配电自动化系统

摘要

随着通信技术的日益发展，目前可选用的通信手段很多，本文简要的介绍了通信系统在配电自动化系统中的地位，组成以及它们各自的作用；还有一些现有的通信方式，以及它们各自的特点，以作为配电自动化系统通信系统的设计选择依据。 关键词

配电自动化 通信系统 通信方式 一、 通信系统的位置及其基本组成

配电自动化系统（DAS）是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统；其内容包括配电网数据采集与监视（SCADA系统）、配电地理信息系统（GIS）和需求侧管理(DSM）等几个部分。

而通信系统的建设是配电自动化系统的关键之一，起到了一个桥梁的作用。配电自动化系统借助于有效的通信手段，使得控制中心能够与众多的远方终端进行相互的通信，一方面保证控制中心的控制命令准确传送，另方面可以实时的反应远方设备的运行情况的数据信息。

如图1，是配电自动化系统的一个典型的数据通信网络。其中，常见的数据终端设备（DTE）有配电自动化SCADA系统、RTU、馈线RTU(FTU)、变台RTU（TTU）、区域工作站、抄表集中器和抄表终端等；常见的数据传输设备（DCE）有调制解调器（Modem）、复接分解器、数传电台、载波机和光端机等；而一般DCE和DTE

之间均采用RS-232C或RS-485标准接口。

二、配电自动化对通信系统的要求

1、通信的可靠性

由于配电自动化的通信系统是在户外安装的，所以通信系统会长期经受不利的自然气候天气的考验以及一些较强的电磁干扰等，因此需要定期的进行维护，以保证跨过故障区和停电区，继续保持可靠地通信。 2、通信系统的建设费用

由于配电自动化的通信系统的造价很可观，而且还要估算通信系统长期使用和维护的费用，因此通过恰当地选取合适的通信方式，可以在节省费用的同时，更好的建设通信系统。 3、通信速率的要求

通信系统的带宽即为通信速率，带宽越宽通信速率越高，带宽越窄通信速率越低。而在建设通信系统时，不仅要满足眼前的通信速率要求，还要考虑到今后发展的需要。一般情况，300bit/s或更低的通信速率就能满足配电自动化的大大部分功能要求。 4、双向通信的要求

配电自动化的大多数功能要求双向通信，控制中心要与远方终端进行双向通信。只有最简单的负荷控制仅仅需要单向通信，只有控制中心发送控制命令即可。 5、通信不受停电的影响

配电网的调度自动化功能和故障区段隔离，及恢复正常区域供电的功能要求，即使在停电的地区通信仍能正常进行。 6、通信系统的使用与维护方便性

配电自动化的通信系统构成规模往往较大，而且通常采用多种通信方式相结合，因此在设计上，要考虑尽可能地简化这一复杂的通信系统的使用与维护。 7、可扩充性

随着配电自动化的通信系统的逐渐扩大，通信系统要能够方便及时的扩充，以满足扩大的配电系统的实时通信。

三、通信方式

1、配电线载波通信

载波通信的信息通过调制解调器调制在高频波信号上，在已建成的通信线路上进行传输。载波频率一般为5~40kHz。其中对待传输信息的调制可以采用幅度调制（AM）、单边带调制（SSB）、频率调制（FM）或移频键控（FSK）。

配电线载波通信的设备有在主变电站安装的多路载波机，在线路各侧控对象处安放的配电线载波机和高频通道。其中高频通道主要由高频阻波器、耦合滤波器和结合滤波器组成。

这种通信在电力系统中应用效果很好，不仅简单而且很少间断。还具有如下特点：因为完全为电力公司所控制，因而便于管理；可以沟通电力公司所关心的任何测控点；不需要得到无线电管理委员会的许可等。但其数据传输速率较低，容易受到干扰、非线性失真和信道间交叉调制的影响，并且配电线载波通信系统采用的电容器和电感器的体积较大、价格也较高，此外安放于户外开关处的配电线载波设备的接地刀闸不便于处理等。 2、脉动控制技术

脉动控制技术的工作原理类似于配电线载波通信，也是将高频信号注入到电力传输线上，只是脉动控制技术对信息的调制方式是通过让脉动有或无来实现的。它使用的载波频率低于2kHz，因为这个频率更接近于工频50Hz，因为脉动控制技术在配电网上的传输效率更高。但同时因为使用的频率低，传输速率也相对变低了。

这种通信方式主要使用于单向通信的场合，如负荷控制。 3、工频控制技术

工频控制技术是一种双向通信方式，它同样利用电力传输线作为信号传输途径，并利用电压过零的时机进行信号调制。由变电站向外传送信号的工频控制技术简述如下：在50Hz工频电压过零点附近的很窄的区间内根据需要，通过调制电路，产生一个轻微的电压波形畸变，并还原出所代表的码元。

这种通信方式的优点：传送速度是通过在过零点同时传送多个通道脉冲，来实现很高的传输速度；传送可靠性受负荷阻抗变化的影响。与工频控制技术相比，设备更简单，投资更节省；与配电线载波系统相比，不存在由于驻波而带来的盲

点问题。但是它在通电时将中断通信。 4、电话线

利用电话线传输数据可分为租用电话专线和公用电话网拨号电话两种。传输

速率最高达到2400bit/s。

电话线已被电力公司广泛应用于SCADA和继电保护中，利用电话线通信可以达到较高的波特率，而且容易实现双向通信，很适合于配电自动化系统。但是电话专线的租用费用较高，并且电力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行，而且电话线还未能完全覆盖所有的区域，并且架线范围有限；其传输速率一般在2400bit/s内，传输差错率较高且拨号电话的接续时间长，有时还接不通。 5、光纤通信

光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维传输介质的先进的通信方法。原理如图2。

其中电端机完成对信息源的处理，如多路复用和复接分接等；光端机的发送端内含有光源，它完成将电信号转换成光信号，并输入光纤传输至远方；光端机的接收端内含有光检测器，它完成将来自光纤的光信号还原成电信号，并输入到电端机的接收端；中继器完成将经过长距离传输后被衰减和畸变了的光信号放大、整形和再生成一定强度后，继续送向远方；光缆可分为地线复合光缆、地线缠绕光缆和无金属自承式光缆。

光缆通信具有抗电磁干扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等优点；但光纤自身质地脆，抗拉强度低；连接比较困难，弯曲范围小。 6.、有线电视通信

这种通信方式，只能在具有有线电视网的区域，利用电缆构成的有限电视传输系统为配电自动化提供通信服务。在有限电视网上已考虑了匹配和放大等型号处理措施，而且有线电视系统的带宽很宽，配电自动化只需利用其很窄的一段即可。但是只能满足单向通信，并且有许多用户不适用这种通信系统，加之它与电话线一样需要付租金切电力公司无法控制有线电视电缆的维护等。

7、现场总线和RS-485

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信。适用于用来满足FTU和附近区域工作站间的通信，以及变电站内自动化智能模块之间的通信。具有以下特点：全数字化的双向数据传输；智能程度高，可以完成差错控制盒一些采集与控制算法，可以具有一定的保温处理能力；扩噗结构灵活，可以构成总线型、环形、星形等各种结构；开放式结构，便于设备互联。常用的现场总线有CANBUS、LON WORKS和PROFI BUS等。

RS-485是一种改进的串行接口标准，其接口环节简单而且不含CPU。采用双线传输信号，在发送时采用差分的方式将逻辑电平转换为单位差来传送，在接收时将电位差还原成逻辑电平。它最多可支持64~256个发送/接收器对，最远传输距离为2.5km（<9600bit/s），最高传输速率为2.4Mbit/s。 8、传统无线通信系统

无限通信系统是一种覆盖面广的通信方式，它不需要传输线，而且可以构成双向通信系统。能够和停电区域通信。 （1）调幅（AM）广播

把控制信号以幅度调制的形式调制到载波上，通过发射系统发送出去。是一种单项通信系统。适用于对大量的用户进行负荷控制，能够更好的使用于在地形复杂的区域的配电自动化的需要。 （2）调频广播

把控制信号以频率调制的形式调制到载波上，通过发射系统发送出去。也是一种单向通信系统。适用于和调幅广播相同的场合。 （3）无线寻呼网

无线寻呼系统是一种利用无线电信号单方向传输信息的通信方式。对于城区配电自动化系统中仅需要单向通信的部分功能，采用建设专用无线寻呼网的方式，可以使通信问题得以较满意解决。 （4）甚高频通信

无线电波频率在30~1000MHz的无限通信系统。而对于配电自动化，目前常用的是800MHz的信道。在建设甚高频通信系统之前，必须得到无线电管理委员会的许可。它的覆盖面积较小。

（5）特高频通信

无线电波频率在300~1000MHz的无线通信系统。同样对于配电自动化系统，800MHz比较适用，而其覆盖范围更加的小。 （6）微波通信

无线电频率在1GHz以上的无线通信系统，目前广泛应用于继电保护和输电网调度自动化系统中。一般为点对点的通信方式。 （7）卫星通信

卫星通信是利用位于同步轨道的通信卫星作为中继站来转发或反射无线电信号，在地面站间进行通信的系统。它不受地形和距离的限制，通信容量大，不受大气层骚动的影响，通信可靠。 9、无限扩频通信

扩频通讯的理论基础可由香浓信道容量公式CBlog（来描述的，21S/N）利用这个原理，用一种编码技术对将要传送的信息进行调制，实现频谱扩展后再传输，在接收端进行解调及相关处理，恢复成原始信息数据。具有较强的抗干扰能力。

10、混合通信系统

为了用比较经济的方式全面满足配电自动化的要求，通常需要根据配电网的具体情况，在不同层次上采用不同的通信方式，从而构成混合通信系统。它能够为每一条信道提供最合适的通信方式。 参考文献：

【1】、刘健，倪建立，邓永辉。配点自动化系统，中国水利水电出版社，1999. 【2】、鲁保新，张宁。配电自动化中的通信系统【J】。新疆电力，1998. 【3】、刘承成。配电自动化系统通信方式的研究，安徽电力，2009（3）：70~72