【正文】 研究背景 我國長期處于用電負荷高速增長，城市化進程導致配電網絡結構快速變化的狀態(tài)，加上電力工業(yè)過去長期以來存在的“重發(fā)、輕供、不管用”的主觀傾向，導致目前配電設備陳舊、自動化程度差、網架結構薄弱的配電網現(xiàn)狀。經濟的發(fā)展對配電網自動化提出了更高的要求，配電網自動化也是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。隨著我國配電網自動化試點工程的逐步實施，認識得到了進一步提高，人們對系統(tǒng)可靠性、功能實用性、技術穩(wěn)定性的思考更深入、更加實際了。配網自動化逐步發(fā)展成為供電企業(yè)實用化的、必不可少的一種生產手段。 配電系 統(tǒng)屬于電力接入網絡，其作用是分配電能，通常由 110kV以下電壓的線路和設備構成。配電網可按照電壓等級分為高壓配電網（ 35~110KV）、中壓配電網（ 10KV）和低壓配電網（ 380/220V），配網自動化特指 10kV及以下的中壓配電網自動化。配網自動化是一項系統(tǒng)工程，完整的配電網自動化系統(tǒng)包含了四個主要環(huán)節(jié)：供電網絡、遠動系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、主站網絡。 配網自動化系統(tǒng)的基本構成：配網自動化系統(tǒng)是一項系統(tǒng)工程，它大致可分為三個子系統(tǒng)：配網自動化主站系統(tǒng)；配網自動化子站系統(tǒng)；配網自動化終端。實施配網自動化的首要目標 是提高配電網的供電可靠性，實現(xiàn)高度可靠的配網自動化系統(tǒng)要遵循原則：具有可靠的電源點，具有可靠的配電網網架（規(guī)劃、布局、線路），具有可靠的設備（一次智能化開關、二次戶外 FTU、 TTU等），具有可靠的通信系統(tǒng)（通信介質、設備），具有可靠的主站、子站系統(tǒng)（計算機硬件、軟件、網絡）。 配電網覆蓋面積廣，技術和實施手段多樣化，設備所處環(huán)境也非常復雜，系統(tǒng)建設周期長且難度極大，如何選擇合適的通信技術將成為配電自動化改造的關鍵。 國內外配電網通信現(xiàn)狀及存在問題 國外配電網通信現(xiàn)狀 國外從 20世紀 70年代就開始了配電自動化技術及產品的研究和開發(fā)，在日本、北美和歐洲已進行了大面積推廣。相比較而言，日本、美國自動化系統(tǒng)的覆蓋面積廣，歐洲相對少。 日本配電網以架空線路為主，架空線路易受環(huán)境、氣候等自然因素和外力撞桿、斷線等人為因素影響，為了保證高供電可靠性要求，研發(fā)了各種就地控制方式和配電線路柱上開關的遠方監(jiān)視和控制裝置，構成網格式配電網絡，實現(xiàn)故障后按時限自動順序送電。通信方式最早以雙絞線、音頻電纜為主，少量的電力線載波方式 。隨著光纜成本的降低，最近幾年光纖應用在增多。 美國的配電網與日本基本相同，架空線路 為多。在配電網自動化系統(tǒng)中通信方式主要采用無線通信，特別是擴頻通信技術，由于可靠性高、保密性好，不需要許可證，在各個電力公司得到廣泛應用。只有無線通信質量得不到保證時，因地制宜的采用光纖或專線電話通信。 歐洲配電自動化系統(tǒng)的應用率遠不及日本和美國，原因是歐洲配電網以電纜線路為主。由于電纜線路基本不受上述架空線路中環(huán)境、氣候、可靠性等外界因素影響，所以即使沒有自動化手段的支持，也能獲得高供電可靠性，但是電纜線路的造價要遠高于架空線路。但在20 世紀 80 年代以后也得到了較多應用，其中有代表性的是英國 EME 電力公司 、意大利國家電力公司 (ENEL)、法國電力公司 (EDF)、荷蘭 (EDON)、愛爾蘭 (EsB)、德國 (vEM)以及比利時、西班牙、丹麥、芬蘭等國的配電網自動化系統(tǒng)應用。主要的通信方式是無線公網、無線電臺、電話線及載波通信從國外配電自動化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒有一種通信技術可以很好地滿足配電系統(tǒng)自動化所有層次的需要。在一個配電自動化系統(tǒng)中，通常由多種通信技術組合成綜合的通信系統(tǒng)各個層次按實際需求采用合適的通信方式 國內配電網通信現(xiàn)狀 在配網方面，國家電網公司 6~35kV配電網線路共計 萬條，總長 萬公里，為實現(xiàn)自動抄表、配網管理、用戶雙向通信等功能，公司范圍內的 13 個網省在部分地市開展了相關系統(tǒng)建設，配網通信系統(tǒng)的建設綜合利用電力線通信 (PLC)、 GPRS、 CDMA、23OMhz 無線電專網等多種方式，形式多樣，但缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃設計和功能規(guī)范，各地的發(fā)展均存在一定的局限性。 目前，國家電網公司的電力通信專網已頗具規(guī)模， MSTP/SDH 技術得到廣泛應用，基本建設了覆蓋到各級變電站的光纖骨干網。據(jù)統(tǒng)計，光纖覆蓋了 95%以上的 110/IOkV變電站和 75%以上的 35/10kV變電站，并且具備向下延伸的能力。 35kV及以上的中高壓配電網采用電力專用光纖網絡，通信問題基本解決。而 10kV及以下的中低壓配電網通信尚待解決，也是制約配電自動化系統(tǒng)的關鍵和難點。在電力負荷控制系統(tǒng)和大用戶遠程抄表系統(tǒng)中采用23OMHz 無線專用通道和 GPRS/CDMA公網通信技術 。配電自動化系統(tǒng)使用光 (Modem)，少量使用光纖通信方式 (xPON 無源光網絡技術 )和 23OMHz 專用無線通信方式 。低壓抄表通信方式多使用窄帶電力線載波 PLC、短距離無線通信、 EIARS485雙絞線等通信方式。 23OMHz專用無線 通信方式帶寬有限，用于點對多點業(yè)務，難以用于時間敏感的業(yè)務應用 。光 M通信方式沒有充分利用光纖資源，可靠性和實時性得不到保障 。GPRS/CDMA公網通信技術不適用于配電網干線通信，在安全性、穩(wěn)定性、實時性方面尚無法得到可靠保證，并且難以適應時間敏感的保護與控制業(yè)務且要支付運行費用 。標準光纖以太網不支持環(huán)網功能。目前干線 通信沒有統(tǒng)一高效經濟的傳輸交換和接入平臺，也不支持數(shù)據(jù)加密、優(yōu)先級業(yè)務傳輸 。配電網接入通信協(xié)議多種多樣，使得配電通信網接入更為復雜。這些問題的存在增加了配電通信網運行維護成本。 總體來看 ，我國建設的配電自動化系統(tǒng)不少是試驗性工程，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，特別是實用性有待考驗。系統(tǒng)單位投資過大，阻礙配電自動化的推廣。 主要研究內容 小結 為保證安全、經濟地發(fā)供電、合理分配電能、保證電力質量指標，防止和及時處理系統(tǒng)事故，就要求集中管理、統(tǒng)一調度，因此電力系統(tǒng)必須要有一個能夠提供特殊保障性服務的通信系統(tǒng)做支撐。優(yōu)質可靠的通信手段是電網安全穩(wěn)定發(fā)電和供電的基礎，而電力通信的理結構和服務對象決定了電力通信與電網密不可分。在電力系統(tǒng)中電力通信一直是不可疏忽的環(huán)節(jié)，它不但關系著電網的安全穩(wěn) 定運行，而且還為各種信息系統(tǒng)提供了通道，成為建設數(shù)字化電網的基礎。 做為行業(yè)性的專用通信網 , 電力通信是隨電力系統(tǒng)的發(fā)展需要而逐步形成和發(fā)展的。它主要用來緩解公網發(fā)展緩慢而造成的通信能力不足和填補公網難以滿足的一些電力部門特殊的通信需求。電力專用通信系統(tǒng)和電力安全穩(wěn)定控 制系統(tǒng)、電力調度自動化系統(tǒng)合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的三大支柱。 在電力通信傳送網中，電力通信業(yè)務是電力網安全、可靠、穩(wěn)定運行的重要保障。隨著電力通信傳送網規(guī)模的不斷擴大發(fā)展，各種電力通信業(yè)務也在飛速的發(fā)展，很多電力通信業(yè)務對電力通信傳送網的可 靠性和時延性要求也越來越高 。 電力通信已成為電力系統(tǒng)的有機組成部分，目前并沒有成熟的通信架構和相應的通信技術能滿足智能電網對于通信的新需求。電力通信業(yè)務已廣泛應用各種通信技術，隨著電網向智能電網的發(fā)展和企業(yè)信息化進一步發(fā)展，對電力通信提出了高帶寬、高可靠性、容災、廣覆蓋等新的需求。 中國電力通信網現(xiàn)狀是“高壓強、低壓弱”，發(fā)展智能電網已提升為國家戰(zhàn)略。智能電網通信未來建設重點是配用電自動化。隨著城區(qū)配電網的結構越來越復雜 , 對可靠性的要求越來越高。由于城網建設相對落后 , 相關技術的應用相對滯后 , 而實現(xiàn)配電 網自動化的關鍵是電力系統(tǒng)通信方式的選擇 , 電力系統(tǒng)通信業(yè)務的分類 電力系統(tǒng)通信業(yè)務根據(jù)其功能、特點主要分為電網運行和企業(yè)管理業(yè)務。電網運行類業(yè) 務又分為運行控制業(yè)務和運行信息業(yè)務；企業(yè)管理類業(yè)務又分為信息業(yè)務和辦公業(yè)務。這些業(yè)務都依賴通信網絡的支撐，但對通信的要求又不盡一致。 運行控制業(yè)務作為電網控制的一個環(huán)節(jié)，直接關系到電網安全，由于此類業(yè)務對通信傳輸時延、通道可靠性要求極高，目前主要使用電力通信專網。該類業(yè)務主要有繼電保護、安全穩(wěn)定裝置、調度自動化等。 電力通信的業(yè) 務可劃分為關鍵運行業(yè)務和事務管理業(yè)務兩大類。關鍵運行業(yè)務是指遠動信號、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、繼電保護信號和調度電話等 。 事務管理業(yè)務包括行政電話、會議電話和會議電視、管理信息數(shù)據(jù)等。配網自動化通信系統(tǒng)是配網自動化系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié) , 是配電網自動化的神經系統(tǒng)。配電網運行數(shù)據(jù)的采集、配電網運行狀態(tài)的改變、配電網的優(yōu)化均通過通信系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)對通信技術的要求 配電自動化監(jiān)控和管理系統(tǒng)對配電通信系統(tǒng)的要求有 : （ 1）可靠性：為保障配電業(yè)務的可靠運行，承擔監(jiān)測信息采集和操控命令下 發(fā)任務的配電網通信系統(tǒng)必須具有高可靠性，具有較強的抗單點 /多點失效能力，關鍵的業(yè)務節(jié)點（配電所、配電線路）要有鏈路冗余保護。 （ 2）安全性：配電網屬于電力通信網接入層面，保證通信安全性、保密性對電力業(yè)務安全非常重要，通信網要能抵御黑客或病毒攻擊，網絡的物理隔離非常必要，專網是主要的建設思路。 （ 3）業(yè)務能力：能夠滿足配電網絡對通信管道雙向高帶寬、實時性的要求，符合各種電力通信規(guī)約，支持各種配電自動化終端設備主流接口，實現(xiàn)配網設備與通信系統(tǒng)的無縫對接。 （ 4）適應性：通信系統(tǒng)需適應電力應用場景的需求，通信設備 部署符合配電網網架結構，適應復雜的溫度、濕度、雨雪等室內外環(huán)境，具有抗電磁干擾能力，支持各種常見的電力場景電源。 （ 5）靈活、易擴展：隨著地方經濟的發(fā)展，配電網拓撲持續(xù)擴展更新，與之同步，通信系統(tǒng)的部署也應該具有靈活、易擴展的特性。 （ 6）經濟性：由于配電網覆蓋面積大，終端站點數(shù)量眾多，地理位置相對分散等特點，通信技術、設備的選擇應 配電網方面，配電網自動化系統(tǒng)遙信、遙測、遙控數(shù)據(jù)要求帶寬很小，但數(shù)量龐大。配電網設備大多安裝在線路上和配電房掛式柜中，操作空間狹窄，要求配電網通信設備能夠便 于安裝和調試，減少 日常維護量；又因配電網通信覆蓋面廣，通信設備必須具有遠程管理功能。同時，配電網通信設備大多安裝在室外，自然環(huán)境惡劣，要求設備具有工業(yè)級標準，能夠承受要求較高的溫度、濕度并具有防雷功能。 這類業(yè)務應用的通信發(fā)展方向為數(shù)據(jù)傳輸時延更短，將縮短至毫秒量級；帶寬更高，將達到幾兆甚至幾十兆；路徑要可控、通信路由要更可靠，電網控制業(yè)務的路由必須是全程全網的管控，通信傳輸?shù)臅r間參數(shù)將成為電網控制