試論通信技術在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的運用

【摘要】通信網(wǎng)絡是智能電網(wǎng)的重要支持平臺，以往電力建設在通信網(wǎng)絡建設方面，重點放在偷電區(qū)域，造成了配電區(qū)域通信網(wǎng)絡基礎薄弱，制約配電網(wǎng)智能化發(fā)展。本文通過分析了智能配電通信網(wǎng)的特點及發(fā)展需求，對無源光網(wǎng)絡、無線WiMAX和電力線載波通信技術進行了分析，提出了配電通信網(wǎng)的組建方式和未來發(fā)展方向。

【關鍵詞】智能電網(wǎng)；通信技術；通信網(wǎng)絡

現(xiàn)代電網(wǎng)必須處于高效、穩(wěn)定、安全、可靠以及環(huán)保等狀態(tài)，才能滿足用戶和電力系統(tǒng)的需求，因此智能電網(wǎng)是當今社會發(fā)展的需要，是今后電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。通信網(wǎng)絡作為支撐智能電網(wǎng)建設的基礎，在電力系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡區(qū)域基本建成了覆蓋110kv及以上電壓等級廠站，及各級調(diào)度管理機構的光纖通信網(wǎng)絡。信息傳輸實現(xiàn)了光纖化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化。但在配電區(qū)域，由于點多面廣，只在局部區(qū)域內(nèi)，試點配網(wǎng)、自動化及通信網(wǎng)絡建設，難于全面推廣。配電區(qū)域通信系統(tǒng)一直以來缺乏規(guī)劃和重點建設，這成為了智能電網(wǎng)建設的瓶頸，制約了配電智能化建設。由于通信技術的進步和發(fā)展，為配網(wǎng)智能化建設提供了條件。其中無源光網(wǎng)絡技術成熟，新一代寬帶無線技術WiMAX已成規(guī)模應用，電力線載波采用與正交頻分復用技術，能夠提高傳輸帶寬和可靠性。

1.配電區(qū)域通信網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 通信網(wǎng)現(xiàn)狀

配電區(qū)域通信網(wǎng)主要與配電自動化系統(tǒng)配套建設，由于區(qū)域性試點和資金投人問題，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，電力通信基礎建設薄弱。目前，只在試點區(qū)域配電開關房、配電房，采用PON光纖專網(wǎng)為主，中壓電力線載波、無線公網(wǎng)（GPRS、CDMA）為輔的通信方式，整個配電通信網(wǎng)絡缺乏長遠規(guī)劃。

1.2 配網(wǎng)自動化對通信的需求

配網(wǎng)自動化數(shù)據(jù)類型主要分為狀態(tài)、測量和控制信息數(shù)據(jù)。狀態(tài)信息是指開關的分合狀態(tài)、設備運行狀態(tài)，電網(wǎng)運行狀態(tài)和故障信息。測量信息是指線路電壓、電流以及功率信息等。控制信息指由控制中心下發(fā)的遙控、設點等控制命令。由于實現(xiàn)多功能的配電系統(tǒng)信息量大，實時性、安全性要求高，宜采用光纖專網(wǎng)方式通信，提高傳輸帶寬和可靠性，而電力載波、無線公網(wǎng)作為輔助的通信方式組成配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡。

2.通信技術

2.1 PON技術

PON是一種點到多點結構的單纖雙向光接人網(wǎng)絡。PON由網(wǎng)絡側的光線路終端OLT、光分配網(wǎng)絡ODN和用戶側的光網(wǎng)絡單元ONU組成。OLT設置在控制中心機房，是一個多業(yè)務平臺，提供面向PON的光纖接口。ONU放在用戶設備端側，提供面向用戶的多種業(yè)務接人。ODN完成光信號功率的分配，為OTL與ONU之間提供光傳輸通道。

2.2 無線WiMAX技術

WiMAX是一種無線寬帶城域網(wǎng)接人技術，其中物理層和Mac層均基于EIEE802.16工作組開發(fā)的無線城域網(wǎng)技術，能夠實現(xiàn)固定及移動用戶的高速無線接人。WiMAX網(wǎng)絡體系由核心網(wǎng)和接人網(wǎng)組成。核心網(wǎng)包含路由器、代理服務器、用戶數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)關設備，實現(xiàn)用戶認證、漫游、網(wǎng)絡管理等功能，并提供與其他網(wǎng)絡之間的接口。接人網(wǎng)包含基站和用戶站，負責為WIMAX用戶提供無線接人。WIMAX系統(tǒng)采用了包括正交頻分復用技術OFDM、多人多出MIMO等多種技術提高網(wǎng)絡傳輸帶寬和抗干擾性能。

2.3 電力載波技術

電力載波技術是利用電力線作為傳輸媒質(zhì)，通過載波方式傳輸信號，在35kv及以上電壓等級的輸電線路已大量應用，主要承載調(diào)度電話、遠動和線路繼電保護信息。目前，電力線載波通信采用40～500kH，傳輸頻帶，傳輸速率為幾十kbps。目前，寬帶電力線通信主要采用OFDM自適應調(diào)制解調(diào)、卷積編碼、信道估計等技術，能夠很好地適應電力線信道特性，傳輸速率也從1MbPs發(fā)展到2、14、45Mbps，甚至200Mbps，保證了通信帶寬和可靠性。

3.通信網(wǎng)組網(wǎng)方式

3.1 技術和經(jīng)濟分析

3.1.1 技術性

PON作為光纖通道的接人方式，在傳輸帶寬方面優(yōu)于WiMAX和電力載波方式。WiMAX和電力載波技術受限于傳輸介質(zhì)，雖采用新一代寬帶通信技術，其傳輸速率和PON仍有較大差距。盡管PON網(wǎng)絡均為無源器件，由于信號在光纖中損耗較小，傳輸距離仍達到20km；無線WiMAX系統(tǒng)具備非視距傳輸能力，能有效對抗衰減和多徑干擾，其理論傳輸距離可以達到50km，為保證傳輸速率和信號質(zhì)量，覆蓋半徑一般為幾km；電力載波由于受電力線運行方式、狀態(tài)影響，限制了其運行的靈活性、可靠性。網(wǎng)絡安全性方面，PON采用攪動方案實現(xiàn)OTL和ONu間密鑰同步和更新；WiMAX通過AES一CCM協(xié)議對數(shù)據(jù)加密封裝和EAP協(xié)議用戶身份認證，實現(xiàn)信息的安全傳輸。

3.1.2 經(jīng)濟性

PON在傳輸過程中不含有源電子器件，無需配備電源，維護簡單；WiMAX通過無線方式實現(xiàn)寬帶連接，不需要鋪設線纜，組網(wǎng)速度快，建設成本低；電力載波利用已有電力線纜作為傳輸介質(zhì)，不需要架設額外通信線路，且通道可靠性高，抗破壞能力強。由于配電通信網(wǎng)建設覆蓋范圍廣，采用PON網(wǎng)絡光纖敷設工程量大，投資高；配電信息點分布多且變化快，拓撲結構不固定，給PON組網(wǎng)帶來較大難度，后期運維和故障排查工作量大。而WiMAX和電力載波在投資、組網(wǎng)、施工以及運行維護等方面均具有優(yōu)勢。

3.2 通信網(wǎng)組網(wǎng)方式

在實現(xiàn)“三遙”功能的配網(wǎng)自動化覆蓋區(qū)域內(nèi)的站點，包括開關所、環(huán)網(wǎng)柜、配電房等，需要實現(xiàn)三遙（遙信、遙測、遙控）功能，對通信網(wǎng)絡安全性、可靠性和帶寬要求高，通信網(wǎng)絡宜采用光纖方式，PON系統(tǒng)以其特有的技術優(yōu)勢作為配網(wǎng)自動化站點信息接人手段，能夠在較短的時間對配電網(wǎng)區(qū)域實現(xiàn)快速覆蓋。新建、改造配電線路，可采用光纖復合架空相線光纜；老線路，宜架設全介質(zhì)自承式光纜或普通光纜。在傳輸帶寬和實時性要求相對較低，只實現(xiàn)“兩遙”功能的配網(wǎng)自動化建設范圍內(nèi)的配電信息點，依托變電站已有的通信資源采用電力載波、WiMAX無線通信或無線公網(wǎng)（GPRS/CDMA/3G）是較好的組網(wǎng)方式。

4.結語

配電通信網(wǎng)是智能電網(wǎng)配電系統(tǒng)應用的重要支持平臺，應根據(jù)配電網(wǎng)不同區(qū)域的發(fā)展情況采取不同的通信接人技術進行組網(wǎng)。在主城區(qū)或高新區(qū)內(nèi)宜采用PON光纖專網(wǎng)方式滿足高智能配電網(wǎng)信息傳輸需求，而在信息傳輸帶寬、安全性和可靠性需求不高的區(qū)域可采用無線專網(wǎng)、電力載波或GPRS/CDMA/3G等無線公網(wǎng)通信方式，這種建設模式既能夠實現(xiàn)配電通信網(wǎng)的決速布網(wǎng)，又能夠滿足智能配網(wǎng)對通信帶寬和可靠性的要求。

參考文獻

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