多種通信方式并存的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的研究

李大水

（浙江浙大中控信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310052）

1 GPRS技術(shù)的原理及應(yīng)用

GPRS的工作原理是以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，借助TDMA通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊环N無線通信技術(shù)。GPRS技術(shù)與傳統(tǒng)的通訊方式相比，具有信號實(shí)時傳輸、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，只要有信號覆蓋就可使用。GPRS系統(tǒng)主要分為站端設(shè)備、GPRS網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備3大部分。

GPRS技術(shù)是將無線通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效地結(jié)合在一起，將其運(yùn)用在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中，能有效地減少資金投入。GPRS運(yùn)營需要一支專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，確保GPRS系統(tǒng)的正常運(yùn)營。GPRS按照數(shù)據(jù)流量來進(jìn)行收費(fèi)，能實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞，并且可以雙向傳輸，覆蓋范圍廣。由于GPRS技術(shù)具備多元化的特點(diǎn)，具有較大的發(fā)展空間，已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在各個行業(yè)。

2 EPON技術(shù)

2.1 EPON技術(shù)的原理

EPON系統(tǒng)主要分為：光線路終端（OLT），光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分配網(wǎng)（ODN）3種。其原理如圖1所示。

圖1 EPON原理框圖

OLT設(shè)置在主站端充當(dāng)路由器，并和主干光纜進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)督和維護(hù)。無源分光器結(jié)構(gòu)簡單，能適用于各種環(huán)境，可以進(jìn)行多級連接。ONU的功能主要是對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞和交換，可以接入各種類型的業(yè)務(wù)。ODN由多個無源分光器組成，其主要的功能是對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞，而且可以對上行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞和收集。在EPON系統(tǒng)運(yùn)行過程中，一般采用TDM廣播模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞，然后通過ODN模塊將廣播中所傳遞出來的信息發(fā)布給對應(yīng)的ONU數(shù)據(jù)模塊。OND模塊會根據(jù)設(shè)定好的規(guī)則來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，ODN對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總和分析后，會將所獲得的數(shù)據(jù)信息傳遞給OLT，然后對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在實(shí)際的配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)用EPON技術(shù)時，需要做好分光器級數(shù)和分光比的選擇。在實(shí)際使用過程中，分光器級數(shù)越多，那么可以節(jié)省的光纖數(shù)量就越多，可以有效降低資金的投入。需要注意的是，分光器的級數(shù)不宜過多，以免能耗過大，使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，難以進(jìn)行操作，此外，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)合設(shè)計(jì)時，還需要考慮擴(kuò)容。因此，在實(shí)際的施工時，需對光纖通道進(jìn)行預(yù)留，并且根據(jù)實(shí)際情況來計(jì)算光功率。OND的光衰率、光纖的長度以及分光器的數(shù)量之間都有一定的聯(lián)系，在進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，需對OND的最大衰減值進(jìn)行控制，并且根據(jù)實(shí)際的需要來對光功率進(jìn)行調(diào)整。如圖2所示。

圖2 光通道計(jì)算模型

2.2 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。當(dāng)前我國電力通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本建成以光纖通信為主的網(wǎng)絡(luò)，并且已基本實(shí)現(xiàn)光纖全范圍覆蓋目標(biāo)。EPON系統(tǒng)能廣泛應(yīng)用在單模介質(zhì)的光纖光纜中。因此，在配電系統(tǒng)中運(yùn)用EPON通信系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。構(gòu)建了基于EPON和GPRS技術(shù)的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，提高了配網(wǎng)的自動化水平，保證了配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）帶寬和接口要求的分析。我國現(xiàn)有的配電通信網(wǎng)絡(luò)終端主要采用RJ-45接口與以太網(wǎng)進(jìn)行連接。此外，由于配電終端節(jié)點(diǎn)較多，分布廣泛，并且能在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳遞，各個節(jié)點(diǎn)的通信數(shù)量小，可靠性和安全性較高。但由于不同的配電終端對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求不同，傳遞速率得不到保障。而采用EPON系統(tǒng)能確保數(shù)據(jù)信息的傳遞速率，并且該系統(tǒng)具備完整的帶寬分配系統(tǒng)。

（3）組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析。當(dāng)通信系統(tǒng)的拓?fù)浣M網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有相似性時，才能有效地解決成本問題，不需要額外增加通信管道。采用EPON組網(wǎng)模式可以實(shí)用多元化連接，具有較強(qiáng)的靈活性。此外，在EPON系統(tǒng)中，ONU設(shè)備能廣泛地接收到數(shù)據(jù)信息，并且可以將其與POS端進(jìn)行連接，并且不會對其他區(qū)域的ONU工作產(chǎn)生干擾，具有一定的安全性和可靠性。EPON系統(tǒng)能對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行有效隔離，根據(jù)系統(tǒng)中存在的問題，EPON系統(tǒng)能制定出有效的解決方案，及時地解決問題。

3 多種通信方式并存的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)構(gòu)建

以某配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的建設(shè)工作為例，對EPON技術(shù)和GPRS技術(shù)進(jìn)行分析和探討。在此系統(tǒng)中，主要是用EPON通信技術(shù)、無線通信技術(shù)來輔助工作，不僅提高了配網(wǎng)自動化的水平，而且也有效地確保電力系統(tǒng)的安全性和高效性。主要按照以下幾方面來進(jìn)行配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的構(gòu)建工作。

（1）其具備較強(qiáng)的抗干擾能力。（2）數(shù)據(jù)信息的傳輸速度和效率較高。（3）其具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。（4）在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者停電時，可以通過建立臨時通信通道來確保正常的通信工作。（5）具備信號的雙向通信能力，具有較好的擴(kuò)展性。

3.1 總體方案

配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)主要分為3層：主站，主要是對整個配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)施系統(tǒng)自動化管理的目的；子站，一般將子站放置于變電站內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息和上級指令的傳遞；終端層，主要功能是對各個數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和監(jiān)控。詳情如圖3所示。

3.2 EPON通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中，主戰(zhàn)層到子站層為關(guān)鍵層，采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞。以SHD/STP光纖網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，配電終端借助TCP/IP協(xié)議與EPON系統(tǒng)進(jìn)行連接。EPON系統(tǒng)可以采用多元化的方式來進(jìn)行組網(wǎng)操作。

3.3 GPRS通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)構(gòu)成圖

在上述實(shí)例中，原有的無線網(wǎng)建設(shè)基本完善，并且通信系統(tǒng)具有較高的可靠性和安全性。GPRS通信的操作原理如下：（1）技術(shù)人員將GPRS模塊安裝到配電主站、子站和終端層。（2）再將SIM卡安裝在系統(tǒng)內(nèi)，這樣能確保檢測到的數(shù)據(jù)信息能通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送到GGSN，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理后再上傳到路由器上。（3）再傳輸給配電主站，實(shí)現(xiàn)自動化控制的目的。

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

當(dāng)有多種通信方式并存時，需要利用一個結(jié)構(gòu)化的綜合管網(wǎng)系統(tǒng)來對各種類型的通信網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管，所以，在進(jìn)行配電網(wǎng)自動化建設(shè)過程中，需要構(gòu)建一個可以對GPRS和EPON兩種通信方式進(jìn)行監(jiān)控的綜合網(wǎng)管系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要包括了通信資源模塊、信息一體化收集平臺以及系統(tǒng)綜合監(jiān)視模塊。利用通信綜合管網(wǎng)系統(tǒng)可以更好的對配網(wǎng)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，并且可以對電網(wǎng)的無功功率、有功功率、電壓、電流、電能質(zhì)量以及電氣設(shè)備的運(yùn)行情況繼續(xù)監(jiān)控，并對電能進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)量，構(gòu)建能耗動態(tài)數(shù)據(jù)平臺，并可以實(shí)現(xiàn)故障的擾動錄波、故障錄波、故障定位以及故障隔離等功能。

4 結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)的配網(wǎng)自動化是我國電網(wǎng)智能化發(fā)展的關(guān)鍵部分，現(xiàn)階段，我國在電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化建設(shè)工作中缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，使建設(shè)工作存在一定的缺陷。通過分析和討論配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的通信方式，并且對EPON通信技術(shù)和GPRS技術(shù)的工作原理以及在自動化系統(tǒng)應(yīng)用中的可行性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)具有較大的發(fā)展空間和前景。