数字化(智能化)配电网通信规划的研究解析

1、分类号:密级：U D C:编号：学位论文数字化配电网通信规划研究樊剑辉指导教师姓名：沐连顺教授级高工 中国电力科学研究院苏剑高级工程师 中国电力科学研究院申请学位级别：工学硕士学科、专业名称：电力系统及其自动化 论文提交日期： 2009年10月 论文答辩日期：学位授予单位：中国电力科学研究院2009年9月原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下所取得的科研成 果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作 的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明 的

2、法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期:年月 日关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解中国电力科学研究院关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容：按照中国电力科学研究院要求提交学位论文的印刷本和电子版本;中国电力科学研究院有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；中国电力科学研究院有权提供目录检 索以及 提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；中国电力科学院有权按有关规 定向国家 有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；中国电力科学研究院可 以适当复制 论文的部分或全部内容用于学术活动。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文

3、作者签名：日期:年月 日导师签名:日期:年月 日摘要本文通过对数字化配电网的基本结构和通信需求的认真分析，结合数字化配电网各种新业务对通信网提出的新要求，阐述了配电网通信系统规划的原则和步骤， 论证了各种最新通信技术和通信装备在数字化配电网通信系统中应用的可行性和 经济性,提出了配电网通信 系统网络结构、采用技术和装备及其应用场合的研究， 提出数字化配电网通信规划的推荐方案。新配电网通信网络应采用层次化的组网 结构,充分利用现有通信资源，采用最新通信技术和最新通信装备，全面支持现有和 未来的配电网业务，并且有更大的带宽，能对各种配电 网业务提供服务质量和安全 性保障。关键词：数字化配电网,配电

4、网通信系统,网络结构,MSTP、ASON , Wimax、EPON、PLC、WSNAbstractBy thoroughly analyzing the basic structure of digital (intelligent power distribution n etwork and the dema nd on com muni cati on, this essay elaborates on the prin cipal and process which adopts in the program ming of the com muni cati on system of

5、 power distributio n n etwork. The paper also expo unds the feasibility and econo mic effects of the adopti on of new com muni cati on tech no logy and equipme nt in digital power distributi on com muni cati on system, adva nces the research on the n etwork structure, tech no logy, equipme nt and ap

6、plicable sce nario of power distributi on com muni cati on n etwork. In finalpart of this essay, a soluti on is proposed for a new power distributi on com muni cati on n etwork, which is featured on the graded structure of the n etwork and larger ban dwidth, sufficie ntly utiliz ing the exit ing com

7、 muni cati on resources, proactively adopti ng the most up-to-date com muni catio n tech no logy and equipme nt, fully support ing curre nt and future power distributi on services, provid ing quality service and security for various bus in ess operation of power distribution network.Key words: digit

8、al power distributio n n etwork, power distributio n n etwork commu nication system, network structure, MSTP, ASON, EPON, PLC, WSN目录第一章绪论1 1.1研究问题的背景11B2电网通信规划对数字化配电网建设的重要意义 3 1.3目前数字化配电网通信规划的研究情况41 .研究思路7第二章、数字化配电网和通信特点82数字化配电网的特8 2数字化配8 2.212 2数字化配电网管理系占丿、 电网的控制管理系统的组成与主要功能 数字化配电网管理系统发展趋势统对通信系统的主要

9、需求配电网通信网络架构研究1第三章数字化193.2数字化配电网管理系统的基本架19 3数字化配电网通信系统架构设计原则.20 3数字化配电网20 3数字26 4数字化配电网的通信需求分26 4数字化配电网通信系统流量预测及计算30 4.通信传输技术比较.32 4.4.1传输通信传输技术特占丿、 32 4.4近年新兴通信技术特点.33 4数 字化配电网通信系统传输技术规划514.6.1.核心层、汇聚层-光纤通信技 术52 4.6接入层-宽带PLC传输技术.60 4.6接入层-公网无线传输技术（GPRS/CDMA/WiMax .62 4.6.4结64通信系统路由规划.化配电网通信系统结构.21第四

10、章 数字化配电网通信网络传输方式选第五章数字化配电网通信系统典型建设模66 5独立建设方66 5.1核心层通信系统规划66 5.1.2聚层通信系统规划67 5.1.3接入层通信系统规划70 5.2采用租赁和合作的方式755.3比较与结论76第六章结77参考文献78作者攻读硕士学位期间发表录用的有关学术论文8致谢.80第一章绪论1.1研究问题的背景未来几十年将是我国全面建设小康社会，向工业化、城镇化、 信息化和现代化 深入推进的重要发展时期，经济社会将继续保持平稳较快发展。这一时期，也是我国 加强节能减排，建设资源节约型、环境友好型”社会，实现能源与经济社会和谐发展 的关键时期。 两型”社会建设

11、要求新一代的配电网在确保安全可靠的前提下，着重提升其运行效率和灵活管理能力，需要配电网提供更为稳定可靠、经济优质、灵活互动、友好开放的电力智能控制方式，可以实现用户 与电网双向互动，根据用户需 要及峰谷电价调整用电时间，提高用户用电的经济性和安全性；可以灵活选择服务 质量更好和价格更优的电 力供应商；可以将分布式电源电力接入电网，能够适用于 目前和未来 的商业环境，市场需求和用户的需要，能够进行自我调节，自我扩展，以 实现清洁能源的高效利用并获得一定的经济效益。因此，配电网又一次站在了革命性变革的边缘。为满足上述目标，更进一步改善供电可靠性，降低运行损耗，提高电能质量和经济 效益，国家电网公司

12、提出建立数字化、 智能化配电 网的战略构想，通过加快配电网 相关产业科技进步和设备升级，不断提高配电网的信息化、数字化、自动化和互动 化运行水平，提高配电自动化水平，不断提高配电网的运行灵活性和友好互动功能， 丰富配电网服务内容和服务质量，满足未来经济社会发展要求以及发电企业、电力 用户不断提高的多元化服务需求。数字化配电网将通过先进的计算机技术、数字系统控制技术和宽带网络通信技术实现了对电网运行的全面、高效、精确的掌控 ，从而保证电网的安全可靠运行、企业效益的持续提高、社会满意度不断提升，社会的和谐发展。智能化配电 网是对数字化配电网的进一步延伸，将对电力系统，通信系统和信息系统的高度集成

13、通过电子化控制在非常大的弹性范围内提供广泛的需求响应，以自愈”的方式处理 紧急状况,及时地将问题和事故就地处理并隔离，从根本上提高系统 的稳定性，并且 可以正确及时地响应能源市场和电力公司的业务需 求,这是一个从整个电力行业的 整体出发,站在更高的角度提出的十 分具有前瞻性，创造性的先进观点和理论。无论是数字化配电网或更高级的智能化配电网，均需要采用现代化的技术手段 提高配电网的运行管理水平。 而通信技术是建设数字化 配电网的关键技术，通信技 术是数字化智能配电网的基础支撑技术，是智能配电网各种管理和控制信息的传输 平台。通信系统的好坏很大 程度上决定了数字化配电网实现的程度，良好的通信系 统

14、是实现功能完善的数字化配电网的基础。因此,配电网的通信规划主要目的是要配合配电网络发展需要 ，根据数字化配电 网的实现功能、要求、规模、当前的通信和计算机技术的发展现状、当前的通信系统的资源现状和技术实施的可行性，对实现数字化配电网需要的通讯系统进行规 划,给出给定范围的规划结 果，为数字化（智能化配电网建设实施提供依据。1.2配电网通信规划对数字化配电网建设的重要意义数字化配电网是应用现代计算机技术、远动技术、自动控制、通 信技术、新 型配电设备等先进技术手段，实现配网在线和离线远方监 控与配电管理自动化，达到 配电网安全，可靠，经济，优质，高效运行的目的。主要包括1. 建立统一的输配电网系

15、统的数字体系架构 ，通过把电网的数 字化二次设备和 高级的分析处理程序有效地纳入到统一的分析框架 体系中,从而为实现电网的可 靠、高效和经济的运行提供数据基础 2.数字化配电网通过图形和地理空间信息技术 手段最大程度的 提高一次电网的可见度，使得电力系统的运行操作可视化，同时辅 以更智能、综合的分析应用程序，实现对电网的高效有序的管理，降低管理难度。3.建立统一的数字化配电网数据模型。将配电网的物理模型映射为标准的数据模型,使得相关数据源以一种有效的，结构化的和清楚的方式关联起来，这种关联不 依赖于现有设备的物理特性。4.建立统一的标准服务，通过服务来访问通用设备和 应用程序 的处理结果，这种

16、方式隐藏了每个设备和应用的内部运行细节 ，从而实现 把系统组件相关应用当作黑盒子来处理。5.数字化配电网通过对电网数据的多层次的分析，使得电网更 加协调优化的运 行，其中有:网络运行的优化、经济调度的优化、负 荷管理的优化、需求侧管理等。上述功能的实现都是以准确、及时、有效的各类控制、检测信息的传输为基础的，通信系统是数字化配电网最重要部分之一，担负着配网系统 中所有数据、信息的处理、命令的发送和返回，是确保配网 运行发生故障时相应的 故障和控制信息能够及时准确地上传下达的 基本保障。目前电力通信网已成为电 网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础，是电力系统不可缺少的重要 组成部分,是

17、电力市场商业化运营的保障，是实现配电网现代化管理的重要前提，更 是推动建设 数字化电网、信息化企业”的重要基础。随着国网公司信 息化的发展， 电力通信网必将发挥越来越重大的作用。1.3目前数字化配电网通信规划的研究情况近年来针对我国经济建设稳步发展，人民生活质量不断提升的良 好局面,供电 企业都在积极采取措施，加强大用户管理和满足用户需 求，提高供电质量和服务水平 树立电力企业的良好社会形象，增加 企业的经济效益。为了提高城市配电网安全运 行水平,缩短配电线路 设施的故障修复时间，变被动服务为主动服务，供电企业正在 积极探索和开展数字化配电网各项技术的实际应用研究，配电网的通信技术 正是重 点

18、研究的内容之一。目前配网通信采用技术较多的为光纤通信、载波通信以及移动通信三种方式。光纤通信具传送速度快，通信容量大，可靠性高，抗干扰能力强，配臵灵活，扩展方 便的特点，若需要增加新的点，可在就近的光纤通 信环网内打开环路直接链接。光纤 网结构简单，组网灵活,工作稳定，它即可以沿架空电力线路同杆架设也可以电力电 缆一同地下敷设。可以组织成环网结构，也可以组织成辐射网结构，还可以组织成环网、辐射网交织 的混合结构网。目前光纤通信主要被用于配电通信网的主干道，作为配网信息汇 集的传输通道, 并承担配网与输电网之间信息传输。如地区 110kV及以上变电站、各区局办公大 楼、输电部、送电大厦、试验所、

19、各区 供电所、营业厅以及各区主要办公场所的 通信等。中压载波通信在国外自50年代开始应用，主要应用在中压电网 的负荷控制领域 大多为单向数据传输、速率低（有时小于10bit/s甚至更低，并没有形成大规模的电 力线载波通信服务产业。国内在 八十年代后期多数是直接使用小型化的集成电路 农电载波机实现点 对点通信。随着10kV线路通信需求的增长，到了九十年代末，出 现了多种载波通信设备（这些设备可采用不同的线路耦合方式：电容耦合、变压器 耦合、低压耦合、陶瓷电真空耦合及天线耦合等，目前，利用电缆屏蔽层传输的载波方式收到广泛关注。并在部分网络结构较为规范的地区应用钟，取得较好了效果。 中压载波也经常与

20、光纤通信 配合使用，应用于光纤敷设达不到的地段或很难达到的 地段，或是距离较长、配电点少，可靠性要求相对较低的线路；近年来，随着移动通信的快速发展和不断完善，移动通信网已经基本覆盖城乡各 个角落。移动通信技术在电力系统中也得到了应用 ，主要在一些非实时、 重要性不 太高的场合，例如故障指示器状态信息 上传,配变监测信息传送等。目前应用的方式 主要有两种：短信和在线传送。短信方式采用GSM或CDMA技术，终端通信设备无需始终 联网，较为经济，但 传输数据量有限，实时性相对较差。在线传送采用GPRS或CDMA技术,终端通信设备始终联网，传送速率目前达 38.4Kbps，传输数据量较大,实时性比短信

21、方式高，但其缺陷是必须申请一个固定因特网IP地址,因而使数据传输暴露 于公网中；实时性依然不能满足重要实时信息的 传输，而且可能有不确定的延时。由于投资、需求、安全等方面的综合因素制约，35 kV及以下的配网通信系统 目前没有形成较为完善的解决方案。由于投资主体分散,网络规划各异，建设形式多样，各地配网通信发展不平衡，光缆总体覆盖率很低，13个网省公司的部分城市开展 了配网自动化试点 建设,公司系统具备远程通信功能、实现了二遥或三遥功能的开关数量仅占8.9%。亟需明确配网通信建设策略，统一功能规范，形成完善解决方案， 进一步创新业务模式和盈利模式，发挥配网通信平台的潜在效能。因此研究通信系统规

22、划如何与城市数字化配电网规划、建设、改造配套和协调统一发展；研究数字化配电网管理系统（主要是城市变 电站自动化、配电网自动 化协调和继电保护控制系统、营销和需求侧管理业务系统等对通信的需求，提出 数字化配电网集成的通信解决方案;研究在数字化配电网中采用光纤、PLC、无线 等技术合理性和 经济性分析，不同技术方式的数据安全性是当前配电网通信规划的 主要任务。1.4研究思路本次研究首先分析国内外数字化配电网通信系统发展现状，根据我国负荷快速发展的实际情况和 两型”社会建设要求,提出配臵合 理配电网通信系统的必要性。研究内容主要有以下几点：1. 数字化配电网基本组成和对通信的需求2. 数字化配电网通

23、信基本架构研究3. 通过对数字化配电网所需信息量的评估、配网通信的规划流程、配网通信技术优选等方面的分析，为配电网中选用何种通信方式，如何建立优化的配电通信网 提供理论依据。在配网信息量的评估上，主要研究数字化配电网所需信息的类型，总 量等，并对于配网将要达到不同监控程度所需要信息量进行相应的分类总结。4. 针对主流配网通信技术进行优选。主要针对两个方面分析，一是对已有技术 的评估,二是紧跟通信发展的新技术，尝试将一些新 的技术引入配网通信中，比如 WSN (wireless sensor network无线传感器网络等技术,并对新技术的使用进行评 价。5. 最后按照自建和租赁两种方式分析典型

24、数字化配电网通信网建设模式。第二章、数字化配电网和通信特点2.1数字化配电网的特点1. 数字化配电网监控范围广。包括开闭所、配电所、出线开关、分段开关、联络开关、重合器、环网柜、柱上开关、箱式变、小区变、公用配变、故障指 示器、补偿电容器等。2. 设备多，测点多,覆盖面广，总信息量大，测点容量小，配电网受扩容，城建影响大, 配电网网络接线变化频繁经常需要根据城市建设和改造的要求进行线路改造工作， 经常需要在线路上进行业扩报装工作3. 随着用电负荷密度的增长，城市终端变电站的数量将逐渐增加,变电站的供电 半径将逐渐减小。2.2数字化配电网的控制管理系统的组成与主要功能数字化、智能化配电网即通过先

25、进的计算机技术、数字系统控制技术和宽带网络通信技术实现了对配电网运行的全面、高效、精确的掌控,是对电力系统，通信系统和信息系统的高度集成，简单来说就 是实现从变电到用户用电全程的监视、 控制和管理综合自动化管理系 统即数字化、智能化的配电管理系统(DAS。近阶段, 我国的一个完善的数字化配电网管理系统应具备以下功能子系统。1. 配电自动化（Distribution Automation -DADA 实现的是配电网中最基本和最重要的自动监控功能。DA不仅包括变电站自动化和馈 线自动化，还包括很重要的无功和电压调控等功能系统。1 配电变电站自动化（Substation Automation 一 S

26、ASA是指将对配电变电站内的监测、保护、控制及信息传输有机综合而成的一个自动化系统，可提高变电站运行的可靠性，提高劳动生产率，简化系统，减少变 电站占地面积，降低造价，减少维护工作量。变电站自动化系统还往往是馈电线自 动化中信息传递与处理的工作 主站，也是执行调度端下达命令的工作子站。当今,SA系统因其完备的 功能、有别于过去的功能各自独立和相互元信息交换的变 电站监控系 统，而被称为变电站综合自动化。在配电网的低压网络中，有若干配电变压器，其参数的远方监视和补偿电容自动投切，可视为SA的特殊形式。2 馈线自动化（Feeder Automation-FAFA广义上包括配电网高压、中压和低压三个

27、电压等级的线路自动 化。对于高压配电线路，其负荷一般是二次降压变电站；中压配电线 路其负荷可能是大电力 用户或配电变压器；而低压配电线路，其负荷则是广大的用户。各电压等级馈线自 动化有其自身的技术特点，特别是低压馈线，从结构到一次、二次设备和功能，均 与咼、中压馈线有很 大区别。目前论述FA,是指中、咼压的馈线自动化，特别是 指中压FA,在我国尤其是指1OKV馈线。故通常所指的FA主要是指此范围。FA 的功能主要为运行状态监测，对馈线的远方与就地控制，馈线故障后实 现对故障区 的定位、隔离、负荷转移和恢复供电，以及无功补偿和调压。3 DFACTS 技术。应用于输电系统的柔性交流输电系统 （FA

28、CTS技术,近年扩展到 配电网,故称 为DFACTS技术。这是一大类电力电子技术在配电网中的应用。目前主要指固态断路器（SSB、静态调相器或静态无功补偿（STATCOM、动态电压恢复器（DVR、谐波抑制装臵等。DFACTS技术的推广使用必将引起配电网自动化更新更高层次 的发展4远方抄表系统及其他配电自动化技术。2. 配电网实时数据检测与监控系统 （Supervisory Con trol a nd Data Acquisitio n- SCADA。配电网的实时数据检测与监控系统，是DMS实现自动化管理的基 础。在电力 系统中,SCADA系统均是通过通信系统传送信号。 配电网中的SCADA,既包

29、括配 电变电站中的RTU与调度端的主站（Master Station-MS之间实时数据的传送、接收 与处理,还包括沿馈电线装 设的FTU,TTU的信息传送、接收与处理。3. 配电网地理信息系统（Geographic In formation System-GIS地理信息系统能准 确地给出事物的地理位臵。将 GIS引入配电网中应用,是DMS的重要特点之一。 因为配电网的设备多而分散，网络节点多，且网络走向与城镇建筑、街道等地理信 息关系密切。将自动 绘图（Automatic Mapping -AM与设备管理（FacilityManagement-FM功能建立于 GIS平台上，形成一个AM/FM/

30、GIS系统，可以 更方便、更 直观地对配电网进行运行管理。该系统离线应用时，不但可以表明网络内设备的状态,还可与SCADA配合,通过着色等方法的在线应用,显示配 网潮流、电压分布、故障位臵等。此外，GIS具有辅助配电网发展 规划设计的功能。借助AM/FM/GIS系统,可以实现用户信息系统、停 电管理系统等特殊功能系 统。4. 配电网的负荷管理（Load Management-LM在DMS系统下的负荷管理是指根据用户的用电量、电价、气候条件等因素进行综合分析，制订负荷控制策略和计划；对集中负荷进行 监视、管理与控制；此 外，还有估计负荷的预报模型和控制方案评价研究的功能。可以认为丄M是DMS 系

31、统面对负荷的各种预报、监控、管理功能的综合。5. 配电网的应用软件这里所指的是处于配电网调度层的分析软件组，常称为电力系统软件（PowerApplicati on Software-PAS。这包括若干保证安全可靠 供电、潮流计算、分配负荷、 优化电压/无功的多种应用软件。这一大类软件又可分为基本应用软件与派生应用 软件。前者如潮流计算、网络拓扑分析、状态估计、短路电流计算、电压元功控制、负荷预报 等；后者如网络重构、变电站负荷分配、馈电线负荷分配、按相平 衡负荷等。此外还有专用应用软件，如小区负荷预报、投诉电话热线处 理、设备 管理等。6. 需方用电管理（Demand Side Managem

32、ent-DSM需方用电管理含有控制与自动化的内容，更多的是一种管理，但不同于前述的 负荷管理。DSM是指电力供需双方通过电力市场实现密切配合，建立一个良好的生产与消费的关系，达到提高供电可靠性，减少能源 消耗及供需双方的费用支出的目的。 DSM包括负荷管理、用 电管理、抄表系统、 需方发电管理等内容,可见，DSM比LM涉及范围广;LM的进一步发展是DSM。 DSM与LM的区别在于:DSM要求用户有效参 与，而在LM方式下，用户是被动 的。对于数字化配电网管理系统的功能，归纳起来，不外乎是根据安 全监视、控制 和保护三个基本功能要求，通过信息、可靠性、经济性、电压与负荷共五个管理过程，及其相互独

33、立又互有联系的过程功能来 体现。任一具体的自动化系统往往由 两个或两个以上管理过程结合来完成。例如电压/无功控制功能就由信息管理提 供信息，电压管理给出 控制手段，经济性管理给出控制指标，三者结合完成相应功 能。在这里信息的准确及时采集和可靠稳定的传递是一切功能实现的基础，而通信系统就是实现这一目标的基石。2.2数字化配电网管理系统发展趋势由于数字化配电网的发展变化，与之相对应的数字化配电网管理 系统也有新的 发展：1. 管理规模逐步扩大，网络越来越复杂。2. DA方案由自动分段/重合器向电流型/集中控制发展。3. 配电自动化系统基本模式分层控制得到确认。4. 管理的功能由单一配电 SCADA

34、向SCADA/DA/DMS /DG(分 散发电/DSM(需方用电管理/电网效益和实用的配网规划工具综合管理系统发展。5. AM/FM/GIS配电管理向SCADA/DA 一体化发展。6. 一次设备/FTU由进口逐步国产化。7. 一次/二次系统逐步统一向智能化开关发展。总体上来说，目前这一阶段的数字化配电网管理系统应实施的单项功能大体如下：(1SCADA 功能;(2 变电站自动化 SA(Substation Automation;(3 馈线自动化 FA(Feeder Automation;(4自动绘图/设备管理/地理信息系统AM/FM/GIS;(5配电系统高级应用软件(DPAS,包括网络拓扑NT、

35、状态估计SE、潮流计算PFC、负荷预报LF、短路电流计算SCC、电压无功VQ、培训仿真DIB等；(6 配电工作管理 DWM(Distribution Work Maagment;(7 故障投诉 TC(Trouble Caning;(8 用户信息系统 CIS(Consumer Infomation System;(9 负荷管理 LM(Load Management;(10远方抄表系统 AMR(Automatic Message Recording。对上述单项功能，我们 习惯将其中变电站自动化 SA和馈线自动化FA两项功能合称为配网自动化(DA,实 际上亦就是配电自动化的基本 功能，或可称为配电自

36、动化的基础。而负荷管理LM和远方抄表系统 AMR等通称为配电需求侧管理(DSMQemand Side Mamgep mmt。DA和DSM,再以SCADA系统为基础,加上DPAS以及以AM/FM/GIS为平台的其他管理功能，便组成了集管理和控制功能于一体的综合系统，这就是配电网管理 系统(DMS ,也是数字化配电网近阶段要实现的主要功能。下图所示是配电管理系统组成的示意图。从图可以看出，DMS系统的各子系统均为相对独立的计算机 应用系统，它们通过通信系统互 联成为一个整合系统。综上分析，我们可以把数字 化配电网分为三个 部分：配电管理系统(DMS、配电自动化系统(DAS和配电需求 侧管理(DSI

37、U系统。配堆卑氓Fl就优D5ADAS需我侧常.理概DSMI配g刊齢计DMS该系统对配网一次设备的信息取量应遵循以下原则 ：1. 有助于配电网运营部门真实掌握、分析配电网和设备的运行状况。2. 当事故发生时，能简捷、明了地反映配电网变化，有助于配电 运营人员判断事 故原因，并据此采取相应措施。3. 有助于运行人员、规划人员等积累数据；掌握配电网和设备的变化趋势。4. 根据设备及运行的具体需求情况，可以对信息量进行适当的选择和调整。根据以上特点，决定了数字化配电网管理系统具有如下典型特 点：1. 监控对象（用户电表、配电变压器、分段开关和联络开关数量多、安装地点分散，一个监控点常常只有一台设备，信

38、息量小；2. 监控对象室外安装，运行环境条件恶劣3. 配电网的发展有一定的不可预见性，其拓扑结构和运行方式总 是处于经常变 更的过种中，因此数字化配电网的通信网的拓扑结构和 运行方式也应该能够适应这 种经常变更的要求。2.3数字化配电网管理系统对通信系统的主要需求根据典型配电网的特点和数字化配电网管理系统要实现的目标，一个数字化配电网通信规划的设计主要取决于相应配电网的规模和要求实现的具体希望水平。由于数字化配电网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、分段开关、并联补偿电容器、用户电能表和重要负荷等电气设备，站 点一般会有成百上 千甚至上万个之多，地域分布广、种类多、

39、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RTU、FTU、DTU、TTU等终端设备，规模较大的配电网还要配臵子站。因此，数字化配电网的通信信息 有如下特点：1. 通信节点数量相对较大数字化配电网涉及大量自动输电和自动配电系统以及大量的用 户。要对这些 用户和设施进行监测需要配备大量的配电终端等监测设 备,并将其接入配网系统，涉 及到的通信结点数量极大。2. 通信节点间距离短配电设备分布有其特殊性，线路上负荷开关之间的间隔短的仅几 百米,开闭所内 开关距离仅几米，变电站和开闭所之间几百米到几公里。3. 每个通信节点的数据量小配网自动化设备绝大多数是对单一配电设备进行监

40、测和控制，每一配电设备所需要监测和控制的点数量很小。最小的只有 1K字节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（FTU/TTU所采集的各种信息上传至控制中心。配电网通信系统与输电网的大不相同，其终端接点数量大，种类多,寻址达百万次，但通道距离 相对短，效率要求相对较低，而且配电自动化系统涉及的功能众多，从自动抄表、负荷 控制、馈线开合，到变电站综合自动化等因此，配电网通信系统应满足以下需求：（1 通信的可靠性 配电网的通信系统应能抵抗恶劣的

41、气候条 件,如雨、雪、冰、雹、 狂风和雷阵雨，还有长期的太阳紫外线照射。通信系统应能抵抗强电磁干扰，如间隙 噪声、放电、电晕、或其他均 线电源的干扰，以及闪电、事故或开头操作涌流产生 的强电磁干扰。停电区和电网故障时的通信能力是严重影响通信可靠性的一个重 要因素，必须加以考虑。（2效能费用比。在追求通信技术先进性同时，应考虑通信系统的费用，选择费 用和功能及技术先进性的最佳组合,追求最佳效能费用比。通信系统一味追求先进 性，追求多功能，其高投资很可能会抵消其在配电自动化带来的效益。在计算通信系 统费用时，除了初期 投资外，还应考虑将来运行和维护费用。（3配电通信的实时性。数字化配电网系统是一个

42、实时监控系统,必须满足实时性.正常情况下，配电网调度控制中心能在3-5s内能更新全部ETU、FTU的数据, 因此必须选择合适的通信带宽以及通 信网结构方式。配电网发生故障时，控制中心 和FTU之间有比平时更 多的数据需要交换，因此在通信系统设计时，除了要考虑正 常情况下实时数据的刷新速率要求外，还必须考虑电网故障时FTU快速及时地传 送大量故障数据的需要。不管是主站一级的通信还是现场控制器一级的通信，除了 数据的上送还有控制命令的下发，因此数字化配电网的通信系统必须具有双向通信 的能力，具有半双工或双工的能力。（4停电和故障时的通信能力。正当的调度操作 或馈线自动化 的故障隔离、恢复供电功能，

43、要求能通过通信系统对停电区的开头进 行操作，用电力线作通道的通信方式（如配电线载波，这时就会遇 到困难。另一需要 注意的问题是停电区的FIU或其他现场监控通信设 备，需要有备用电源（如电池或其 他能源。(5使用和维护的方便性。数字化配电网通信系统包括发送器、接收器和数据 链,是一个很复杂的组合,因此应尽量选择具有通过性标准化的设备，便用使用和维 护。(6可扩充性。通信系统除了能满足目前的需要，还应考虑将 来增长的需要。因 此规划时应考虑足够的容量以及系统的开放性要求。第三章数字化配电网通信网络架构研究3.2数字化配电网管理系统的基本架构如前所述，数字化配电网的主要特点是数据量庞大，网络结构复杂

44、；由于面对 用户，网络运行方式变化多而快，要求处理问题及时；这些特点直接影响数字化配 电网管理系统的结构。 当今,我国的数字化 配电网管理系统多按下述原则考虑其结 构。1配电网管理系统通常都设计成开放的积木式结构。这样考虑的优点是可以采取分期实施的策略。在系统建设初期，可以先控制在适当的规模和实现基本的功 能，然后根据需要逐步扩充容量和全面实 现预期功能。这样，既能较快地见效、便 于实施，又不使规划远景受影响。2当前的配电网系统结构多分为三个层次，即调度中心、地区电网管理中心分散现场操作区(馈电网络区域。见下图地况电网 骑瑪中心现场操作地区调度 中 心人一目标/设實命令H亠配电过郸餘合悟息 C

45、 一设純命令 D配电信息R开闭所或柱上开关RTU(或FTIK TTU)3.3数字化配电网通信系统架构设计原则根据数字化配电网的特点和上文分析的通信技术选择结果，数字化配电网通信 系统结构也必须是一个分区分层的结构，同时,该结构应满足以下几点基本原则。1. 配网通信系统结构应和配电管理系统应用功能紧密结合，将多种 通信方式进行合理搭配，以取得最佳的性能价格比，满足配电管理系 统的整体性能指标要求；2. 配网通信系统的结构设计应具有先进性、实用性、可靠性、可扩展性；3. 配网通信系统主干通信网的结构设计应和配网管理系统的计算机网络系统结构相结合；拓扑结构应路径最短、涵盖配电终端范围最 大，具有较好

46、的扩展性；4. 非主干通信网的设计应和配电自动化站端系统相结合 ，在满足配 电自动化整体性能指标和通信可靠性的基础上适当提高通信速率。3.4数字化配电网通信系统路由规划如前所述,数字化配电网通信系统应呈层次性结构，可分为若干 区域子网，终端 数据首先在子网内汇集。根据不同网络结构，数据路由可分为以下几种情况：透明传输透明传输指数据在源与目的通讯节点之间传输是直接的，没有经过数据解包重 组和重定向的过程。透明传输又可分为直接传输和中继传输。直接传输是点对点传输,中继传输是在发送端与接收端之间存在一个或多个中继传输节点，中继传输时需考虑传输中继点最少和传输距离最短的原则。重组转发在汇聚传输层，测控

47、终端数据在通信子站或通信控制器集中，通信子站将接收 到的数据，根据数据类型和优先级，重新组帧，向主站 或核心传输层传送。另一方面, 通信控制器接收主站控制命令和数据，根据地址和命令的优先级，向接入层设备转 发。近年来的工程实践和大量的实际用户使用经验证明 ，配电终端数 据应尽可能采 用透明传输的方式，即配电网应用层数据直接从末端节 点上送配电调度中心。 该方 式不需设立配网子站，省去了配网子站的 中间数据处理环节，并减少了相应的维护工 作量。在该方式下，配电终端对配电调度中心是透明的，配电管理系统可以更及时、 准确的得 到各种信息并作出最快的反映，以满足数字化配电网的需求。而采用透明传输，就要

48、求配电终端到配电控制中心的各环节使用同一种传输协议，而目前最好的通信协议为TCP/IP协议。TCP/IP协议分别定义于传输层和网络 层,与具体的通信媒体、 介质和底层协议 无关,因而可以构造在不同类型的通信方 式上，组成一个ALL IP的通信网络平台。3.6数字化配电网通信系统结构根据上述分析，本文认为 数字化配电网通信网络结构应为一个四层 的透明传输 方式的网络，根据通信系统的常用设计原则，可简单划为 应用层、核心层、 汇聚层 和接入层四层，每层根据当地目前通信网络情况,可以采用相同或不同的通信技术及设备，以满足配网管理系统 的需求。用*行用户HOkV电站数字化配电网通信网架361应用传输层

49、实现电力公司（主站系统内部间各计算机系统、工作站、配网自动化各类管理系统之间的通信，是是配电通信网传输信息的最终应用部分。实现功能针对配网通信系统传输上来的各类配网信息进行处理和应用，并下发各类控制 信息，用于配网各类设备的控制和管理通讯方式:他们一般通过局域网相连，它们相互之间的通信为用户级通信。该类信息主要 通过调度中心内部通信网络实现,多采用LAN技术,双绞线 连接，采用TCP/IP协议 传输，多用RS232接口,本文不做专门讨论。362核心传输层（主站级通信实现主要信息汇集节点的数据传输，是配电通信网传输的核心部 分。一个完整 的配电管理系统主要包括配电自动化主站、配电自动化 子站、远

50、方监控单元三个部分。主站和主站间、主站和子站间通信有 共同特点，所传递的信息类型相似，其中 一方必为计算机系统，另一方为计算机系统或其他监控单元。该层通信系统的另一 个特点是各节 点间通信距离比较远，可能为几公里，甚至几十公里。实现功能配电调度中心与管辖的子站、变电站之间的数据交换。子站与变电站之间的数据交换。配电主（子站系统和调度自动化系统之间的数据交换。配电主（子站系统和变电站综合自动化系统或变电站远方终端FTU之间的数据交换通讯方式由于通信距离较远，传输信息量较大，该层各节点间多采用双向 光纤环网联接， 是核心传输层的主要组成部分。核心传输层连接配网中的配电调度中心、配电区域控制中心、

51、变电站以及各 通讯子站,是配电通信网传输的核心部分。网络结构为光纤环形网或网格拓扑，对业务的安全性、网络可靠性要求高。网络节 点业务容 量大、电路调度频繁。网间业务多以 2M为规划单位。363汇聚传输层（子站级通 信汇聚传输层负责将一定区域内的接入设备进行集中上送。该层的特点是各通信节点间通信距离短、通信采集点多、数据量较小。实现功能实现通信子站与开闭所内的多介质数据通信控制器的数据交换。子站（多介质通信控制器和对柱上FTU、TTU （配变监测单元和电量计费通信控制器之间的配 电数据网络通信。通讯方式汇聚层的通讯介质种类较多，由于汇聚层由具有重要意义的通信子站节点、通 信集中控制器或其它节点构

52、成，负责一定区域内的上聚和疏导,要求具有多协议接入 能力,必须具备有良好的可扩展性，适应今后网络结构、网络容量的变化。364接入传输层（现场设备级通信接入层负责接入测控终端。实现功能包括FTU、DTU、TTU等执行配电业务的终端设备，馈线远方终端FTU相 互间的通信,配电变压器远方终端TTU相互间的通信,以及FTU和TTU之间的通 信，抄表集中器和用户表计之间的通信等。通讯方式末端的节点设备应尽可能基于IP。由于末端结构易变，发展迅速，要求节点具 有强大的组网能力多介质数据通信网，实现汇聚传输层和接入传输层的功能，即监控设备数据的 汇集与传输。接入层传输网节点数目多，扩容频繁,单个节点的业务量相对较小，对 网络的可扩展性和设备性能价格比要求较高。由于位于网络末端，设备体积要求 小、配臵灵活，具有多业务 传输能力。第四章数字化配电网通信网络传输方式选择4.1数字化配电网的通信需求分析从第2章数字化配电网管理系统的主要功能来看，配电网管理系 统所需的数据 可分成两种主要类别：1. 静态数据或结构性数据。该类数据说明