1 通信系统在配电自动化系统中的地位
配电自动化的馈线自动化系统（以下简称配电自动化）一般由主站（前台机、后台机和服务器等）、现场设备（开闭所FTU、断路器FTU、柱上开关FTU、通信控制器CCU、变压器监测仪TTU和变电站CCU等）和通信部分（主站通信主机、现场设备的通信从机、适配器和通信介质等）组成，各部分主要功能如下：
a．主站 负责整个系统的协调指挥，通过通信部分得到现场设备的数据和状态，与已有的数据进行比较分析判断，得出正确结论，并发出动作命令；通过通信部分通知现场设备完成希望的动作或对其进行参数预置。
b．现场设备 分别完成对各相关设备的实时监测以及数据和状态采集。通过通信部分得到主站的各种命令和数据，将各种设备的信息上传给主站。
c．通信部分 通过一定的通信介质与手段，遵循一定的通信规约，在主站和各现场设备之间及时快速传递信息，起着非常重要的桥梁和纽带作用。根据需要，整个通信系统可分成物理或逻辑上的几个层次，每个不同的层次或不同的按需分成的区域可能采用不同的通信手段。各不同的通信介质之间，通过一定的方式进行转换或耦合。
在配电自动化系统中，各现场设备（测控点）点多且分散，对网络设计而言没有多少规律性，距离无法主动控制。
而配电自动化的各种测控功能要通过及时可靠的通信来完成。因此通信设备的性能优劣，直接决定着整个配电自动化系统的好坏。若在一个现代化的集中控制式配电自动化系统中没有高质量的通信系统，则再好的自动化功能也无从谈起。因此，通信
在配电自动化系统中占有非常重要的地位。
2 配电自动化系统对通信系统的要求
a．能在户外全天候长期工作，适应各种天气情况。数字传输实时性好，传输速率要高。
b．电磁兼容性要好，有良好的抗电磁干扰性能，对周围环境要求不高，有遇强干扰后自恢复正常功能；具备抵抗雷击功能。
c．误码率低，无线方式小于10－6，光纤方式小于10－9～10－11。
d．工作电源范围宽，功耗低，无故障期和工作寿命长。
e．具备与各种设备的良好的匹配性（各种接口标准齐备，有一定的自适应性）。
f．安装维修更换调整方便，各种工作状态指示齐全准确。
g．具备一定智能；网络拓扑灵活，变更方便；能容纳各种不同的通信介质，易于构成大型网络；便于网络管理。
h．支持一定的网络通信协议，与各种设备的兼容性好。
i．性能价格比高，适合国情，技术上不落后。
3 通信方式
3．1 各种通信方式介绍与比较
3．1．1 无线传输方式
该方式借助空中电磁波传输信息，有模拟电台和数传电台2种传输方式。
3．1．1．1 模拟电台
由普通电台和用户外加调制解调器（Modem）组成，如日产的M338等，电力负荷控制中使用的大部分电台是此类电台。其特点是价格低、速度慢，常用数据传输速率≤1 200 bits／s，收发转换慢（典型值为数百ms），实际使用功率25 W，适用于对实时性要求不高的低速、非重要场合。
3．1．1．2 数传电台
数传电台是在模拟电台的基础上对内部电路进·22·行改进，加上了CPU（微处理器）、Modem及控制部分，组成一个模块，对外提供一标准25针串口和操作命令，收发转换快，有关键的中继功能，支持一定的网络规约，数据传输速率300～19 200 bits／s。与模拟电台方式相比，缩短了数据传输时间，提高了抗干扰性。主台使用功率25 W，子台实际使用功率3～5 W，低功耗使设备电源和备用电源配置非常方便。
配电自动化通信系统如果采用无线通信方式，应首选高速数传电台，详述原因如下：
a．收发转换快 这是数传电台优点之一，其典型的收发转换时间为3～5 ms，而一般模拟电台，收发转换时间为200～1 200 ms，数传电台高的数据传输速率，快速的收发转换，便于提高配电自动化系统的整体指标，缩短故障定位、处理、线路转带等关键功能的时间，这在组建大的配电自动化系统网络时，尤为明显。
b．可设置中继功能 数传电台可以设置1～8级的中继功能，该功能不仅使网络设计更为灵活，而且提高了通信系统的可靠性和网络的智能性。
c．实际使用功率小 整机电源功耗低，可靠性相应提高，停电后机内备用电源工作时间更长。
无线通信的优点为安装容易，网络调整方便；在设备两端的输电线路全部断开或停电后，依靠机内备用电源，仍能进行通信；成本低。
无线通信的缺点有：易受空中电磁波干扰；受现场天线高度的限制（一般天线安装在电杆以上几m处，或变电站开闭所的屋顶上）；使用无线通信需要申请频点，缴纳频点申请费及使用费等。
无线通信的整体性能主要取决于通信电台的功能指标和产品质量，其次是合理的网络设计及与之相适应的通信规约。
3．1．2 载波方式
利用调制解调器借助电力线路传输信息的方式叫载波方式（这里指10 kV和220／380 V的电力线路载波通信）。载波方式的优点为利用电力部门的电力线路，无需专门布线，可节省常规的布线费用。载波方式的缺点为通信速率低，通信距离近，线路阻抗会因线路上的负荷接入、断开发生变化而影响通信，可靠性差，目前难以满足配电自动化主通信网络的要求。在采用了纠错等技术后，可用于对实时性要求低的的其它方面（如小区抄表）。载波通信的性能主要取决于调制解调器的性能指标。
3．1．3 有线电缆方式
此方式是用双绞电缆或专用电缆依靠电信号传递信息的。可采用RS－485、Can、Lonworks等现场总线技术，其特点为价廉、施工维护量较光缆低、可靠性较光纤差、数据传输速率低，可用于对实时性要求不太高的场合。
RS－485是常用的廉价总线（接口）技术，有半双工的2线制和全双工的4线制。实际使用中，只需按网络设计要求铺设导线，连接各种设备，遵循一定的通信规约，即可进行通信。数据传输速率根据通信距离而定（在约1 km长的网络中可达1200bits／s，近距离内使用可以大幅度提高传输速率）。RS－485总线技术在配电自动化中的变台监测、变电站、开闭所内局域网络的数据采集，近距离通讯中应用较多。经使用证明，将RS－485总线技术用在配电自动化系统的变台监测中，性价比高，符合国情，可以使用；但是不适于配电自动化系统的主通信网络采用。
RS－485总线的缺点是网络长度受限制，不适于长距离、大网络；已经定型的网络变更受一定的约束，不合适的线路阻抗会使改变后的网络无法运行。 RS－485的整体性能主要取决于合理的网络设计、RS－485驱动芯片的指标及合适的通信协议。因通信线路沿电力线路户外架设，必须考虑抗风吹日晒，抗雷击。
Can和Lonworks总线是非常优秀的现场总线技术。目前在国内不如RS－485普及。其原因一方面可能是经济上的；另一方面，现在的大部分设备没有提供标准的该类接口，需要重新开发或加装接口卡。用Can和Lonworks总线可以组成高质量局域网，网络拓扑比RS－485方便得多，传输速率也高得多，但价格较RS－485高。
3．1．4 光纤方式
利用光波在光导纤维中的传播来传输有用信息。
3．1．4．1 光纤通信的特点与应用
光纤通信有其它方式所无法比拟的特点：
a．高速通信，适应性强，可与各种标准设备相配合。
b．可靠性高，输出输入之间采用光电隔离，抗干扰、雷击能力强，特别适合在电力系统中使用。
c．频带宽，传输距离远，误码率小于10－9，优于其它通信方式。
d．可选用自愈环方式，具有比单环方式更高的可靠性。
e．配置灵活，扩展方便。若增加新节点，可就近打开光纤环路，直接链接。
f．光端设备体积小，重量轻，功耗低（不大于5W），结构模块化。
g．光缆防护等级高，不受电磁信号影响，地上地下可与动力电缆同杆、沟架设。
光纤通信的缺点为设备成本和施工费用比高速数传电台高，网络调整不如无线方式方便。
光纤通信的整体性能在光纤和光器件指标没有突破性进展之前，主要取决于所用的光端设备及通信协议和光纤。
光纤通信作为一种理想的通信方式已经广泛应用于电信业各部门、电业局主站与部分变电站之间以及局内各单位之间，而应用于配电自动化系统的最大障碍是设备和安装成本较高。随着社会的进步和技术的发展，在供电部门大量使用光纤通信已成为可能。一方面配电自动化要求通信系统提供高速大容量高可靠的数据通信，光纤通信自然成为首选；另一方面，随着光缆在国内的大量生产，适于配电自动化使用的光端设备的研制成功及光纤、光端设备价格不断下降，供电部门已经能够承受。
3．1．4．2 光纤通信的组网方式
a．单环方式 单纤点对点或直接链接方式，如图1。图中D1为主机或通信控制器（或二级主站），D2～Dn为各现场设备，数据在环路中以单方向（或向图示相反方向）流动，若环路内某处（如A处）发生断线或某现场光端设备发生故障，则整个环路通信受阻。事实上，只要通信线路不断线，光端设备不发生故障，通信就不会受影响。
b．自愈环方式 在单纤环基础上再增加1根光纤，用双芯光缆组成环状结构，如图2。2根光纤中，1根（a纤）为主用光纤，另1根（b纤）为备用光纤，数据在2光纤环内以相反的方向流动，当某处发生断线或某个光端设备发生故障时，如A处，光端设备D4和D3分别处于收不到（光）信号状态，会自动启用备用纤形成新的环路，循各自通道返回主站（见图3），即所谓的自愈环功能。采用自愈环方式
成本增加不多，却提高了网络的可靠性。
随着技术的发展，将会有更多的光纤器件、光端设备及新技术被引入配电自动化通信中来，使网络设计更加方便合理，更适于电力系统应用。
3．1．5 卫星通信
利用超小口径（0．5～1．2 m）卫星终端系统（USAT Ultra－Small Aperture Terminal）进行双向卫星通信，工作在Ku或C频段，是一种由主站控制的卫星通信系统，与地面的无线通信相比其主要特点是可靠性好；速度高；网络布置具有更大的灵活性，适合不同的地形，特别适用于山区。在国内已有用于主控站、变电站、集控站和地调中心的例子。但是此方式设备成本高，每年要支付卫星租用费。
3．1．6 扩频
无线扩频通信在配电自动化中应用很少，有待试用和考验。
3．2 通信方式的选择
根据各地的实际情况，结合性能价格比衡量选用，注意以下几点：
a．所采用的技术是否成熟可行，是否有一定的先进性和超前性，因为现代社会和技术发展步伐加快，新技术层出不穷。
b．投资规模大小及系统预定要实现的功能数量。
c．测控点的数量，分布疏密情况，通信实际有效范围。
d．采用有线电缆或光缆时，架设（架空或地缆或沿建筑物铺设）是否方便；采用无线传输时，所申请的信道是否干净、干扰小（考虑不同季节、1 d内 不同时间的影响），本地区将来无线频率的使用情况。
e．地形、地况、空中及设备周围电磁干扰情况。
f．试验网络与将来的整个大网络间有良好的兼容性，使投资得到充分利用；配电自动化通信网络与原有通信设备和以后要投入的通信设备的共用或兼容情况。
可以将几种方式有机结合，取长补短，与系统总体设计综合考虑。
3．2．1 以无线方式为主
若城区面积小，各测点分布面积小，投资小，则可选择无线方式为主的通信方式；而对实时性要求不高，数据量较大的变台监测，可采用有线方式；对小区抄表，可采用低压载波。城区面积较大，测控点多时，无线通信距离过远或有建筑物阻挡时，根据需要可加建1个或几个中继台（二级站）。若地处山区，地势对通信影响较大，施工又比较困难时，带中继台无线通信方式，可能是比较好的选择。
3．2．2 以光纤方式为主
以光纤通信为主网络，在距离中心主站比较远或测点稀少的地方，辅以无线通信方式或有线局域网的方式，可能是现实比较理想的方式。主网络采用可靠性高的自愈环，分网络采用单环网的分层主辅结合方式，有利于提高系统的可靠性。采用不同
的通信方式，容纳不同的通信介质，是经济合理的，有利于普及。
4 投运工程实例分析
已经投运成功的有代表性的有自贡、北流、昆明、石家庄和唐山等配电自动化项目。前4个都采用无线方式。其中，自贡市地处山区，大面积有线铺设比较困难，市区面积相对较小，无线方式是比较适合的选择，主站设在自流井分局主楼，天线设在楼顶；考虑城区高低起伏较大，设立一个中继站，站址设在全市最高的土地坡变电站的微波天线铁塔上，可覆盖全市区，完成整个市区内不能直通主站的信号的转发。解决了高山及高建筑物对信号的阻挡；变台监测采用局域网RS－485有线电缆方式。自贡配电自动化项目的成功运行，证明此通信方式是比较合理有效的。
唐山配电自动化项目采用光纤通信与有线通信相结合的方式。第1层为主环路，采用高可靠性的光纤自愈环方式，所有重要的现场设备如柱上分段开关、柱上联络开关、线路出口断路器、开闭所、通信控制器等均设在该层，以满足系统的可靠性和实时性要求。第2层设变台监测仪、小区抄表等设备，此层为非重要（与开关状态和数据相比）的、可靠性实时性要求不高的数据，采用单纤非自愈环、有线电缆方式，有利于降低成本，而又不影响系统的整体性能。
5 结语
在配电自动化通信系统中，以光纤通信的自愈环方式为主，辅以有线、无线等其它方式，很可能是未来几年内配电自动化中通信组网技术的主流。新技术的开发成功，会提供更多的通信方式供选择，例如卫星通信，当使用超小口径地面接收设备成为可能、天上的卫星足够多、卫星租用费用能够被供电部门接受时，这种通信方式很可能是一种较好的通信方式。
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