通信自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的分析與應(yīng)用

劉芝夢(mèng)

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(dòng)化系統(tǒng)的可靠性對(duì)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(shè)計(jì)了通信自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)信號(hào)定義明確，接線簡(jiǎn)單，通信質(zhì)量良好。

關(guān)鍵詞：通信自動(dòng)化;配電網(wǎng);OFDM技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM76? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(guó)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(dòng)化業(yè)務(wù)種類越來越多，且對(duì)配電網(wǎng)通信技術(shù)提出了更高的要求。在當(dāng)前形勢(shì)下，電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)在全面分析各種通信技術(shù)特點(diǎn)、性能和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，合理選擇配電網(wǎng)通信自動(dòng)化技術(shù)，構(gòu)建配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)。

1 配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求

對(duì)于配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建而言，其中主要包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳輸介質(zhì)、通信設(shè)備等都受到了限制，應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備的選擇，應(yīng)適合配電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)、建設(shè)規(guī)模、具體業(yè)務(wù)需求和未來發(fā)展需求。但是，對(duì)于具體的項(xiàng)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(dāng)前無線系統(tǒng)本身的特點(diǎn)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(jìn)行業(yè)務(wù)區(qū)分，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該運(yùn)用數(shù)據(jù)信息匯總來進(jìn)行核心交換機(jī)的方式，防火墻傳輸?shù)脚潆娮詣?dòng)化和計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)。

在實(shí)踐過程中，為了能夠達(dá)成用戶業(yè)務(wù)量的增加以及業(yè)務(wù)的不斷拓展，本文主要是探討配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)，同時(shí)也將經(jīng)濟(jì)合作原則具體分析，在此過程中，運(yùn)用當(dāng)前現(xiàn)代化的通信技術(shù)方式，不斷增強(qiáng)數(shù)據(jù)和信息的傳統(tǒng)質(zhì)量與效率提升，與此同時(shí)也能夠有效的縮短項(xiàng)目建設(shè)周期。配電網(wǎng)自動(dòng)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(xué)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理、覆蓋范圍廣、接入靈活等特點(diǎn)確保所提出的配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)和效率。在建立通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮如下的三個(gè)方面，比如說有效的運(yùn)用接口組網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)條件，運(yùn)用當(dāng)前有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對(duì)應(yīng)的組網(wǎng)方式，在此過程中，需要有效的運(yùn)用當(dāng)前的資源與技術(shù)方式，進(jìn)而來保障系統(tǒng)建設(shè)的協(xié)調(diào)性。充分考慮配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)募皶r(shí)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(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)踐

2.1 配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

電網(wǎng)通信自動(dòng)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(shí)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(dòng)化系統(tǒng)各層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 核心層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)調(diào)查，我們了解到，當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些供電局已經(jīng)開啟了關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)中MSTP光纖傳輸網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)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(shí)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(wù)是將業(yè)務(wù)處理從分站傳送到配網(wǎng)主站，主要是由MSTP光纖來進(jìn)行傳輸網(wǎng)與相關(guān)技術(shù)的達(dá)成，其中最為核心的內(nèi)容則是通信組網(wǎng)之中，運(yùn)用MSTP光纖傳統(tǒng)網(wǎng)來進(jìn)行業(yè)務(wù)信息與數(shù)據(jù)的達(dá)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(yùn)用MSTP光傳輸技術(shù)與設(shè)備板卡之中。在技術(shù)完成之中，主要是運(yùn)用SDH或者是MSTP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則將其變電站配電網(wǎng)中采集的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送到電力調(diào)度中心和調(diào)度中心的MSTP設(shè)備落地業(yè)務(wù)，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(dòng)化主站系統(tǒng)。

2.2.2 接入層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，電氣設(shè)備和分支線路數(shù)量較多，具有終端分布廣的特點(diǎn);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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在無線專用網(wǎng)中實(shí)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(shí)踐中可以看出，由于每個(gè)終端MAC地址都有其獨(dú)特的特點(diǎn)，可以根據(jù)終端MAC地址對(duì)VLAN進(jìn)行有效的劃分。具體操作如下：（1）在無線專網(wǎng)交換機(jī)上指定準(zhǔn)確的物理接口，并與VPN網(wǎng)絡(luò)一一對(duì)應(yīng)。（2）利用現(xiàn)代無線專用網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)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(shí)際情況選擇的。（3）無線專用網(wǎng)VLAN網(wǎng)絡(luò)與電力VPN網(wǎng)絡(luò)有效互聯(lián)。由于配電網(wǎng)只是一個(gè)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(jìn)行縱向和橫向的安全隔離。

2.2.3 終端層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于終端層而言，該層設(shè)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(shí)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(dāng)?shù)奈恢茫瑢⑻炀€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(shí)踐可知，由于DTU供電功率會(huì)受到環(huán)網(wǎng)柜空間的限制，因此，每一個(gè)配電網(wǎng)終端都經(jīng)CPE接入。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)例概況

某供電公司，負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)14個(gè)縣區(qū)的供電規(guī)劃、運(yùn)行和維護(hù)工作，服務(wù)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(dāng)前配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)可以基本滿足該供電公司的業(yè)務(wù)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(luò)城市光纜鋪設(shè)過程中，受城市破土施工等工程的限制，施工周期較長(zhǎng)，存在終端通信入網(wǎng)覆蓋率較低的問題。（2）當(dāng)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(wù)的開展。但是，隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)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(dāng)前配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)故障較多，相關(guān)運(yùn)維工作量很大，網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本高，綜合維護(hù)效率低，影響著供電的穩(wěn)定性和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷延伸，配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)需要更可靠的設(shè)備和更合理的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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

為了解決當(dāng)前某供電公司存在的配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)問題。本公司在通信系統(tǒng)組網(wǎng)建設(shè)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(diǎn)，不僅可以很好地適應(yīng)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(dòng)化通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用展開分析研究。

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

以某供電公司轄區(qū)內(nèi)某配電網(wǎng)絡(luò)為例，共有1個(gè)110kV變電站，5個(gè)10kV開閉所，采用鏈型組網(wǎng)部署。在該配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)搭建過程中，首先將OLT設(shè)備放置在110kV變電站中，主要對(duì)其轄區(qū)內(nèi)所有監(jiān)控終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并實(shí)現(xiàn)終端與子站的通信。其次，在開閉站部署ONU設(shè)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(yīng)確保各設(shè)備之間相互獨(dú)立，即便其中任何一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障無法工作，其他設(shè)備仍可以正常運(yùn)行。最后，采用24芯的OPPC復(fù)合光纜實(shí)現(xiàn)開閉站與變電站之間的網(wǎng)絡(luò)通信。為了減少主光路的損耗，可采用非均勻分光器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)分路。基于該方式，通信網(wǎng)絡(luò)的主干光纖采用的是單鏈路網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)產(chǎn)生多余光纜路由，因此無法提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能。

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

基于同樣的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，全線路保護(hù)組網(wǎng)方案與無保護(hù)組網(wǎng)方案的區(qū)別在于開閉所的位置相對(duì)集中，采用星型組網(wǎng)部署。在對(duì)該配電自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信系統(tǒng)搭建時(shí)，首先采用與鏈型結(jié)構(gòu)相同的部署方式，將OLT設(shè)備布置在變電站中。在ONU設(shè)備部署過程中，與配電網(wǎng)自動(dòng)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(shè)備也具有了雙PON口功能，可以提供1：1的主干光纖保護(hù)功能。

4.3 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)

保護(hù)組網(wǎng)方案：當(dāng)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中存在2個(gè)110kV變電站、5個(gè)10kV開閉所時(shí)，可以采用手拉手保護(hù)組網(wǎng)的方式提高通信線路的可靠性。即在2個(gè)110kV變電站中分別布置OLT設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)所有ONU采集終端的實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)通信。基于光纖通信技術(shù)的手拉手保護(hù)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(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)全光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保護(hù)倒換，實(shí)現(xiàn)多個(gè)OLT設(shè)備的同時(shí)工作，確保當(dāng)任何OLT設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，備用OLT設(shè)備仍然能正常實(shí)現(xiàn)與ONU設(shè)備的通信，有效提高配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建與測(cè)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(dòng)化的需求，又可以滿足配電網(wǎng)在未來發(fā)展中的業(yè)務(wù)要求，表現(xiàn)出移動(dòng)性、便捷性和靈活性等特點(diǎn)，應(yīng)用效果非常顯著。同時(shí)，筆者認(rèn)為，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷地創(chuàng)新和改進(jìn)組網(wǎng)技術(shù)。只有這樣，才能保持與時(shí)俱進(jìn)，才能提高配電網(wǎng)通信自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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