淺談電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中通信方式并存的可行性

【摘要】配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的通信技術(shù)是其關(guān)鍵的核心技術(shù)，只有可靠穩(wěn)定的通信系統(tǒng)，才能夠保障配電網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。文章介紹了EPON技術(shù)和GPRS技術(shù)，分析了其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，對其在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中的可行性運(yùn)行進(jìn)行了剖析，建立了以EPON通信技術(shù)為主，GPRS無線通信為輔的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，使供電配網(wǎng)自動化水平得到很大提高，保障了供電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】配網(wǎng)自動化系統(tǒng)；通信系統(tǒng)；EPON；GPRS

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)取得了長足的進(jìn)步。但是在配電網(wǎng)自動化的建設(shè)過程中，仍然存在著許多問題。而通信系統(tǒng)作為配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)支撐，是自動化體系的重要組成部分。通信技術(shù)的發(fā)展直接制約著配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，一直是配電網(wǎng)自動化智能化發(fā)展的“瓶頸”所在。目前，在我國絕大部分地區(qū)，都已經(jīng)在35kV及以上的變電站之間實(shí)現(xiàn)了光纖覆蓋，可以實(shí)現(xiàn)變電站到主站的信息傳輸以及光環(huán)網(wǎng)自愈功能，但是無法完整的覆蓋配電網(wǎng)的末端通信網(wǎng)。由于配電網(wǎng)絡(luò)的交錯(cuò)復(fù)雜，不僅主線實(shí)現(xiàn)手拉手，分支也有部分實(shí)現(xiàn)手拉手的網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)。使電力電纜溝道鋪設(shè)時(shí)也無法預(yù)埋光纜。各地區(qū)配電子站與配電終端間的信息通信方式各具特色，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與模式，這在很大程度上制約著配電自動化通信系統(tǒng)建設(shè)的順利實(shí)施。具體來說，通信系統(tǒng)分為兩層，第一層是主站跟子站之間的通信；第二層是配電終端與子站之間的通信，而這一層也就是本文研究的重點(diǎn)。由于配電終端具有點(diǎn)多面廣，環(huán)境多變等特點(diǎn)，單一的通信技術(shù)很難滿足需要。針對配電網(wǎng)通信系統(tǒng)中存在的這些問題，結(jié)合江蘇連云港供電公司的配網(wǎng)自動化現(xiàn)狀。本文通過采用以EPON為主，GPRS為輔的通信方式來設(shè)計(jì)多種通信方式并存的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)來解決這些問題，該通信技術(shù)的選擇也符合當(dāng)前的發(fā)展趨勢。

1.EPON技術(shù)分析

1.1 EPON技術(shù)原理

EPON系統(tǒng)的組成分為3個(gè)部分：OLT（光線路終端），ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）和ODN（光分配網(wǎng)），其中ODN是連接OLT和ONU的由光纖和無源分光器組成的部分，具有星形、環(huán)線和總線形等結(jié)構(gòu)。其原理框圖如圖1所示。

OLT一般放置在主站端，由主干光纜與其他部分相連，相當(dāng)于路由器或交換機(jī)的作用，并且具有實(shí)時(shí)監(jiān)控管理及維護(hù)的功能。無源分光器結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，一般具有多種分路比，還可以多級連接。ONU主要實(shí)現(xiàn)信息之間的光電轉(zhuǎn)換以及各類業(yè)務(wù)的接入。ODN由一個(gè)或者多個(gè)無源分光器（POS）組成，主要進(jìn)行下行數(shù)據(jù)的分發(fā)以及上行數(shù)據(jù)的收集。在EPON中，從OLT傳輸?shù)絆NU的下行數(shù)據(jù)一般采用TDM廣播模式，ODN將OLT廣播出來的所有下行數(shù)據(jù)分配給每個(gè)ONU，但是每個(gè)ONU只讀取出自己需要的信號。相反，從ONU傳輸?shù)絆LT的上行數(shù)據(jù)一般采用時(shí)分多址（TDMA）方式。所有ONU根據(jù)設(shè)備設(shè)定的時(shí)隙發(fā)送信號（即突發(fā)發(fā)射），通過ODN進(jìn)行匯、仲裁、然后再傳入OLT，由OLT進(jìn)行處理。在EPON技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，分光器的級數(shù)以及分光比的選擇是一項(xiàng)十分重要的工作。EPON系統(tǒng)并沒有在理論上對于分光器級數(shù)和分光比進(jìn)行限制，只是規(guī)定每個(gè)ONU的光通道衰減≤24dB即可。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)然是分光器級數(shù)越多越能節(jié)省主干光纖數(shù)量，但是級數(shù)過多同樣也將帶來損耗的增加，使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變復(fù)雜，因此ODN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化就十分必要。同時(shí)，當(dāng)后期累加ONU時(shí)還需考慮擴(kuò)容等問題，因此需要預(yù)留出光纖通道和光功率預(yù)算。ODN的光衰減與光纖長度、分光器數(shù)量、光活動連接器數(shù)量、光纜熔接頭數(shù)量等因素有關(guān)，設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該控制ODN的最大衰減值，并符合OLT、ONU的光功率衰減要求。ODN光通道衰減定義為最遠(yuǎn)一級的OLT和ONU之間的所有設(shè)備的衰減總和，光通道計(jì)算模型如圖2所示。

其衰減計(jì)算公式為：

ODN衰減= （1）

在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)滿足：

ODN衰減+Mc≤系統(tǒng)允許衰減 （2）

式中：是光通道n段光纖衰減總和；是m個(gè)光活動連接器衰減之和；是p個(gè)光纜熔接頭衰減之和；是h個(gè)分光器衰減之和；Mc是光纖富余度（當(dāng)傳輸距離≤5km時(shí)，Mc≥1dB；當(dāng)傳輸距離≤10km時(shí)，Mc≥2dB；當(dāng)傳輸距離>10km時(shí)，Mc≥3dB）。

1.2 EPON技術(shù)用于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的可行性分析

（1）通信介質(zhì)分析。目前，我國的電網(wǎng)已經(jīng)建成了以光纖通信為主的電力調(diào)度網(wǎng)，所有35kV及以上變電站已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)光纖全覆蓋，不管采用的是哪種光纖，只要是單模介質(zhì)，EPON系統(tǒng)都能應(yīng)用。所以，采用EPON通信系統(tǒng)對現(xiàn)有的配網(wǎng)系統(tǒng)具有很好的兼容性。

（2）帶寬及接口要求分析。目前，我國新建的配電網(wǎng)通信終端均以RJ-45以太口接口為主，同時(shí)，配電終端節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大，分布廣泛且相互間通信距離較短，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信數(shù)據(jù)量較小，實(shí)現(xiàn)性較強(qiáng)，而不同的配電終端對速率的要求各不相同。但是，EPON可提供1.25Gbit/s的帶寬，同時(shí)對帶寬的分配有完整的體系，因此足以滿足要求。

（3）組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析。只有當(dāng)通信系統(tǒng)的拓?fù)浣M網(wǎng)結(jié)構(gòu)跟配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相似時(shí)，才能最大程度的節(jié)約成本，不需另辟通信管道，而EPON的組網(wǎng)模式均適應(yīng)于配電網(wǎng)單鏈?zhǔn)健⑹掷汁h(huán)網(wǎng)式等多種接線方式，組網(wǎng)靈活。

除此之外，在EPON系統(tǒng)中，每個(gè)ONU設(shè)備均收到OLT以廣播方式發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且POS端連接的各個(gè)ONU是以并聯(lián)的方式存在的，所以當(dāng)分支光纖。POS端口或者ONU中任一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，均不會影響其他ONU的正常工作情況，具有很好的安全性。EPON還能對于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中不同系統(tǒng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離，針對這些系統(tǒng)中的信息安全問題，EPON都能找到切實(shí)可行的解決辦法。

2.GPRS無線公網(wǎng)通信技術(shù)及在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的可行性分析

2.1 GPRS技術(shù)原理

GPRS技術(shù)是通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，為用戶提供中速的數(shù)據(jù)傳遞的一種無線通信技術(shù)。與其他通信方式相比，無線公網(wǎng)通信無需鋪設(shè)光纜，建設(shè)成本低、維護(hù)方便、覆蓋范圍廣、能實(shí)時(shí)傳輸，適合在無線覆蓋完整且信號優(yōu)良的地方使用。但是其安全性、可靠性略顯不足。不過，無線通信技術(shù)特別是GPRS技術(shù)在配電網(wǎng)中應(yīng)用很廣。現(xiàn)有的GPRS通信網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中加入GGSN和SGSN來實(shí)現(xiàn)端到端的，廣域的無線IP連接。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)可分為3個(gè)部分：端站設(shè)備、GPRS網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在圖3中，端站的數(shù)據(jù)由GSM基站先傳到SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)），再由SGSN與GGSN （GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行通信，由GGSN對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后再發(fā)送給各配電終端或下級通信網(wǎng)絡(luò)。如InternetX2.5網(wǎng)絡(luò)，來自配電終端的數(shù)據(jù)流則先上傳給GGSN，再由GGSN轉(zhuǎn)發(fā)給SGSN，繼而轉(zhuǎn)發(fā)給端站設(shè)備，所以SGSN在GPRS網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，起著承上啟下的作用。

2.2 GPRS通信技術(shù)用于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的可行性分析

GPRS技術(shù)突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)，通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的開閉所、小區(qū)變、臺變以及住上開關(guān)，進(jìn)行部分改造就能實(shí)現(xiàn)分組交換，減少了鋪設(shè)通道建設(shè)的大量費(fèi)用，投入較低。而且，后期可以由電信部門進(jìn)行維護(hù)。同時(shí)，GPRS采用以數(shù)據(jù)流量的計(jì)費(fèi)方式，傳輸速率可達(dá)115Kb/s，還支持雙向傳輸。最重要的一點(diǎn)是資源豐富，覆蓋范圍很廣。所以GPRS通信技術(shù)在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)建設(shè)中有著較大的發(fā)展前景。目前也已經(jīng)在我國部分地方的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。

3.多種通信方式并存的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)

以江蘇省連云港供電公司配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的探索為例。介紹結(jié)合EPON和GPRS通信技術(shù)的多種通信方式共存的通信系統(tǒng)的建設(shè)。如建成后的配網(wǎng)自動化水平將得到很大的提高，一個(gè)中、低壓配電系統(tǒng)的電力狀態(tài)綜合實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺將得以建立，保障供電系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、高效的運(yùn)行。總體而言，通信系統(tǒng)的建設(shè)取決于配電網(wǎng)的整體規(guī)劃，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及將要達(dá)到的預(yù)期自動化水平等。因地制宜，采用多種通信技術(shù)相配合的方式，以安全、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)為目的來進(jìn)行建設(shè)。具體而言，配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的建設(shè)要求主要包括以下幾個(gè)方面：①抗干擾能力強(qiáng)以及防雷，防過電壓；②通信速率；③經(jīng)濟(jì)性；④建立備用通信通道和確保在停電或故障時(shí)能正常通信；⑤雙向通信能力及其可擴(kuò)展性。（下轉(zhuǎn)第155頁）（上接第82頁）

4.配網(wǎng)通信綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的建設(shè)

通信方式并存的通信系統(tǒng)需要有一個(gè)結(jié)構(gòu)化綜合網(wǎng)管系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對不同類型的通信設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)管。因而，在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中建設(shè)一個(gè)能監(jiān)控EPON與GPRS兩種通信方式的綜合網(wǎng)管系統(tǒng)就顯得十分重要。該系統(tǒng)主要包括一體化采集平臺，系統(tǒng)綜合監(jiān)視模塊和通信資源模塊。其軟件基本結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。通過該通信系統(tǒng)，主站能很好地實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化的“三遙”功能，實(shí)時(shí)監(jiān)視線路電流、電壓、有功和無功功率、電能質(zhì)量以及電氣設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)電能的分項(xiàng)計(jì)量，建立能耗動態(tài)數(shù)據(jù)平臺，還能實(shí)現(xiàn)故障或擾動錄波、自動故障定位與隔離的功能。

5.結(jié)論

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的建設(shè)是國家電網(wǎng)公司發(fā)展智能電網(wǎng)的重要部分。也是建設(shè)一流配電網(wǎng)的必要條件之一。堅(jiān)強(qiáng)配網(wǎng)以網(wǎng)絡(luò)合理分布，容量合理分配，調(diào)度靈活為基本條件。配網(wǎng)自動化實(shí)現(xiàn)是配網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行的基本保障。目前，國內(nèi)并沒有形成統(tǒng)一的通信系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，本文通過對EPON和GPRS技術(shù)的介紹以及將其初步應(yīng)用到江蘇連云港供電公司的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)這一實(shí)例，來說明EPON通信技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的可行性及優(yōu)勢所在，該技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。此外通過此實(shí)例也說明了建設(shè)多種通信手段并存的通信系統(tǒng)也是未來發(fā)展配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的大勢所趨。

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