配网自动化技术分析

    摘要：本文讨论了配电网自动化建设过程中所遇到的有关通讯方面的技术问题。并介绍了扬州配电自动化通信的设计。

    关键词：配电网  自动化  技术

    0 引言
    长期以来配电自动化的建设未得到应有的重视，目前也只是刚刚起步阶段，再加上我国配电网一个显着特点，就是中性点不接地，设备的自动化水平不高，使得我国配电自动化系统不能直接引用外国已经成熟的配电自动化技术。

    1 远方控制方式与当地控制方式的比较

    柱上馈线自动化设备分为重合器与分段器两种。
    远方控制方式即柱上负荷开关环网方式，它通过检测电流来判别故障，将故障信息传送到主站，由主站分析后，确定故障区域，控制开关动作完成故障隔离。这种方式的优点是开关动作次数少，能迅速恢复非故障区域快速供电，但对通信信道的要求比较高。

    当地控制方式即重合器环网方式，失电压跳开关，依时间延时顺序试分合开关，最后确定故障区域并隔离。故障隔离和自动恢复送电由FTU自身完成，不需要主站控制，对通信信道的要求不高，但对开关性能要求较高，而且多次重合对设备及系统冲击比较大。

    重合器环网方式对故障的处理不依赖于通信通道，但数倍于负荷开关的价位妨碍了该方案的大范围使用。相比之下，负荷开关环网方式在城网改造项目中具有价格上的优势，开关动作次数少，在保证通信质量的前提下，主站软件控制下的故障处理能够满足快速动作的要求。随着电子技术的发展，通信设备可靠性的提高，造价愈来愈低，将会广泛地采用监控系统配合遥控负荷开关、分段器实现故障区段的定位、隔离及恢复供电，这样能够克服当地控制方式带来的缺点。因此，我们认为未来的发展将会是以价格制胜的负荷开关环网方式占有较大市场。

    2 主站、子站方式的比较

    配电自动化系统实时性要求高，传输信息量较大，通信网络结构复杂，采用无子站方式，所有功能由主站负责，大量的信息需要主站处理、分析判断，主站的负担很重，对整个系统的实时性有较大影响，配电网自动化系统的作用就不能充分发挥出来，在这种情况下，需要子站分担一部分主站的功能，减轻主站的工作量，而主站对各子站不能单独处理的工作进行总协调。

    子站主要负责的功能有:

①可以自主检测、隔离故障和恢复正常区域的供电。这比通过主站来处理要快捷，而且这种分布式的处理模式比集中到主站处理的模式大大提高了可靠性；

②子站还承担对本变电站与馈线上各类终端的通信管理，从而减轻了主站通信管理和信道的负担。由于在变电站设置了子站，它和变电站的调度终端RTU可以合并或联网，变电站到主站的信道也可合二为一，这样配电自动化系统就与调度自动化系统集成在一起了。

    3 自愈网方式的比较

    主干通信线路集结了大量分散站点的信息，因而非常重要。主干通信线路一旦出现故障，将会导致一大片区域的配电自动化设备失去监视和控制，因此提高主干通信线路的可靠性非常重要。自愈网的作用就是提高网络的生存性，即在无人工参与的情况下，网络能及时地发现错误，并能在极短的时间内自动恢复承载的业务，对用户而言根本感觉不到网络的故障。自愈网的方式有许多种，主要有路由保护的自愈网、环形保护的自愈网和利用DXC(数字交叉连接)保护的自愈网。

    路由保护自愈网即采用主备份路由，备用通道是和工作通道是不同路由的远动通道，正常情况下，通信终端是和主通道相连，双通道切换装置由一个处理器管理。当通信终端有数据要发送时，处理器将数据同时经A、B两个串口发出。接收数据时，处理器同时接收2个串口的数据，并进行实时地探测误码率，如果发现主通道误码率高，而备通道误码率低，就将主通道切换成备用通道，当主通道误码率恢复正常时再切换回头。这种自愈方式最简单，但铺设成本高，而且这种方法只能对传输链路进行保护，而无法对网络节点的失效进行保护，所以只能适用于两点间有稳定的较大业务量的点到点保护。
    环形保护的自愈网是指光纤在网络上形成一个环，各终端设备挂在环上。

    4 传统光纤环网和光纤以太网比较

    传统光纤环网FTU数据是由RS232或RS485口出去的，光纤以太网FTU具有10M/100M网口，数据由网口出去的。光纤以太网、光纤环网，这两种光纤通信方式的造价相近。光纤环网更成熟一些，但光纤以太网是发展方向，光纤以太网目前技术实现及相关设备都已得到实践的检验，正在推广应用。

    光纤以太网高速灵活，技术资源丰富，有些问题是光纤环网难于解决而只能用光纤以太网，例如当子站管理的FTU范围发生变化时，有些FTU本属于A子站管理，由A 子站负责与之通讯，运行方式发生变化后，变为B子站管理，由B子站负责与之通讯，这种情况，光纤环网是处理不了的； 再比如馈线保护功能，要求FTU之间，与子站之间，快速的交换信息（在1000M/S之内），也只有光纤以太网才能达到这种要求。

    但是光纤以太网这种灵活性也带来了网络数据的安全性问题。因为各个终端FTU都是以IP地址访问的，并且是与供电局内整个局域网相连。

   5 配电网自动化通信的设计
    配电自动化系统通信的设计本着可靠性、先进性与经济性相结合的原则，网络结构主要分为主站、子站、终端设备3层。

    5.1 主站与子站之间 在主站与子站之间，由于信息量大，要求高速可靠的通信通道，但节点又不多， 而大多数供电局在供电局与变电所之间已经建立了单模光纤通讯网络，配网自动化系统主站与子站之间的通讯可以借用这个通道，可以节省再次铺设通讯线路的投资。具体做法是: 利用2芯的备用光纤，两端分别加光纤收发器，一根芯收数据，一根芯发数据。再将光纤收发器连接至交换式HUB上即可。

    5.2 子站与终端之间 该层的通讯特点为数据量小、可靠性高、通讯距离远。光纤通讯网络相对于有线及无线而言，投资要高一些，但光纤通讯可靠性高，技术成熟，而且目前光缆及光纤收发器的价格也能接受。光纤网络采用双环自愈环网。 子站与FTU之间形成的通信网络，各个通信节点的距离较短，很少超过3公里，多模光缆传输距离在5公里以内，完全能够满足要求。具体做法是: 利用光缆的4芯构成内外2个环，方向相反，在子站放置一个光纤收发器，子站也是环网上的一个节点。子站光纤收发器与串口通信服务器相连，再将通信服务器连接至交换机HUB上。

    5.3 TTU和集抄的数据 TTU和集抄的数据实时性要求不高，可以利用屏蔽双绞线将TTU和集抄连接至附近的FTU。利用屏蔽双绞线连接TTU和集抄可以大大节省投资。因为配电变压器的数量多，位置经常变化，光MODEM的造价相对较贵，如果在每台TTU和集抄中配置一个光纤通信的端口，系统的投资过大。其次，每次变动都必须对光纤重新熔接，十分不便。从以往的工程经验来看，在同一个光纤环路上安装的光MODEM的数目一般应在25个以下。

    对于TTU与集抄的数据的处理，有二种方式:
    第一种: 通过FTU转发，FTU负责附近TTU和集抄的转发，范围为2公里。FTU不进行数据解包工作，仅作为数据传输的通道。这种方式避免TTU和集抄作为一个单独的系统，不需要建立另外的一套通讯网络，可以节约投资。另外，将TTU和集抄加入配电自动化系统，可以为配电自动化某些功能，如负荷预测等提供计算依据。但是TTU和集抄通过FTU转发，由于通信方式为Polling方式，当TTU和集抄数量多时，后台轮询一周的时间就较长，从而影响了系统收发数据的实时性。

    第二种方式，即将配变仪和集抄的数据通过高压载波送到子站，但配电自动化系统的网络重构及线路故障时会对高压载波通讯造成影响，目前还没有很好的解决方法，因此，最好不采用此种方式。集抄部分集中器与终端之间可以采用低压载波，有条件的可以采用有线方式。

    6 结语

    配电自动化系统涉及到电力系统、计算机、通讯、电子技术、地理信息等多个领域。配电网设备比较分散、地理情况变化多端、覆盖面广、用户众多，且易受用户增容以及城市建设等外界因素的影响。从目前的技术水平来看，尚没有一种通信技术可以很好的满足配电自动化系统各层次的需要，往往采用混合的通信方案。

在今后的城网建设中，应该考虑将实时网(如调度自动化网)和信息网隔离开来，以防止黑客侵入造成巨大的损失。