配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式研究

董 騁

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司白水縣供電分公司，陜西 渭南 715600）

0 引 言

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)匯集了用戶數(shù)據(jù)、新型通信技術(shù)以及配電等部分，是保證配網(wǎng)系統(tǒng)安全高效運(yùn)作的核心內(nèi)容，使配網(wǎng)系統(tǒng)可以更快地檢測到事故的發(fā)生，更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身保護(hù)與控制的功能[1-4]。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)的存在具有非常重要的意義[5-8]。為進(jìn)一步提升配網(wǎng)通信系統(tǒng)技術(shù)水平，文章經(jīng)過分層設(shè)計(jì)，提出一個(gè)針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的最佳組網(wǎng)方案。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)方案研究

1.1 配網(wǎng)通信系統(tǒng)方案組網(wǎng)原則

針對(duì)以下5 點(diǎn)內(nèi)容來設(shè)計(jì)配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)：一是，由于系統(tǒng)的終端設(shè)備接口彼此間差異大，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)選擇合適的組網(wǎng)方式；二是，按照分區(qū)的策略劃分網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)通信分區(qū)單獨(dú)選擇不同的無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Network，WLAN）通信策略，該操作可以保證高效率安全通信；三是，衡量通信信息速率、帶寬以及容量3 個(gè)方面的性能，旨在更好地讓配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)；四是，基于無線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)遙信即“一遙”功能，還可以實(shí)現(xiàn)“遙信、遙測”即“二遙”功能，基于光纖通信，進(jìn)一步可以實(shí)現(xiàn)“遙測、遙信、遙控”功能，即“三遙”功能；五是，數(shù)據(jù)的傳輸、采集具有一定的特性，就地取材可以減少建設(shè)成本，因此盡量用已擁有的管線搭建數(shù)據(jù)傳輸通道。

1.2 配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由接入層、主站層、終端層組成。首先，主站層以調(diào)度中心為核心；其次，接入層選取的接入目標(biāo)一般是變電站；最后，將終端設(shè)置在配網(wǎng)中的柱上開關(guān)或者各個(gè)環(huán)網(wǎng)。

文章采取分層結(jié)構(gòu)，具體包括接入層、骨干層以及終端層。通信系統(tǒng)需要建立通信終端和與其對(duì)應(yīng)的通信子站之間的通信，該環(huán)節(jié)一般由接入層負(fù)責(zé)。接入層采用基于長期演進(jìn)（TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-LTE）技術(shù)和無源光線網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）的無線專用網(wǎng)完成數(shù)據(jù)通信[9,10]。骨干層由核心層和匯聚層2 個(gè)子層組成，采用光纖傳輸技術(shù)連接主站與子站，光纖的通信傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸信道。終端層主要負(fù)責(zé)通信終端、應(yīng)用設(shè)備間的通信連接。

通信子站主要負(fù)責(zé)收集從通信終端發(fā)出的各項(xiàng)信息，然后將數(shù)據(jù)源傳輸給通信主站。同時(shí)，通信主站收集并匯總從子站傳輸過來的信息，并傳輸給配網(wǎng)主站。通信終端主要負(fù)責(zé)定期上傳終端設(shè)備信息、用戶數(shù)據(jù)，并接收通信變電站傳輸來的控制信息。終端數(shù)據(jù)一般由通信子站上傳到配網(wǎng)通信主站。文章根據(jù)不同層次，采取不同通信技術(shù)，管理和使用通信資源。配網(wǎng)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 配網(wǎng)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.3 骨干層通信方案設(shè)計(jì)

1.3.1 骨干層通信組網(wǎng)方案

所有的通信子站都會(huì)發(fā)送相應(yīng)的信息，系統(tǒng)需要對(duì)其進(jìn)行匯總傳輸，該功能由骨干層通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)完成。由于數(shù)據(jù)量龐大，選擇基于光纖的軟件定義網(wǎng)（Software Defined Network，SDN）或分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）等傳輸設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)。想要高效地完成數(shù)據(jù)交換，就須依賴核心層網(wǎng)絡(luò)。首先，核心層網(wǎng)絡(luò)與地區(qū)核心路由器連接；其次，由相應(yīng)的傳輸設(shè)備高速交換數(shù)據(jù)；最后，由網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯集、打包、轉(zhuǎn)發(fā)。

通信穩(wěn)定性是評(píng)判電力通信業(yè)務(wù)水平高低的最重要的因素，因此文章提出利用傳輸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“1+1”的目標(biāo)，即讓配網(wǎng)通信業(yè)務(wù)基于2 套傳輸網(wǎng)交叉承載，如果其中一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，那么業(yè)務(wù)就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)設(shè)備，可以防止業(yè)務(wù)發(fā)生中斷。

文章又提出一個(gè)新的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案。該方案采取匯聚層與核心層雙環(huán)型的結(jié)構(gòu)。首先，匯聚層負(fù)責(zé)匯聚多臺(tái)接入設(shè)備的信息，并基于環(huán)形結(jié)構(gòu)與核心層相接；其次，在核心層形成傳輸設(shè)備組網(wǎng)；最后，處理接入層傳輸來的通信數(shù)據(jù)。骨干層通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案如圖2 所示。采取該結(jié)構(gòu)的好處是可以多重接入數(shù)據(jù)，維持通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?+1”備用方案。

圖2 骨干層通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案

1.3.2 骨干層通信保護(hù)方案

文章選取通信系統(tǒng)保護(hù)模式是子網(wǎng)連接保護(hù)（Sub Network Connection Protection，SNCP）模式。該模式能夠保證一條通信線路發(fā)生故障時(shí)，通信依舊正常傳輸。

1.4 接入層通信方案設(shè)計(jì)

1.4.1 接入層通信組網(wǎng)方案

終端和通信變電站之間的通信具有線路分布廣等特點(diǎn)，為保證大面積覆蓋通信和通信安全，采用基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）+無線專用網(wǎng)通信的策略設(shè)計(jì)接入層通信方案。

1.4.2 接入層的通信安全分區(qū)

配網(wǎng)系統(tǒng)中，為滿足根據(jù)不同通信業(yè)務(wù)分配不同安全分區(qū)的策略要求，需要先將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過邏輯信道虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）分類，再利用傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸。如何在邏輯、物理2個(gè)層面劃分接入層設(shè)備與核心層網(wǎng)絡(luò)，是通信方案研究的重點(diǎn)。邏輯層面，由于網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）通信具有靈活性高、可配置性高以及建設(shè)網(wǎng)絡(luò)成本低的優(yōu)點(diǎn)，本研究將其應(yīng)用到終端設(shè)備的邏輯劃分操作；物理層面，本研究將不同的通信業(yè)務(wù)分配給與其對(duì)應(yīng)的通信接口。

1.4.3 無線專網(wǎng)的頻帶及帶寬選擇

為進(jìn)一步滿足用戶需求，希望系統(tǒng)覆蓋面極廣、頻率低，頻率在0.2 ～2.5 GHz 變化，頻段帶寬（路由器的發(fā)射頻率寬度）選擇應(yīng)在5 MHz 以上，最好達(dá)到10 MHz 水平。而TD-LTE 技術(shù)可以基于目前應(yīng)用廣泛的正交頻分復(fù)用技術(shù)/多入多出技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Multiple-Input Multiple-Output，OFDM/MIMO）無線寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。TD-LTE 技術(shù)具有頻譜靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，因此采用該技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.5 終端層通信方案設(shè)計(jì)

1.5.1 終端層的通信方案

多個(gè)終端設(shè)備構(gòu)成終端層，主要承擔(dān)檢測各種終端設(shè)備的狀態(tài)與采集信息等任務(wù)。基于無線專網(wǎng)，可以將接入層、終端設(shè)備連接在一起，配網(wǎng)自動(dòng)化終端層接入示意如圖3 所示。

圖3 配網(wǎng)自動(dòng)化終端層接入示意圖

1.5.2 配置終端層

配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)中，無線通信是終端設(shè)備需要擁有的基礎(chǔ)功能，因此需要給終端層設(shè)備安裝客戶前端設(shè)備（Customer Premises Equipment，CPE），具體的通信配置方案如下：一是，若建筑條件允許，則將天線安裝到室外，將無線CPE 安裝到室內(nèi)，若實(shí)際情況不允許，則需要安裝3 m 的抱桿固定天線；二是，由于終端設(shè)備自身的蓄電池可以持續(xù)供電，將無線CPE 和終端設(shè)備連接，可以保證在斷電時(shí)通信不間斷；三是，雖然終端設(shè)備和無線CPE 用線路連接，但是無線CPE 可以把有線信號(hào)轉(zhuǎn)化為無線信號(hào)；四是，室外的天線可能會(huì)遭受雷擊，對(duì)系統(tǒng)造成破壞，因此需要采用一定的防雷策略；五是，不同的系統(tǒng)終端設(shè)備采用不同的無線CPE，終端層的CPE 安裝如圖4 所示。

圖4 終端層的CPE 安裝

2 結(jié) 論

隨著科技的進(jìn)步，配網(wǎng)朝著智能化方向發(fā)展，同時(shí)其發(fā)展必須依賴安全可靠的通信技術(shù)支持。為了進(jìn)一步提升配網(wǎng)通信技術(shù)水平，對(duì)骨干層組網(wǎng)方案與通信方案的具體選擇進(jìn)行分析探討，并進(jìn)一步選擇接入層與終端層的通信方案，提出一個(gè)針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的最佳組網(wǎng)方案。與傳統(tǒng)組網(wǎng)方案相比，該方案具有更強(qiáng)的通信穩(wěn)定性與靈活性。