通信自動化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的分析與應用

劉芝夢

摘? 要：作為配電網(wǎng)中信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉屑~，通信自動化系統(tǒng)的可靠性對配電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性具有重要影響。文章比較了配電網(wǎng)通信方式，并基于光纖通信方式，利用OFDM調(diào)制技術(shù)，設計了通信自動化系統(tǒng)，應用結(jié)果表明，該系統(tǒng)信號定義明確，接線簡單，通信質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：通信自動化;配電網(wǎng);OFDM技術(shù);應用

中圖分類號：TM76? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0177-02

Abstract： As the hub of information and data transmission in distribution network， the reliability of communication automation system has an important impact on the security and stability of distribution network. In this paper， the communication modes of distribution network are compared， and based on the optical fiber communication mode， the communication automation system is designed by using OFDM modulation technology. The application results show that the system has the advantages of clear signal definition， simple wiring and good communication quality.

Keywords： communication automation; distribution network; OFDM technology; application

引言

近年來，我國電力行業(yè)的配電網(wǎng)正逐步向智能化方向發(fā)展，配電網(wǎng)自動化業(yè)務種類越來越多，且對配電網(wǎng)通信技術(shù)提出了更高的要求。在當前形勢下，電力企業(yè)應當在全面分析各種通信技術(shù)特點、性能和技術(shù)要求的基礎上，合理選擇配電網(wǎng)通信自動化技術(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)。

1 配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)的基本要求

對于配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)構(gòu)建而言，其中主要包括網(wǎng)絡技術(shù)、傳輸介質(zhì)、通信設備等都受到了限制，應充分考慮網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及相關(guān)設備的選擇，應適合配電網(wǎng)系統(tǒng)的特點、建設規(guī)模、具體業(yè)務需求和未來發(fā)展需求。但是，對于具體的項目而言，假如無線專網(wǎng)覆蓋范圍自身具有生產(chǎn)控制區(qū)終端，另外又涵蓋了管理信息區(qū)的終端，但是基于當前無線系統(tǒng)本身的特點來說，在數(shù)據(jù)信息采集之中幾乎無法將采集到的數(shù)據(jù)信息來進行業(yè)務區(qū)分，網(wǎng)絡應該運用數(shù)據(jù)信息匯總來進行核心交換機的方式，防火墻傳輸?shù)脚潆娮詣踊陀嬃孔詣踊到y(tǒng)。

在實踐過程中，為了能夠達成用戶業(yè)務量的增加以及業(yè)務的不斷拓展，本文主要是探討配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)，同時也將經(jīng)濟合作原則具體分析，在此過程中，運用當前現(xiàn)代化的通信技術(shù)方式，不斷增強數(shù)據(jù)和信息的傳統(tǒng)質(zhì)量與效率提升，與此同時也能夠有效的縮短項目建設周期。配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)在構(gòu)建過程中，需要不斷的滿足配電網(wǎng)與通信的需求，具有安全性和可靠性高、速度快、帶寬科學、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理、覆蓋范圍廣、接入靈活等特點確保所提出的配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟和效率。在建立通信網(wǎng)絡系統(tǒng)時，需要充分考慮如下的三個方面，比如說有效的運用接口組網(wǎng)的經(jīng)濟條件，運用當前有網(wǎng)絡技術(shù)相對應的組網(wǎng)方式，在此過程中，需要有效的運用當前的資源與技術(shù)方式，進而來保障系統(tǒng)建設的協(xié)調(diào)性。充分考慮配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)募皶r性，確保數(shù)據(jù)和信息的安全性和可靠性，子網(wǎng)之間使用不同的通信方法。

2 配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)的構(gòu)建與實踐

2.1 配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)架構(gòu)

電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包括三層：主站系統(tǒng)層、通信系統(tǒng)層和終端系統(tǒng)層。一般采用光纖通信技術(shù)，接入通信網(wǎng)的功能是實現(xiàn)從終端層到配電網(wǎng)各通信分站的通信，可用的技術(shù)手段包括光纖通信技術(shù)，載波通信技術(shù)和無線通信技術(shù)。

2.2 配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)各層設計要點

2.2.1 核心層設計要點

根據(jù)相關(guān)調(diào)查，我們了解到，當前國內(nèi)一些供電局已經(jīng)開啟了關(guān)于通信網(wǎng)絡中MSTP光纖傳輸網(wǎng)、綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)以及相關(guān)的調(diào)查網(wǎng)。從某種程度上來說，各通信分站幾乎實現(xiàn)了光纖全覆蓋，因此，大多數(shù)通信分站都位于變電站內(nèi)。通過綜合分析，核心層的主要任務是將業(yè)務處理從分站傳送到配網(wǎng)主站，主要是由MSTP光纖來進行傳輸網(wǎng)與相關(guān)技術(shù)的達成，其中最為核心的內(nèi)容則是通信組網(wǎng)之中，運用MSTP光纖傳統(tǒng)網(wǎng)來進行業(yè)務信息與數(shù)據(jù)的達成。通常來說，一旦通信分站中MSTP中含有空閑端口之中，則能夠運用MSTP光傳輸技術(shù)與設備板卡之中。在技術(shù)完成之中，主要是運用SDH或者是MSTP網(wǎng)絡系統(tǒng)則將其變電站配電網(wǎng)中采集的相關(guān)業(yè)務數(shù)據(jù)發(fā)送到電力調(diào)度中心和調(diào)度中心的MSTP設備落地業(yè)務，利用工業(yè)以太網(wǎng)將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送到配電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)。

2.2.2 接入層設計要點

配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復雜，電氣設備和分支線路數(shù)量較多，具有終端分布廣的特點;而無線通信覆蓋范圍廣，具有組網(wǎng)靈活、架構(gòu)方便、終端接入簡單等優(yōu)點。在無線專用網(wǎng)中實現(xiàn)VLAN有兩種方法：一種是基于IP連接，即為不同的終端劃分不同的IP網(wǎng)段;另一種是基于MAC地址。從實踐中可以看出，由于每個終端MAC地址都有其獨特的特點，可以根據(jù)終端MAC地址對VLAN進行有效的劃分。具體操作如下：（1）在無線專網(wǎng)交換機上指定準確的物理接口，并與VPN網(wǎng)絡一一對應。（2）利用現(xiàn)代無線專用網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設備實現(xiàn)接入終端VLAN劃分有兩種方式，即IP網(wǎng)段劃分和MAC地址綁定，這兩種方式是根據(jù)實際情況選擇的。（3）無線專用網(wǎng)VLAN網(wǎng)絡與電力VPN網(wǎng)絡有效互聯(lián)。由于配電網(wǎng)只是一個傳輸通道，需要將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)讲煌南到y(tǒng)中，然后進行縱向和橫向的安全隔離。

2.2.3 終端層設計要點

對于終端層而言，該層設備需安裝CPE，基本要求如下：CPE電源為24V，采用DC供電模式，由DTU提供，并且要保證停電時利用DTU蓄電池供電（CPE與DTU之間通過網(wǎng)線相連）。如果有現(xiàn)成的建筑結(jié)構(gòu)可以利用，則CPE可以置于室內(nèi)適當?shù)奈恢?，將天線安裝在屋頂抱桿之上;如果沒有現(xiàn)成的建筑結(jié)構(gòu)可以利用，則在環(huán)網(wǎng)柜周圍加裝落地3m左右的抱桿，并且將CPE置于環(huán)網(wǎng)柜中，將天線固定在抱桿之上。由實踐可知，由于DTU供電功率會受到環(huán)網(wǎng)柜空間的限制，因此，每一個配電網(wǎng)終端都經(jīng)CPE接入。

3 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)實例概況

某供電公司，負責轄區(qū)內(nèi)14個縣區(qū)的供電規(guī)劃、運行和維護工作，服務客戶超過1000萬人，擁有35kV以上變電站超過100座，輸電線路超過300條。雖然當前配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)可以基本滿足該供電公司的業(yè)務需求，但是仍存在以下影響供電質(zhì)量和可靠性的問題：

（1）在通信網(wǎng)絡城市光纜鋪設過程中，受城市破土施工等工程的限制，施工周期較長，存在終端通信入網(wǎng)覆蓋率較低的問題。（2）當前的終端通信入網(wǎng)技術(shù)較為落后，一定程度上限制了配用電業(yè)務的開展。但是，隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，對具有較高靈活改造能力、大容量的通信技術(shù)的需求越來越大。（3）當前配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡故障較多，相關(guān)運維工作量很大，網(wǎng)絡的維護成本高，綜合維護效率低，影響著供電的穩(wěn)定性和企業(yè)的經(jīng)濟效益。但是，隨著網(wǎng)絡的不斷延伸，配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)需要更可靠的設備和更合理的通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

4 光纖通信技術(shù)在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的具體應用

為了解決當前某供電公司存在的配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)問題。本公司在通信系統(tǒng)組網(wǎng)建設過程中采用了EPON技術(shù)。EPON技術(shù)作為一種光纖通信技術(shù)，具有無源特性、組網(wǎng)靈活等特點，不僅可以很好地適應光纜的走向，而且成本投入較低。下面將結(jié)合EPON不同組網(wǎng)方式在配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的應用展開分析研究。

4.1 配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)無保護組網(wǎng)方案

以某供電公司轄區(qū)內(nèi)某配電網(wǎng)絡為例，共有1個110kV變電站，5個10kV開閉所，采用鏈型組網(wǎng)部署。在該配電自動化網(wǎng)絡通信系統(tǒng)搭建過程中，首先將OLT設備放置在110kV變電站中，主要對其轄區(qū)內(nèi)所有監(jiān)控終端的實時數(shù)據(jù)進行采集，并實現(xiàn)終端與子站的通信。其次，在開閉站部署ONU設備，并借助無源分光器，將其連接在主干光纖上。為了滿足本企業(yè)靈活組網(wǎng)的要求，在ONU部署過程中，應確保各設備之間相互獨立，即便其中任何一個設備發(fā)生故障無法工作，其他設備仍可以正常運行。最后，采用24芯的OPPC復合光纜實現(xiàn)開閉站與變電站之間的網(wǎng)絡通信。為了減少主光路的損耗，可采用非均勻分光器實現(xiàn)網(wǎng)絡的多級分路?；谠摲绞?，通信網(wǎng)絡的主干光纖采用的是單鏈路網(wǎng)絡，不會產(chǎn)生多余光纜路由，因此無法提供網(wǎng)絡保護功能。

4.2 配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)全線路保護組網(wǎng)方案

基于同樣的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，全線路保護組網(wǎng)方案與無保護組網(wǎng)方案的區(qū)別在于開閉所的位置相對集中，采用星型組網(wǎng)部署。在對該配電自動化網(wǎng)絡進行通信系統(tǒng)搭建時，首先采用與鏈型結(jié)構(gòu)相同的部署方式，將OLT設備布置在變電站中。在ONU設備部署過程中，與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的鏈型結(jié)構(gòu)不同，采用雙PON口方式，并接入到變電站的OLT中。因此，變電站的OLT設備也具有了雙PON口功能，可以提供1：1的主干光纖保護功能。

4.3 配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)

保護組網(wǎng)方案：當配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中存在2個110kV變電站、5個10kV開閉所時，可以采用手拉手保護組網(wǎng)的方式提高通信線路的可靠性。即在2個110kV變電站中分別布置OLT設備，并實現(xiàn)所有ONU采集終端的實時工作數(shù)據(jù)的匯聚，完成與終端的通信，并借助以太網(wǎng)接口與主站實現(xiàn)通信?；诠饫w通信技術(shù)的手拉手保護配網(wǎng)方式，其結(jié)構(gòu)基本與配電網(wǎng)的輸電線路結(jié)構(gòu)一致，可以在不改變光纖網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的基礎上，對全光纖網(wǎng)絡進行保護倒換，實現(xiàn)多個OLT設備的同時工作，確保當任何OLT設備出現(xiàn)故障時，備用OLT設備仍然能正常實現(xiàn)與ONU設備的通信，有效提高配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)運行的可靠性。

5 結(jié)束語

通過對配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)的構(gòu)建與測試可以看出，現(xiàn)代化專網(wǎng)技術(shù)既可以滿足配電網(wǎng)通信自動化的需求，又可以滿足配電網(wǎng)在未來發(fā)展中的業(yè)務要求，表現(xiàn)出移動性、便捷性和靈活性等特點，應用效果非常顯著。同時，筆者認為，相關(guān)技術(shù)人員應當不斷地創(chuàng)新和改進組網(wǎng)技術(shù)。只有這樣，才能保持與時俱進，才能提高配電網(wǎng)通信自動化系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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