配网自动化通信系统建设规划

　　0.引言

　　随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对供电质量提出了更高要求，对供电可靠性提出了更高标准，因此，发展城市配网，实现配网自动化是供电网络发展的必然趋势。建设配网自动化必需具备三大条件：相对完善的智能化配电网络、性能稳定的配网主站和可靠的配电通信系统。 由此可见，建设配网通信系统对实现配网自动化具有极端的重要性和迫切性。配网自动化的主要作用首先在于实时监测配网运行状态，其次在电网发生故障时实现快速故障定位和隔离，缩短故障处理时间，从而缩短停电时间，提高供电可靠性。

　　1.配电网通信现状

　　我国自 20 世纪 90 年代起已开始配网自动化的试点工作，但仅限于试点阶段，覆盖范围小，规模相对较小。 所以，我国大部分地区或城市都没有强大的配电网和配电通信网。我国最早真正意义上比较大规模地建设配网自动化的是上海供电局。 他们在 2005 年率先开始建设配电自动化系统，但是截止 2008 年，其覆盖面仍然不广，因此配网通信网的覆盖面也十分有限。配网系统相对薄弱的现状主要由业务需求决定。在相当长时间内，我国经济发展水平相对较低，对供电可靠性要求不高，建设好主网就已经能够满足经济发展需求。因此，我国大部分地区或城市的主网系统、 主网自动化系统和主网通信系统都比较完善。 广州供电局的光纤网络已经覆盖所有 110kV 及以上的变电站，并在此基础上搭建了高速城域网、 调度数据网和核心环传输速率达到10G 的光纤传输网。

　　但是，配网通信网络的建设基本属于空白。 所有 10kV 配电房或开关房都没有覆盖光纤网络或无线网络，而且房内也没有安装任何通信终端设备或通信电源设备。

　　针对广州供电局的通信网络现状，建设配网通信系统迫切需要解决以下两个问题:

　　(1)选用何种通信技术可以快速建成覆盖面广 、可靠性高的配电通信网络。

　　(2)配电房应选用何种通信电源 ，并保证其高可靠性 、高安全性 、易维护性和少维护性。

　　2.配网自动化对通信的需求

　　现今社会是一个需求驱动建设发展的社会。建设配网自动化的迫切性和重要性对电力通信网络的建设提出了新的要求，推动了电力通信网的建设。配网自动化的业务模型和业务架构也成为影响电力通信网络结构的重要因素。配网自动化对通信的要求主要取决于配网自动化的规模、业务架构和预期达到的自动化水平，主要体现在以下八个方面：

　　2.1 可靠性

　　首先，配网终端通信设备主要安装在户外或配电房，广州地区的气候高温湿热，运行环境恶劣，容易导致材料老化，故要求设备能够经受恶劣气候考验，要耐高温、耐湿、防尘;其次，通信设备还应能抵抗噪音、电磁、雷电等干扰，保持稳定运行;再次，在电力设备发生故障时，应能抵抗事故所产生的瞬间强电磁干扰，完成故障诊断、隔离和非故障区段恢复供电的通信任务。

　　2.2 实时性

　　配网自动化的首要功能是能够实时监控配电网运行情况，并进行在线分析，实时性对通信传输速率提出了较高要求。正常运行情况下，配网主站会周期性召唤各 RTU、FTU 的数据;电网发生故障时，主站和 FTU、RTU 之间需要交换比平常更多的数据，以便及时掌握故障地点和原因。因此，通信系统不仅要满足系统刷新率的要求，还要满足故障时快速及时传送大量故障数据要求，并具有故障时主动上报故障信息的功能。

　　2.3 双向性

　　主站系统需要向终端下发控制命令， 终端需要向主站上报信息。因此，通信系统必须具有双向通信能力。

　　2.4 灵活性

　　配网通信系统点多面广、规模大，安装环境复杂，要求通信设备具有较强的灵活性和适应性，要求易于安装、调试、运行和维护。因此，要求通信设备尺寸小、安装方式多样、抗震。

　　2.5 承载的业务种类丰富

　　配网通信系统承载的业务包括配网 SCADA、负荷控制、远程抄表等。 各种业务的数据量和实时性要求差别较大，因此对通信系统也提出了不同的要求。

　　2.6 异构的网络环境

　　建设条件的复杂性决定了配网通信网络必然面对一个异构的网络环境，不同的接入技术将以互补的方式长期共存。 不论是为了在异构网络环境下通信业务的一致提供，还是为了高效利用异构网络资源实现业务开放部署， 配网通信系统不仅在网络层面上要实现互联互通，在业务和应用层面上要实现用户体验的无缝融合。

　　2.7 开放性和可扩展性

　　开放性和可扩展性要求配网通信网络具有可持续发展的能力。主要体现在网络要使用开放分层的架构，采用标准的网络协议和标准的接口开放网络的能力，从而允许第三方可以利用开放的接口和网络资源实现新业务的灵活快速接入。

　　2.8 网络规模大、覆盖面广

　　配网的网络规模大、覆盖面广，比主网规模大很多，这对通信网络的规模、架构规划和覆盖能力提出了很高的要求。

　　3.配网自动化通信系统的规划建设原则

　　广州供电局通过对配电网的现状、电力通信网的现状以及各种通信技术的特点进行详细的分析和研究，遵循“先进性、实用性、可行性、可扩展性”的原则，因地制宜灵活选择多种通信方式的建设方案，具体如下：

　　3.1 分阶段、分步实施，正确处理近期建设和远期规划的关系。 总体上分三期逐步实现广州供电局配网自动化的 100%覆盖。 第一期配网通信网络覆盖 2900 多个电房， 分两个的阶段实施， 第一阶段覆盖1300 多个电房，第二阶段覆盖 1500 多个电房。

　　3.2 点面结合，既保证先进性又保证规模性。 选取一次设备条件和通信网络现状比较好区域作为实现“三遥”功能的区域，其他区域根据一次设备现状，只实现“二遥”功能。

　　3.3 因地制宜，综合采用多种通信方式。

　　3.3.1 光纤通信。 光纤通信技术具有带宽大，传输距离长，抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，无串音干扰，可靠性高，体积小，重量轻，便于施工维护等优点，因此是实现“三遥”功能站点的首选通信方式。 目前可采用的光纤通信方式有 EPON、MSTP、 光 Modem 和工业以太网等方式。 EPON 具有节省光纤资源，适用于点到多点的接入网络的特点，但它难于查找故障点，QoS 保证较难;MSTP 方式具有灵活的接入方式、支持多协议、简化网络结构等优点，但是因为不同厂家设备的映射方式和带宽管理的实现方式不同，所以不同厂家的设备无法实现互联互通;光 Modem 的网管能力和组网能力相对较差，所有考虑到工业以太网具有可靠性高、组网能力强、组网方式灵活等优点，我局决定采用工业以太网方式作为“三遥”站点的通信方式。

　　3.3.2 载波通信。 载波通信技术的传输带宽比较小，但是现有的带宽水平可以满足目前配网自动化“二遥”或“一遥”的功能需求。该方式可作为光纤方式的良好补充，解决部分地区光缆敷设困难或无线网接入信号差的问题。但是因为我局在中低压载波的使用上还没有运行经验，所以适当地选择某些馈线或区域进行试点，经过运行后再进一步评估其适用性和适用范围。

　　3.3.3 无线通信方式。 无线通信方式可通过公网无线网络和自建无线网络两种方式实现。公网无线方式包括 GPRS、CDMA、EDGE 以及WCDMA 等方式。 如果要自建无线网络，频点申请较困难，建设周期较长，无法满足配网自动化短时间内需要覆盖大规模站点的要求，所以我局没有采用自建无线通信网的方式，而是租用公共无线网络。 按照目前“二遥”功能的数据量和采集周期，无线公网可以满足生产需要，它具有建设快、维护少、见效快等优点，但考虑到其安全性，所以仅在“二遥”站点使用。

　　3.4 共用电源资源，配电房侧不建设独立的通信电源，通信设备由FTU 的锂电进行供电，以减少设备的维护量，解决现场取电困难的问题。

　　4.配网自动化通信系统的结构

　　目前我局的配网自动化系统主要采用集中式管理，分层建设。 基于这个特点，通信系统的网络架构也采用集中式的层级设计。 配网自动化系统主要分成三层：顶层是主站系统层，主要包括主站服务器、报表服务器、数据库服务器和工作站等设备;中间层是通信系统层，包括传输网、工业以太网、载波接入网以及无线通信网;最下面一层是终端系统层，主要包括各配电房的 FTU。 配网自动化的整体体系结构如图1 所示。

　　在三种通信方式中，无线公网方式的网络结构最为简单，它主要租用网络运营商的无线网络， 将数据送回网络运营商的后台系统，然后该后台再通过专线和我局的配网自动化系统进行互联，实现业务接入，具体结构如图 2 所示：

　　　光纤工业以太网和调度数据网相结合，形成两层网络结构，每层均采用环网设计。 其中工业以太网作为接入层，调度数据网作为骨干层。 具体结构图如图 3 所示：

　　　载波接入网和传输 B 网相结合，形成双层网络结构。 其中载波接入网由于技术原因，采用主从的链状结构。 具体结构如图 4 所示。

　　5.结束语

　　广州供电局配网通信系统的建设规模大、点多面广，涉及了配网、自动化、继保、信息和通信等多个技术领域，需要多个专业、多个部门通力协作配合。在短期内，为达到配网的规模效应，尽早发挥作用，可以大规模地使用公网无线方式，但是，公网无线网络的安全性和可靠性不能得到保障， 所以在今后配网的一次规划和建设中， 应该同期考虑敷设光缆，逐步建设配网光纤网络，真正实现配网通信网络的高带宽、高可靠性和高安全性，以适应配网自动化的进一步发展。

　　【参考文献】

　　[1]IMT-Advanced业务需求分析， 人民邮电报，2007.

　　[2]李文伟，邱利斌.配网自动化及通信系统的规划建设，电力系统通信，2009，12(2)：5-7.

　　作者简介：莫芸(1981—)，女，广东湛江人，助理工程师，学士学位，从事电力系统通信技术管理和研究工作。