shù)據(jù)時吞吐量的性能測試數(shù)據(jù)。TD-LTE的高傳輸速率足以達到配電網(wǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求。由于離散特征在此頻段范圍內(nèi)的影響，可利用頻譜感知和載波聚合等相關(guān)技術(shù)，以保證寬帶數(shù)據(jù)信息的高效傳遞，和智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的運行發(fā)展相匹配。對于傳統(tǒng)的2G和3G技術(shù)而言，TDLTE由于引入了有關(guān)調(diào)制技術(shù)使得單位頻譜相應(yīng)的傳輸效率得到了極大的提升，頻譜效率如圖3所示。

圖3 頻譜效率

與前幾代通信技術(shù)相比較，不難發(fā)現(xiàn)TD-LTE技術(shù)有較大的性能提升，處于20 MHz的頻段下其峰值速率的上行可達到60 Mbit/s，對應(yīng)的下行速率可達到更驚人的120 Mbit/s。但是TD-LTE技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用發(fā)展的同時，也帶來了一個嚴重問題，隨著電力用戶基數(shù)的驟增，信息安全等問題也愈演愈烈，也是今后急需解決的課題。

4 結(jié)語

配電自動化系統(tǒng)中通信技術(shù)的優(yōu)劣勢對于整個配電網(wǎng)運行的效益會產(chǎn)生重要的影響。本文根據(jù)當下常用的配電終端各種通信方式的優(yōu)劣勢，提出一種基于TD-LTE技術(shù)的無線通信方式，解決了今后智能化網(wǎng)絡(luò)化云端大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展需求。