（电力系统及其自动化专业论文）配电自动化及其通道模式研究.pdf

郑州大学工程硕士论文 a b s t r a c t ab r i e fi n u u e d u c t i o ni sc a r r i e do nt h ed i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ( d a s ) ， i n c l u d i n gt h e b a s i cc o n c e p t , c u r r e n td e v e l o p m e n t , s y s t e mf u n c t i o n s ，s y s t e m c o n f i g u r a t i o n , b e n e f i ta n a l y s i s ，a n dt h er e q u i r e m e n ta n a l y s i so fd a sf o rt h e c o m m u n i c a t i o na y s t c m s 。 t h cc o n c e p t sa n dc h a r a c t e r i s t i co fs e v e r a lc o m m u n i c a t i o nm o d e sa r ei n t r d u c e d f o rt h ec a b l et r a n s m i s s i o nc o m m u n i c a t i o n a n dt h ew i r e l e s st x a n s m i s s i o n c o m m u n i c a t i o nm o d e s t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fd i f f e r e n tk i n do f c o m m u n i c a t i o nm o d e so f d a sa tp r e s e n t & r es u m m a r i z e db a s e do ns u c hf o u n d a t i o n i tp r e s e n t st h es e l e c t i o nm e t h o d so f t h ed a si nd e t a i l o t h e ra p p l i c a t i o no ft h ed a si si n t r o d u c e di nt h i st h e s i s ，s u c ha st h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，l a y e r dp r o c e s s i o n , c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n t , r e l a y t r a n s m i s s i o n , c h a u n e lr e s e r v e i nt h i st h e s i s ，t h ep r e s e n tc h a m o e r i s t i c s , a p p l i c a t i o na n dr e a l i z a t i o no ft h e o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n i nt h ed a sa r cd i s c u s s e d b a s e do nt h ei n t r o d u c t i o no f t h eg p r st e c h n o l o g y , i ti sp r o p o s e dt h a tt h eg p r s c o m m u n i c a t i o nm o d ei ss u i t a b l ef o rt h ed a sa p p l i c a t i o n 嘶t l ll o n gd i s t a n c e 。 d i s t r i b u t e ds 扪k t u 坞f r e q u e n td a t at r a n s m i s s i o na n dl e s sq u a n t i t yo fd a t a t h e c o m m u n i c a t i o ns c h e m eb a s e do ng p i t si sf e a s i b l ea n dn e c e s s a r y t h es c h e m ea n d c o n n e c t i o nm o d ea r ed e t e r m i n e df o ra p r a c t i c a lc i t yd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e m i nv i e wo fa b o v ea n a l y s i sa n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h ed a si nx i a y ip o w e r s u p p l yb u r n , t h eo v e r a l lp l a no fd a si sg i v e ni nd e t a i l s f r o ms e v e r a la s p e c t s ， i n c l d i n gt h ef u n c t i o np l a n , c o m m u n i c a t i o nl a y e r , n e t w o r kt o p o l o g y , c o m m u n i c a t i o n m e d i u ma n dt h ei m p l e m e n t a t i o ns t e p t h ec o n s t r u c t i o nd i r e c t i o na n dg o a lo ft h e d a si nx i a y ip o w e rs u p p l yb u r e a ua r ee l a b o r a t e d 。w h i c hp r o v i d e sag r a n db l u e p r i n t f o rt h ed e v e l o p m e n to f x i a y ip o w e rs u p p l yb u r e a ud a s f i n a l l y , t h ec u r r e n td e v e l o p m e n tt r e n d e n c yo ft h ed a si s d i s c u s s e d i ti s a c h i v e df r o mt h em o d ea n a l y s i st h a t ，t h em o s ts u p e r i o rc o m b i n a t i o no fa d v a n c e d p r a c t i c a l c o m m u n i c a t i o nm o d e ss h o u l db es e l e c t c df r o mt h ec o m p r e h e n s i v e e c o n o m i c a la n dt e c l m i c a li n d i c e s a b s c a c t k e y w o r d s ：d i s t r i b u d o n a u t o m a t i o ns y s t e m ( d a s ) ，f i b e rc o m m u n i c a t i o n ，g p r s c o m m u n i c a t i o n 1 1 1 1 1 配电自动化发展状况 l 绪论 近年来，我国电力建设发展速度很快。两网改造在大部分地区已经完成，备 行各业以及居民生活对供电可靠性、供电质量、服务质量等要求的不断提高，电 力客户不仅要求有电用，而且要求用高质量的电，享受到更好的服务，提高电力 部门电压合格率、供电可靠性，建立区域乃至全国统一的电力大市场已成为所有 电力部门的共识。 国电公司对供电可靠性做出了明文规定：一般城市地区为9 9 9 6 ，使每户平 均停电时间不大于3 5 h ：重要城市中心区应达9 9 9 9 ，每户平均停电时间不大于 5 3 m i n 。而要实现这一目标，传统的城市配网结构及保护、运行和管理方式已经 不适应电力市场发展的需求，迫切需要新的配电模式来解决这个矛盾。 同时电力法的深入贯彻和社会法制意识的增强，电力企业市场化营运体 制的推进以及供电企业自身经济效益和现代化管理的需要，特别是城市电网建设 改造资金渠道的逐步解决，配电系统自动化已被提到各供电企业的议事日程。 配电是电力系统发电、输电和配电( 有时也称供电和用电) 三大系统之一。电 力公司通过配电实现产品销售向广大电力用户提供电能。在电力市场化这场 变革中使电力公司面临新的挑战，不得不采取新的策略，新的技术和管理措施， 转变经营理念，增强市场竞争实力，配电自动化技术便应运而生。 目阿电力系统配网自动化技术发展日新月异，但由于投资造价高、线路参数 复杂等多种原因，只是在个别经济发达、电力线路规划设计先进的大中型城市有 所试点。同时，出于馈线开关及配电变压器分布点多、位置杂乱，该项技术即使 在这些城市也并未完全进行推广，其他一些城市基本上都处在初步规划设计阶段。 配电网综合改造是实现配电自动化的基本前期，没有好的电网结构、好的设 备是不可能实现配电自动化的。由于早期的配电网已经基本形成，只能在原有配 电网的基础上进行改造，要力争达到高自动化的目的，只有统筹规划。从装备上 符合现代城市的发展要求，因此，城市配电网电力装备的基本要求是技术上先进、 运行安全可靠，操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护要求。 当前我国配电网处于高速发展的时期，国家从政策上给予很大支持，具有相 应的资会条件，但我国配电网仍处于方案的探索时期，特别是我国配电网的规模 i 邦州大学工程硕士论文 及覆盖面，市场之大是任何一个经济发达或发展中国家无法比拟的，而我国配电 网的发展也是随经济发展同步进行，为了探索我国配电网自动化方案，先后对国外 配电网的模式进行考察并在国内进行实际试点但应该注意我国是一个大国，我国 的配电网与国外配电网有多方面的区别，不可能完全照搬和应用，在吸收国外先 进技术和设备的基础上，开展中国配电网改造和自动化的研究是值得注意的问题。 配电网自动化程度的重要标志是通讯是否符合自动化的要求，它担负着设备 及用户与自动化的联络，起着纽带作用担负着信息的处理、命令的发送和返回。 所有数据的传递，没有可靠有效的通讯，配电网无法与自动化相联系。建立一个 时效性强，可靠性高、投资省的通信信道网络困难非常大，并已成为配网自动化 及配电、大、中用户负荷控制系统进行大面积推广的最主要障碍。配电自动化要 借助可靠的通信手段，将各远方监控单元( r t u 、f i u 、d t u 、1 v r u ) 所采集的数据 上传至控制中心，同时将控制命令下发到各远方单元或执行机构。因此，通信系 统是实施配电自动化的关键环节，它在很大程度上决定了系统性能的优劣和功能 的发挥，我国从上世纪9 0 年代初即开始实施配电自动化工作，但这么多年没有得 到迅速普及，通信系统的限制是一个极为重要的因素 配电网自动化的发展是电力发展到一定阶段的必然产物，随着电力市场及用 电水平的提高，配电网面临着一场新的改革和发展，配网自动化将进一步得到完 善。但是配电网自动化在中国仍然是一种因发展而新出的事物，必须采取科学的 态度，实事求是的原则，加强我国配电自动化的研究，因地制宜地进行配电网的改 造。 ( 1 ) 分析地区配电网的实际应用情况，找出本地区配电网存在的技术问题，本 着实事求的态度，立足电网实际情况。 ( 2 ) 配电自动化是一项综合性工程，涉及专业多、规划性强的系统，应根据电 网、城市配网的规化进行，避免盲目。 ( 3 ) 配电自动化方案是自动化的核心，在引进国外技术的同时结合国内配电网 的实际情况进行分析，国外配电网与国内在很大程度上不尽相同，应有所区别， 吸取精华，适合国情，地情、网情 ( 4 ) 配电设备的使用面广、量大、运行环境较为严酷，设备选择应符合当前配 电网形势要求，具有高度可靠性和优越的技术性能。 ( 5 ) 远方通讯是自动化的关键技术，r t u 要符合配电网使用，通讯方式应选择合 理，符合远方实时监控的功能。 ( 6 ) 计算机应用软件的开发，首先选择具有开放、兼容的操作平台，对各种标 准的数据库应具有联接功能，地理信息应实时地反应配电系统的潮流及负荷情况， 对事故记录及信息反馈，可实现负荷控制、远方抄表、设备数据库统计及规划、 绪论 无功优化的理论计算等。 ( 7 ) 配电网的工程设旖应有计划地分期、分批实施。在确定配电网的基本条 件基础上，如导线截面、输送容量、线路走向及用户的基本条件等。首先采用具 有自动化功能的一次开关设备和二次保护监控设备完成自动送电、故障自动分闸 和隔离故障功能，能做到隔离和区分故障点。在条件具备时，再投入通讯和计算 机网络，避免走弯路，资金投入可以分批实施 配电网是当前电网建设的热点，无论是大型、中小型城市都是把电网改造建设 及自动化的实施列入工作重点，投入大量的资金和人力，将对整个电网建设有重 大影响。 一 相信配电自动化的实施在各方面的共同努力下，不断完善并上升为标准化、规 范化管理，一定会取得较好的成效，得到更大的社会效益和经济效益。 1 2 本文的主要工作 通过这两年参加“电力系统工程自动化专业”在职研究生培训学习，我在配 电自动化技术理论知识水平上有了很大的提高，同时，这两年也是通信技术迅猛 发展的两年。本人在总结前人研究分析的基础上，广泛阅读、融会贯通，通过本 文对电力系统配电自动化系统概念原理作了简要的介绍，对常用通信通道模式进 行了研究分析，详细分析了几种常用通信技术及最新通信技术各自的优缺点，并 辅以一定方案进行讲解。 根据具体分析得出结论：只有依据具体情况进行通道技术合理选择并和计算 机技术以及电力数据检测技术有机结合在一起，才能建立实用、可靠、优质的配 电运行网络，真正实现配网自动化。 郑州大学工程硕士论文 2 1 配电自动化简介 2 配电自动化 2 1 1 配电自动化系统o d a s d i s m b 嘶a i n o m a l i s y s t e l n ) 的概念 配电自动化系统指：是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电在 线数据和离线数据、配电和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成 完整的自动化系统，其中运行及控制部分功能的自动化由配电自动化系统( d a s ) 实 现，又可具体分为s c a d a 系统、电压无功控制、保护的协调管理及控制、馈线控 制、故障处理( 故障检测、定位、隔离后故障区供电) 、自动抄表和负荷管理等。 配网自动化技术将配电在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供 电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责 的关系，以合理的价格满足用户要求的多样性，力求供电经济性最好，企业管理 更为有效。 2 1 2 配电自动化系统功能 配电自动化系统在具体应用中，不同用户的要求不同，不同生产厂家的配电 自动化系统功能也有所差异，但从实用化配电自动化经济效益要求出发，配电自 动化系统一般应具备以下功能：( 1 ) 完善的配电s c a d a 功能。( 2 ) 完善灵活的报表 系统。( 3 ) 一体化的配电实时地理信息系统。( 4 ) 灵活可靠的故障处理功能( 5 ) 负 荷监视和转移决策功能。( 6 ) 不依赖主站的馈线自动化( f a ) 。( 7 ) 在线仿真功能。 ( 8 ) 在线维护功能。( 9 ) 方便的运行管理功能。( 1 0 ) 高效的设备管理功能。( 1 1 ) 网 络拓朴、负荷预测等实用分析功能。( 1 2 ) 与其他系统的有效接口实现资源共享嵋 配电自动化系统能够实现对柱上开关、环网柜、配电变压器等中压配电线路 上的设备进行监控。对这些设备的监控可以是远方、自动或手动方式，从而达到 自动隔离故障线段，快速准确恢复供电、减少停电对间的目的 对于配电自动化系统，最重要的也是最实用的功能要求是维持配电系统稳定 运行、保证电力供应的连续性，一旦发生电力供应中断事故，最重要的事情则是 尽快隔离故障恢复供电。 配电自动化 2 1 3 配电自动化系统结构 配电自动化是一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含电力企业中 与配电系统有关的全部功能数据流和控制。从保证对用户的供电质量，提高服务 水平，减少运行费用的观点来看，配电自动化是一个统一的整体 配电自动化包含以下4 个方面： 馈线自动化。馈线自动化完成馈电线路的监测、控制、故障诊断、故障隔离 和网络重构。其主要功能有：运行状态监测、远方控制和就地自主控制、故障区 隔离、负荷转移及恢复供电、无功补偿和调压等 变电站自动化变电站自动化指应用自动控制技术和信息处理与传输技术， 通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工对变电站进行监控、测量和运行操作 的一种自动化系统。变电站自动化以信号数字化和计算机通信技术为标志，进入 传统的变电站二次设备领域，使变电站运行和监控发生了巨大的变化，取得显著 的效益。 变电站自动化的基本功能有：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、 开关操作控制和闭锁、与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合、与变电站 其他自动化装置交换信息和与调度控制中心或集控中心通信等项功能 变电站自动化技术是配电自动化的重点之一 配电管理系统。配电管理系统( d m s ) 是指用现代计算机、信息处理及通信等技 术和相关设备对配电的运行进行监视、管理和控制。它是配电自动化系统的神经 中枢，整个配电自动化系统的监视、控制和管理中心主要功能有：数据采集和 监控( s c a d a ) 、配电运行管理、用户管理和控制、自动绘图设备管理地理信息系 统( a m f m g i s ) 等。 需求侧管理。通过一系列经济政策和技术措施，由供需双方共同参与的供用 电管理。包含负荷管理、用电管理及需方发电管理等。需求侧管理的几个内容涉 及电力供需双方，甚至与电力管理体制有关，必须通过立法和制订相应的规则， 并最终由电力市场来调节可以看到，电力的供需双方不仅仅是一种电力买卖关 系，也是以双方利益为纽带的合作伙伴关系，在电力市场环境下，需求侧管理必 将被重视。 上述4 个方面的内容可以相互独立运行，它们之间的联系十分密切，特另i j 是 信息的采集、传递、存储、利用以及这些信息经过处理作出的决策和控制相互影 响，因而，信息的管理十分重要本文主要针对配电管理系统方面的自动化通信 技术模式进行研究与探讨。 郑州大学工程硕士论文 2 2 实用化配电自动化的效益分析 借助于配电自动化系统在配电络的应用，用户要能够从其每天的运行中获得 长期的效益，如果还没有在配电络中实施配电自动化，则供电企业可能失去提高 生产力、提高竞争力的机会，只有能够实现这些实用化功能要求的配电自动化系 统产品才能真正被用户所接受 ( 1 ) 大大缩短停电时间 借助于配电自动化系统的故障自动检测、隔离功能，当配电发生故障时，可 以快速准确判断故障，隔离故障区域，恢复非故障区域供电，大大缩短停电时间。 直接为客户带来显著的经济效益，提高电力用户的满意度。 ( 2 ) 需求侧管理可以大大提高配电设备的使用效率 配电自动化系统对配电络内的配电区间要有很强大的管理功能，区间是配电 络的一个小区域，是由分段开关进行分隔，并能被配电自动化系统管理和控制， 这有利于优化运行方式，提高配电设备的利用率，而不仅仅只是被一个馈线单元、 重合器或分段器所控制。 ( 3 ) 动态负荷平衡 由于随着季节、天气等条件的变化，用户负荷每天也随时在变化，因此配电 线路有可能随时发生过负荷。当发生过负荷时，配电自动化系统通过切换不同区 域的负荷来改变馈线电流，从而帮助调度员处理配电线过负荷问题。 借助于动态负荷平衡，可以减少配电络所必需的备用容量，从而减少或延缓 设备投资“1 。因此配电自动化系统能够大大提高配电负荷的运行水平，同时大大减 少设备投资。 ( 4 ) 用户负荷供电优化控制 除了处理过负荷，配电自动化系统也能很好地处理其它非常严重的供电事故， 如热浪、台风、暴雨等反常的天气条件产生供电紧张问题由于配电自动化系统 具备管理控制配电线区段的强大功能，因此调度员可以防止其负责的供电区域长 时间中断供电，相反他们也可以自行决定怎样防止供电中断或怎样减少限电区域。 开关顺序操作程序编制功能可以帮助调度员在不了解系统运行状况的情况下 预先生成开关操作步骤，同时系统调度员借此功能实现以区间为单位优化供电 区域，从而保证医院、政府部门、公共设施，工业用户、军队及其它有较高优先 级的用户具有优先供电权。 配电自动化 2 3 配电自动化对通信系统的要求 通信系统功能不仅是配电自动化成败的关键，也是供电企业信息交换系统的 组成部分；不仅要考虑配电自动化信息传输的需求，还要考虑整个企业信息化的 发展需求甚至向社会提供服务的可能，因而需要长远规划、分步建设。 配电系统拥有众多的配变、用户变、箱变、开闭所、配电变压器、柱上开关 等电气设备，地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣，要对这些设 备进行实时监控就需要安装大量的r t u 、f t u 、d t u 、t t u 等终端设备，规模较大的 配电还要配置子站，其总体规模要比调度自动化系统大得多因此，配电自动化 系统的通信网络必须满足下述要求： ( 1 ) 高可靠性：配电通信设备大多安装在室外，自然环境恶劣，高温、低温、 日晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然侵袭以及射频、工颓等强电磁干扰时时发 生因此要求配电通信系统要能够长期稳定可靠地工作，并在线路停电时仍能正 常工作。 ( 2 ) 良好的经济性：限于配电一次设备的状况，通信系统的投资不能过大，并 要能充分利用已有的各种通信资源 ( 3 ) 技术性能优越，寻址量大：速率、容量等不仅要满足目前需要，还要考虑 综合数据通信和未来升级扩容的需要，不仅考虑配电系统的需要，还要综合考虑 数据网络、语音电话、图形图像等多媒体业务的需要。 ( 4 ) 双向通信：配网自动化要实现遥测、遥信、遥控功能，就必须要求具有 双向通信能力。 ( 5 ) 低运行维护成本：要易于建设、易于使用、易于维护。 ( 6 ) 结构灵活、扩展方便：配电络在不断发展，通信系统要能方便地覆盖到新 的配电络区域以及兼容新的通信手段”1 。 2 4 小结 本部分从介绍配电自动化基本概念开始，说明了配电自动化主要功能、结构， 第- - , j , 节从实用化角度出发论述了配电自动化在具体应用中的效益分析，最后重 点讲述了配电自动化对通信系统的要求，这也是本篇论文主要研究的方向。 通过以上介绍，我认识到配电自动化在电力应用领域的必要性，要保证电力 安全，可靠、优质、稳定运行，必须加大电力线路等设备运行状况的实时监测与 控制，这就必须建设配电自动化工程，同时配电自动化工程又不是一朝一夕就能 建立起来的，它是一个系统的工程，不仅与现存电网现状有很大关系，例如电网 郑州大学工程硕士论文 是否手拉手供电，分支开关是否运行良好、是否具有重合装置等等，同时与保证 网络通信的通道模式有者很重娶的关系。因此在接下来的章节中有必要从具体的 配电自动化通道模式出发进行分别介绍 配电自动化通道模式研究 3 配电自动化通道模式研究 3 1 配电自动化系统采用的几种通信模式 通信系统是建设配电自动化系统的关键技术，通信系统的好坏从很大程度上 决定了自动化系统的优劣，配电自动化要借助可靠的通信手段，将控制中心的控 制命令下发到各执行机构或远方终端，+ 同时将各远方监控单元( f t u 刑) 所采集的 各种信息上传至控制中心。 随着通信手段的不断出新，目前可供使用、选择的通信方式有多种多样。按 照传统的分类方法，可简单地分为有线方式和无线方式。 其中有线方式包括：架空明线或电缆、配电线载波、电信本地网、租用电话 线、光纤、有线电视网( c a t v ) 、现场总线和r s - 4 8 5 、专线等。 无线方式包括：一点多址微波、传统无线电通信( a m 、刚、p m 等) 、无线扩 频、卫星通信、无线寻呼、数控电台等，还有最近出现的g p r s 以下分别对有线通信模式和无线通信模式的几种通信方式分别进行介绍如 下。 3 2 有线传输通信模式 3 2 i 架空明线或电缆 直通电缆在远动主站和分站之间架设通信电缆，通信质量比较可靠，但是每 一条通信电缆只有一条通信信道，同时当传输距离较远时，衰耗比较严重叫。因此 目前此方案采用的已经较少其优点是建设简单，但线路衰耗大、频带窄、噪声 大、易受干扰、占地多、投资大 3 2 2 配电载波 电力线载波( p o w e rl i n ec a r r i e r p l c ) 通信是利用高压电力线( 在电力 载波领域通常指3 5 k v 及以上电压等级，中压电力线指l o k v 电压等级或低压配电 线3 8 0 2 2 0 v 用户线) 作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式 郑州大学工程硕士论文 ”1 近年来高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制已经进入了数字化 时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中低压电力载波通信 的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面，电力线载波通信这座被国外传媒喻 为未被挖掘的金山正逐渐成为门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门性专 业 电力载波是我国电力通信发展初期的主要通信手段，其特点是高压线路所到 之处，均能实现载波通讯。目前典型的配电载波机传输速率可达到1 5 0 - 3 0 0 b s ， 基本能满足配电自动化系统对通信的要求配电载波有两种变形即脉动控制技术 和工频控制技术，都是利用电力线路作为信号的传输途径，并都有应用实例。此 外，扩频载波机也开始应用，它根据山农信息理论，用加大带宽来换取传输的可 靠性，将话音带宽扩展到整个输电线路频谱，提高了传输速率 配电载波通信有如下优点：( 1 ) 技术简单，建设容易配电载波可以连接电 力公司管理的任何测控点，沿着电力线路传输到配电的各个环节，不必考虑另架 专用线路( 2 ) 安全性好，所有资源都受电力部门控制( 3 ) 便于管理，不必 经过无线电管理委员会的许可。但停电区数据如何用配电载波上传仍然是一个有 待解决的技术难题，还有由于反射效应在馈线的某些部分存在盲点、数据传输速 率较低、容易受到干扰以及非线形失真和信道问交叉调制的影响、采用的电容器 和电感器体积较大价格较高等缺点。 但是模拟载波的波特率上限为6 0 0 b d ，并且模拟载波和数字载波均有一个缺 陷，载波机的数目随着端点之间线路数目增加而增加。远动主站和分站之间有 条线路，就需要2 台载波机构成通信信道。随着中间环节的增加，加大了故障几 率，降低了可靠性。目前仍有大部分地区保留有载波方式，但其在电力通信中的 重要位置已呈下降趋势。 3 2 3 光纤通信： 光纤通信是以光导纤维作为传输介质、以光波作为信息载体的先进的通信手 段光纤通信具有传输频带宽、通信容量大、传输损耗小、光电隔离不受电磁干 扰、抗腐蚀、可靠性高、保密性好、运行维护成本低、组网方便灵活、敷设简便 等优点采用无源光分路器，可以组建复杂的环型、星型、树型、链型等光纤网 络，可以根据网络节点灵活联网或改变网络拓扑结构。在配电自动化中，可以利 用已建成的变电站到主控中心的光纤电话网络进行数据传输，此时。光纤通过 k l o d e _ i 将数字脉冲转换成话音频带占用一路或几路话音通道进行传输。也可以架设 配电自动化通道模式研究 专门的光纤网络进行数据传输，如可以用光纤以太网或光纤自愈环网来进行数据 通信嘲 目前光纤通信技术已经成熟，随着光缆技术的提高和生产成本的不断下降， 光缆的性价比将继续提高，因此在配电自动化系统中，光纤将被作为通信主干线 广泛应用下面章节将对光纤应用作以具体介绍 3 3 无线传输通信模式 微波、特高频、扩频为无线传输方式，随着现代技术的发展，其运行可靠程 度已经达到较高水平综合考虑安装成本、信道数量、可靠率、通信质量、维护 等诸多因素，已经成为目前主流的通信方式在电力通信中已逐步取代载波占据 主要地位 3 3 1 一点多址数字微波 所谓微波是指频率大过于1 6 h z 的电波。如果应用较小的发射功率( 约一瓦) 配合定向高增益微波天线，再于每隔1 0 5 0 英哩( 约为1 6 8 0 删) 的距离设置一 个中继站就可以架构起微波通信系统数字微波设备所接收与传送的是数字信号， 数字微波采用正交调幅( q 枷) 或移相键送( p s k ) 等调幅方式，传送语音、数据 或是影像等数字信号。与类此微波比较起来，数字微波具有较佳的通信品质，而 且在长距离的传送过程中比较不会有杂音累积 微波传播的类型可分为两种，一是自由空间传播( f r e es p a c et r a n s m i s s i o n ) ， 也就是在收发二地之间没有任何阻隔，也没有任何其它的影响( 包括反射、折射、 绕射、散射或吸收) 下传播，不过这种环境在现实生活中很少会出现；另一种则 是视线传播当然如果是在完美的状况下，视线传播与自由空间传播并无显著的 差别，不过因为视线传播有将大气层折射与地面物反射等影响因素列入考量，所 以在现实的环境中使用时就会与自由空间传播产生极大的差异”。 微波在电力通信中发挥着重要的作用。对调度自动化和变电站综合自动化的 数据传输有重要意义微波频率为1 g 以上，属视距传输，它传输容量大。稳定性 能好，同时由于微波通信在电力系统应用多年，已积累了丰富的经验。但微波为 点对点传输，而配电系统点多面广，显然不适合配网应用。而一点多址小微波系 统应用多址技术和统计复用技术，信道利用率高，稳定性较好，可以多点传输， 缺点是路由选择较困难 一点多址数字微波系统规模较大、投资较多，除了微波设备外，还需要选址 建若干个微波塔。以实现一定的覆盖范围。其主要特点如下： 郑州大学工程硕士论文 ( 1 ) 容量大，最多可传输1 0 2 4 路或更多的语音和数据。 ( 2 ) 接口丰富，能够综合传输数据、语音和图像。 ( 3 ) 工作频率为1 5 g h z ，工作方式为时分多址。 3 3 2 无线电通信 无线电通信以自由空间为信息传输通道，传统的无线通信方式如a m 、f m 、蹦、 无线寻呼等也可以应用于配电自动化的数据传输，优点是工作比较稳定，节省了 敷设通道的费用，缺点是这种通信方式要求两通信点之间应无障碍( 即两点之间传 输距离为视距) ，速率低且大多只能进行单向发送，对于需要进行双向数据通信的 场合则要使用具有双向通信功能的新型无线通信技术，因而常用于相对较平坦、 开阔的地区，或有条件架设较高天线的地点。8 0 0 m h z 为无线数据通信频段，可以 应用于配电系统通信。无线传输通道特点如下： 数传电台 这是一种专用于数据传输的电台，早期的负荷控制使用的就是这类电台这 种电台集无线电数据控制器数据收发机于一体，具有如下功能和特点： ( 1 ) 可工作在室外，环境温度- 3 0 6 0 ( 2 ) 天线与电台采用同轴电缆，天线与电台之间的距离可达几十米，可选用鞭 状或棒状天线。 ( 3 ) 可组成点对点及点对多点系统，最多可达2 0 0 多台。 ( 4 ) 有效距离可达4 0 k m 以上，而且具有一定的绕射能力。 ( 5 ) 工作频段为2 2 0 2 4 0 m h z ( 6 ) 数据传送为分组传送，实时传送。 ( 7 ) 体积小，质量轻“。 3 3 3 无线扩频 所谓扩频通信，可简单表述如下：它是一种信息传输方式，其信号所占有的 频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法 实现的，并与所传信息数据无关：在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解 扩及恢复所传信息数据。扩频技术包括以下几种方式：直接序列扩展频谱，简称 直扩( d s ) ，跳频( f h ) ，跳时( t 1 ) ，线性调频( c h i r p ) 此外，还有这些扩 频方式的组合方式，如f h d s 、t h d s 、硝t h 等。在通信中应用较多的主要是d s 、 f h 和f h d s c l i 】 配电自动化通道模式研究 由于扩频技术是将所传输的信息用伪随机码序列( 扩频码) 进行调制，伪随机 码的速率远大于传送信息的速率，这时发送信号所占据带宽远大于信息本身所需 的带宽，实现了频谱扩展，同时发射到空间的无线电功率谱密度也大大降低。在 接收端则采用相同的扩频码进行相关解调来解扩并恢复信息数据。 扩频通信还具有其他许多独特的优势。被广泛用于计算机局域网互连，数据 通信、图像传输、电力系统、微波专用网等领域，其特点如下： ( 1 ) 建网周期短，组网快速灵活，可根据需要组成点对点、点对多点的系统。 ( 2 ) 抗干扰、抗衰落能力强，通信质量高。 由于将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽 压缩，恢复成窄带信号对干扰信号而言，由于与扩频伪随机码不相关，则被扩 展到一很宽的频带上，使进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应的增加了 相关器的输出信号干扰比，因此具有很强的抗干扰能力其抗干扰能力与其频带 的扩展倍数成正比，频谱扩展得越宽，抗干扰的能力越强。 在移动通信、室内通信等通信环境下，多径干扰是非常严重的，系统必须具 有很强的抗干扰能力，才能保证通信的畅通。扩频技术具有很强的抗多径能力， 它是利用扩频所用的扩频码的相关特性来达到抗多径干扰，甚至可利用多径能量 来提高系统的性能。 ( 3 ) 保密性好 由于扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去。其功率密度随频谱的展 宽而降低，甚至可以将信号淹没在噪声中。因此，其保密性很强，要截获或窃昕、 侦察这样的信号是非常困难的，除非采用与发送端所用的扩频码且与之同步后进 行相关检测，否则对扩频信号是无能为力的由于扩频信号功率谱密度很低，在 许多国家，如美、日、欧洲等国家对专用频段、如i s m 频段，只要功率谱密度满 足一定的要求，就可以不经批准使用该频段 ( 4 ) 可进行多址通信。 扩频通信本身就是一种多址通信方式，称为扩频多址( s s m a - - s p r e a ds p e c t r u m m u l t i p ea c c e s s ) ，实际上是码分多址( c d i v ! a ) 的一种，用不同的扩频码组成不 同的网虽然扩频系统占用了很宽的频带，但由于各网可在同一时刻共用同一频 段，其频谱利用率甚至比单路单载波系统还要高。c d m a 是未来全球个人通信的一 种主要的多址通信方式 ( 5 ) 覆盖范围广 ( 6 ) 快速安装，免维护，天线小巧 ( 7 ) 无需申请频率许可证 郑州大学工程硕士论文 3 3 4 卫星通信 卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成卫星在空中起中继站的作用，即 把地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地球站地球站则是卫星系统与地 面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路由于静止卫星在 赤道上空3 6 0 0 k m ，它绕地球一周时间恰好与地球自转一周( 2 3 小时5 6 分4 秒) 一 致，从地面看上去如同静止不动一般。三颗相距1 2 0 4 的卫生就能覆盖正个赤道圆 周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是l l o g h z 频 段。为了满足越来越多的需求，已开始研究应用新的频如1 2 g h z ，1 4 g t l z ，2 0 g h z 及3 0 g h z ” 卫星通信的主要特点如下：优点方面( 1 ) 通信范围大，只要卫星发射的波束覆 盖进行的范围均可进行通信( 2 ) 不易受陆地灾害影响。( 3 ) 建设速度快。( 4 ) 易于 实现广播和多址通信( 5 ) 电路和话务量可灵活调整( 6 ) 同一信通可用于不同方 向和不同区域缺点方面：( 1 ) 由于两地球站向电磁波传播距离有7 2 0 0 0 k m ，信号 到达有延迟。( 2 ) i o g h z 以上频带受降雨雪的影响。( 3 ) 天线受太阳噪声的影响。 卫星通信在传输信号时有一定的延时，但是不受地理位置的限制，对于不便 采用其它通信方式的边远或山区变电站而言是一个不错的选择。 3 3 5 基于移动通信技术的c d m a g p k s 通信 g p r s 采用无线分组技术，将无线通信与因特网紧密结合，作为一种先进的全 新的无线网络承载手段，全面提升了无线数据通信服务。详细内容后面讨论。 3 4 通信模式选择方法 以上从有线传输和无线传输两种方式简要介绍了几种常用的通信模式，但是 具体实践中如何去选择最优方法或最优组合是一个非常重要的工作，它关系到最 终配网自动化能否顺利实现、运行是否可靠等诸多实际问题 配网自动化对通信的要求取决于配网自动化的规模、复杂程度和预期达到的 自动化水平。在不同的供电企业中，经济条件、配网进展的程度以及配网技术发 展的速度不同，对配网自动化的要求也不同。而且每个地区供电局不可能在短期 内立即建成完善的配网自动化系统，一般也需要5 1 0 年的进程，因此配网自动 化的通信也有一个循序渐进的过程，需要总体规划，以免重复建设。 配电自动化通道模式研究 配网自动化初期采用重合器就地隔离故障的方式及智能馈线终端就地控制方 式，这两种方式对通信的要求不高但随着自动化技术水平的发展，目前配网自 动化已要求发展成为高度自动控制，高级应用软件的时期，形成了集中远方监控 实现馈线自动化功能的配网自动化模式，为避免信息传递以及执行命令下达时间 的延误，对通信的有效性、可靠性和经济性都提出了更高的要求。 按现阶段对配网自动化的要求，通信必须具备以下特点： ( 1 ) 通信的可靠性：要长期经受恶劣环境的考验，如雨雪、大风等；且会受到 较强的电磁干扰或噪音干扰；此外不能受停电和故障的影响 ( 2 ) 建设费用；在满足可靠性的前提下，要考虑设备造价，估算长期使用和维 护的费用 ( 3 ) 双向通信：不仅实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。 ( 4 ) 数据传输速率：在配网自动化系统中，配电变电站监控、馈线自动化对于 通信速率要求最高，3 0 0b i t s 以上才能满足要求；公变检测和负荷监控对通信 速率的要求其次，约1 0b i t s 就能满足；远方抄表和计费系统对通信系统要求 最低。 就同一种通信方式而言，波特率越高其误码率越高，可靠率降低以载波模 拟通信为例，以6 0 0 b d 通信时误码率较以3 0 0 b d 通信时平均上升5 倍但是不同 的通信方式其通信可靠程度又不一样根据现场实践经验，一般而言，微波通信 可靠程度比载波通信高，但是比扩频通信低。光纤通信最为可靠：而卫星通信可 靠程度介于光纤通信和扩频通信之间。对于不同厂家的通信产品、不同的外界环 境和以及设备安装调试工艺也对通信质量产生很大影响。 随着通信技术的发展，光纤的价格也一再下降，应用的范围逐渐增加；d l c 的用途也较广，但尚未完全解决抗干扰和衰耗的问题，目前仍处于尝试阶段：数 传电台的方式也逐步得以应用，如我局的负荷控制系统和城市照明监控系统都采 用了该通信方式，运行情况良好；电话线和c a t v 的方式因为涉及其他单位系统， 目前尚未得到大量应用；扩频通信利用电力线进行传输，抗干扰能力强，误码率 低，具有较好的应用前景。 各种通信方式拥有不同的特性，适用于不同的场合在考虑配电通信系统的 建设方案时，应遵循综合考虑“先进性、经济性、实用性，可扩展性、可维护性” 的原则，因地制宜地优化选择 3 5 小结 不管是有线通信模式还是无线通信模式，它们各自都有自己的优缺点，适用 的配电自动化领域也各不相同，并且都在各自研究领域不断发展着，所以我们不 1 5 - 郑州大学工程硕士论文 能简单的概况为这个通信方式已经被淘汰，那个通信方式以后就一定会完全覆盖 配电领域的网络通道，只能说在近阶段某某个通信方式适合配电自动化的网络现 状，但考虑到具体的施工周期、施工费用、地理条件限制等等因素，如何在实际 应用中进行通道的选择便成了一个非常实际的问题，以上的一些分析只能起到抛 砖引玉的作用，实际工作中可能回遇到各种各样的情况，我们一定要把这些基础 理论的研究与分析与具体实际紧密结合起来。经过认真的方案编写、方案优化、 资金估算、施工组织与安排等等方面去综合考虑才能真正做到优化选择。 配电自动化其他应用原理 4 配电自动化其他应用原理 4 1 其他应用原理 4 1 1 通信规约 在不同的通信系统相结合的配网自动化中，通信规约相当重要，主要有应答 式规约、循环式规约和对等方式规约，如i e c 8 7 0 5 一1 0 l ，m o d b u s 、d n p 3 0 ，c d t ， l i4 f 等。由于多种类型的配电产品的通信规约各不相同，即使同一类型不同厂家 的产品采用的规约格式也不尽相同，因此通信规约的规范和统一显得尤为重要， 需要从以下几方面考虑： ( 1 ) 对配网自动化的规约进行规范和约束，制订相对标准的格式，在主站中要 包容全面的规约格式，以便于所有数据的接收，且做成开放式结构，便于新的规 约格式的补充和接入，具有一定的扩展性，以适应未来5 年甚至l o 年的配网需求 ( 2 ) 选用终端时，要充分考虑是否采用标准通信规约，以便于配网系统的实施。 ( 3 ) 如果有通信子站，它实现站内及出线各种设备的数据采集及转发功能，肩 负着设备管理和通信管理的职责，负责收发讯息，其规约的接收和转发显得尤为 重要，如果考虑不周，则在通信的系统配置上会出现问题“”。 不同规约之间的比较如表4 1 所示。 表4 1 通信规约比较 t a b l e4 1c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o lc o m p a r i s o n 规约特点 缺点优点适应力 ；i