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配电网自动化通信技术.docx
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配电网自动化通信技术.docx
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第12章 配电网自动化通信技术
12.1 概述
12.1.1 通信系统
通信系统连接着位于控制中心的配电网自动化主站系统和分散在配电线路沿线远方终
端,将控制中心的控制命令准确的传递到大量的远方终端,并且将反映远方设备运营情况的
数据信息收集到控制中心。通信系统是配电网自动化系统的重要组成部分,其性能与可靠性
的好坏,对整个系统功能的实现及运营可靠性有着决定性的影响。事实上,许多建成的配电
网自动化系统不能很好地发挥作用的重要因素就是通信网络工作不正常。在设计、建设配电
网自动化系统时,要认真研究通信系统的解决方案。
与传统的调度自动化系统相比,配电网自动化系统的通信站点众多,大型系统的监控站
点数量有上万个,一个中档规模的系统的站点数量也有数千个;此外,尚有站点分散、通信
距离短、站点通信数据量较小等特点;许多通信装置安装在户外,运营条件比较苛刻,对可
靠性规定比较高。在满足配电网自动化系统规定的基础上,如何减少通信系统的造价,是配
电网自动化通信系统设计人员面临的重要问题。
从目前的技术发展来看,没有任何一种单一的通信方式可以全面满足配电网自动化的需
求,多种通信方式互为补充是配电网自动通信系统的一大特点。按照我国国家电网公司公司
标准《配电自动化技术导则》
[1]
和南方电网公司《》的相关规定,配电通信系统可运用专网
或公网,配电主站与配电子站之间的通信通道为骨干层通信网,配电主站(子站)至配电终端
的通信通道为接入层通信网。骨干层网络可以采用已建成的光纤传输网进行扩容;接入层网
络可以综合采用以光纤专网、配电线载波、无线专网、无线公网等多种通信方式,构建一体
化的通信平台,实现多种通信方式“统一接入、统一接口规范、统一管理”。
随着智能配电网和配电网自动化技术的发展,多种通信方式并存,控制中心和所有的配
电网远方终端构建一个分层的 IP 网络,已成为当今配电网自动化发展的趋势。
12.1.2 配电网自动化对通信系统的规定
配电网自动化对通信系统的规定,重要取决于系统整体规模、功能规定、预期达成的自
动化水平、配网自动化进展等,由于实行配网自动化的信息点数量大,分布面广,配网通信
的建设和完善需要总体规划、分阶段分区域进行。配电网自动化对通信的基本规定重要体现
在以下几个方面:
(1)通信的可靠性
配电网自动化的通信系统多在户外运营,容易导致材料老化,规定能经受起恶劣气候的
考验。此外,还要可以经受噪音、电磁、雷电等的干扰,保持稳定运营。在电力设备发生故
障时,需要可以抵抗事故所产生的瞬间强电磁干扰,完毕故障诊断,故障隔离和恢复非故障
区段供电的通信任务。
(2)通信系统的经济性
配电网的网络复杂,使用的智能设备众多,通信网络规模巨大,网络的建设投资,运营、
维护和使用成本都十分可观。在选择通信方式时,成本问题需要充足考虑。
(3)通信速率
通信速率是通信系统传输能力的重要指标,以每秒传输的位(比特)数表达,即 b/s,
或写作 bps。配网自动化通信系统的设计应当保证配网自动化相关业务的数据传输的规定。
(4)通信系统的工作模式
配电网自动化的通信系统必须具有双向通信的能力。对主站来说,不仅向终端下发控制
命令,也需接受终端上传的数据。配电网自动化系统中的各项功能均规定双向通信,如故障
区段隔离和恢复正常区域供电的功能,远方的配网终端必须能向主站上报故障信息以供主站
拟定故障区段,主站必须再向配网终端下达控制命令,才干实现故障区段隔离和恢复非故障
线路的正常供电。
(5)通信设备的标准化
配电自动化系统中的通信系统点多面广,规模庞大,这就规定通信设备具有较强的灵活
性和扩展性,选择标准的通信设备,便于安装、调试、运营和维护。通常采用多种通信方式
相结合,需要尽也许地简化系统的使用与维护,选择标准的通信协议,提高系统的兼容性和
灵活性。
12.1.3 通信方式
控制中心至变电站的骨干通信网一般采用光纤传输网方式,变电站与配电终端之间接入
层通信网采用多种通信方式互补,重要涉及光纤专网、配电线载波、无线专网和无线公网等。
(1)以太无源光网络
以太无源光网络(Ethernet Passive Optical Network,EPON)是一种新型的光纤接入网
技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。EPON 采用分光
器进行光功率的分派,不需要电源,单点失电后不会影响其他站点的工作。EPON 作为一种
拓扑灵活,支持多种业务接口的纯光介质的接入技术,具有成本低、带宽高、扩展性强、组
网灵活等特点,非常适合配网的实际分布情况。目前国家电网公司的配电网自动化项目多采
用 EPON 作为接入层光纤的组网方式。
(2)光纤工业以太网
光纤工业以太网是以光纤为通信介质的工业以太网。工业以太网遵循 IEEE802.3 标准,
可以在光缆和双绞线上传输,并针对于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高规定,加强
了冗余功能。它在技术与以太网兼容,在产品设计、材质选用等方面充足考虑了实时性、互
操作性、可靠性、抗干扰等工程应用的需要。
工业以太网互换机具有技术成熟、性能稳定、组网灵活、便于升级扩容等优点,适合高
温、潮湿环境、强电磁干扰等恶劣环境下的应用,在南方电网公司的配电网自动化中应用比
较多。
(3)无线通信
无线通信方式有无线专网和无线公网两种方式。
目前在配电网中应用的无线专网通信技术重要有 230MHz 的窄带电台、2.4GHz 的扩频
电台、Wimax 和 McWill 等;无线公网通信重要有 GPRS、CDMA、3G 等。无线通信方式可
以节约光缆铺设费用,组网灵活,但可靠性、安全性不能满足配电网自动化的整体需求,只
能作为非遥控站点采用,作为有线通信的补充。
(4)配电线载波
配电线载波以中压配电网作为传输介质的数字通信,运用现有的配电线路进行载波信号
传输,通信设备投资低。局限性之处是通信速率较低,容易受网络及外界负载变化的影响,
与其它通信方式兼容性不好。
12.1.4 通信规约
在配电网自动化通信系统中,控制中心与远方终端(Remote Terminal Unit, RTU)之间
有大量的实时数据需要进行互换。通信的双方需要对数据格式、同步格式、传送速度、传输
环节、纠错检错方式、控制字符定义等问题作出统一的规定,共同遵守,这些约定称之为通
信规约(Protocol)。
按照通信传输模式的不同,通信规约可以分为循环式传输规约和问答式传输规约。循环
式传输规约(Cyclic Digital Transmit,CDT)以我国电力工业部 1991 年发布的 DL 451-1991
《循环式远动规约》为代表,曾是我国上世纪应用最广泛的远动通信规约。CDT 规约以厂
站端 RTU 为积极方,以固定的传送速率循环不断的向控制中心发送实时数据。问答式传输
规约也称作 Polling 规约,在这种传输规约中,控制中心需要积极向 RTU 发送查询命令,召
唤某一类数据,RTU 只有在响应后才会上传实时信息。目前广泛应用的 IEC 60870-5-101/104、
DNP3.0 等就属于 Polling 规约。
上面介绍的这几种通信规约将配电网监控的实时数据分为模拟量(遥测)、状态量(遥
信)、控制量(遥控)等几种类型进行传输,没有对配电网自动化的应用数据模型做出统一
的规定,导致通信的双方需要进行人工核对数据点表,通信系统配置调试工作量非常大。
将 IEC 61860 的应用推广到配电网自动化系统中,实现配电网自动化设备的即插即用,是当
前的发展方向。
12.2 光纤通信技术
光纤通信技术指的是采用光纤介质的通信技术,具有传输速率高、抗干扰性能强、可靠
性高的优点,在条件允许的情况下,应是接入层通信网的首选。以前制约光纤通信在配电网
自动化系统中应用的重要因素是投资大、敷设工程量大,而近年来随着技术的发展,光缆价
格有了大幅度的下降,光端机的价格也接近其他类型的通信终端,为光纤通信的大量应用发
明了条件。按照国家电力监管委员会发布的《电力二次系统安全防护总体方案
[2]
》和国家电
网公司的《配电自动化技术导则》具有遥控功能的配电自动化区域应优先采用专网通信方式;
依赖通信实现故障自动隔离的馈线自动化区域宜采用光纤专网通信方式。
目前,配电网自动化系统分支通信网采用光纤通信技术有专线通道、以太无源光网络、
光纤工业以太网 3 种方式。其中光纤专线通道是 2023 年前后采用的重要通信方式,现在多
采用后两种以太网组网方式。
12.2.1 光纤专线通道
专线通道是通信节点之间,通过通信介质直接相连,实现点对点或点对多点的通信。光
纤专线通道是以光纤作为通信介质的点对点或点对多点串行数据传输通道,运用光调制解调
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