智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)的分析及研究

張晨陽，晏 勝

（1.國網(wǎng)江蘇電力公司鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.江蘇鎮(zhèn)揚汽渡有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212002）

0 引 言

隨著智能電網(wǎng)發(fā)展進程的加快，通信網(wǎng)絡節(jié)點也隨之增加。因為智能電網(wǎng)通信模式復雜度較高，所以要結(jié)合通信應用要求落實規(guī)范技術(shù)方案，匹配不同環(huán)境的運行需求。

1 智能配電網(wǎng)通信需求

1.1 通信系統(tǒng)要求

對于智能配電網(wǎng)而言，通信系統(tǒng)是非常關鍵的組成部分，對智能配電網(wǎng)的運行效率會產(chǎn)生不同程度的影響。為此，智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)要整合智能化資源和自動化資源，構(gòu)建完整的控制模式，從而發(fā)揮資源優(yōu)勢，保證通信業(yè)務都能順利開展。基于通信系統(tǒng)的運行需求，電力企業(yè)要利用通信專網(wǎng)進行通信網(wǎng)的處理，以公網(wǎng)作為輔助通信網(wǎng)，更好地維護智能配電網(wǎng)運行的安全性和可靠性，保證智能配電網(wǎng)運行質(zhì)量滿足預期。

1.2 骨干層通信需求

在骨干層應用過程中，要利用光傳輸網(wǎng)絡完成通信工作，整體要求更加復雜。一方面，骨干層整體通信控制管理體系中，相應的通信處理環(huán)節(jié)要具備迂回能力，從而維持信息傳遞處理的科學性，滿足統(tǒng)一應用管理的具體要求；另一方面，骨干層運行體系中，通信過程要利用虛擬專網(wǎng)，只有滿足相應指標，才能更好地維持運行的科學性[1]。

1.3 接入層通信需求

在智能電網(wǎng)接入層處理過程中，利用無線專網(wǎng)通信、無線公網(wǎng)通信以及光纖專網(wǎng)等建立相應的通信控制體系，從而滿足通信應用要求。無線專網(wǎng)通信利用的頻段要滿足國家相關規(guī)定，建立基于專網(wǎng)應用控制要求的運行通信體系。無線公網(wǎng)通信指利用認證機制或者安全隔離措施建立通信模式，配合專網(wǎng)連接模式能更好地實現(xiàn)智能配電網(wǎng)和運營商的連接控制，保證通信實時性質(zhì)量。光纖專網(wǎng)利用規(guī)范連接模式完成控制工作，光纜芯的數(shù)量與設計要求相匹配，具備一定的管理能力和檢測功能，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務端口有效接入配電網(wǎng)終端。電力線載波通過應用控制模式有效完成光纖信號無法覆蓋范圍的管理，減少線路停電問題，提高施工處理的便捷性。

2 智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)技術(shù)應用

2.1 總體技術(shù)目標

基于堅強配電網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)建設的基本需求，在智能配電網(wǎng)應用管理模式中，要整合管理系統(tǒng)運行體系，依據(jù)分步、有序、科學的原則落實具體工作，將信息化、自動化、互動化作為配電網(wǎng)通信組網(wǎng)體系的根本目標，以便技術(shù)性能和管理水平都能得到全面提升。智能配電網(wǎng)總體目標如表1 所示。

表1 智能配電網(wǎng)總體目標

結(jié)合智能配電網(wǎng)通信管理的具體需求，打造布局合理、負荷分配均勻、資源配置規(guī)范的配電網(wǎng)通信組網(wǎng)模式，從而更好地提升電力系統(tǒng)綜合發(fā)展水平[2]。

2.2 具體技術(shù)內(nèi)容

隨著先進科學技術(shù)的發(fā)展進步，各個城市對能源的需求量也在增加，智能電網(wǎng)在其中發(fā)揮著重要作用。結(jié)合智能配電網(wǎng)運行管理要求，選取適配的技術(shù)處理機制，有效維護電力系統(tǒng)綜合發(fā)展的效能，實現(xiàn)統(tǒng)一管理的目標[3]。

2.2.1 EPON 技術(shù)

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技術(shù)具有大容量、超長距離的特點，光纜使用效能優(yōu)于雙絞線、同軸電纜等，基于上下行對稱標準就能構(gòu)建完善的TriPlay 業(yè)務體系，綜合滿足數(shù)據(jù)、語音等業(yè)務需求，構(gòu)建較為完整的通信組網(wǎng)運行管理體系。EPON 技術(shù)還支持點對多點拓撲處理作業(yè)，能有效減少光纖資源的損耗，維持局端到用戶信息的實時性傳送處理。EPON 技術(shù)拓撲處理模式如圖1 所示。

圖1 EPON 技術(shù)拓撲處理模式

除此之外，EPON 技術(shù)支持光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）和光網(wǎng)絡單元（Optical Network Unit，ONU）無源器件處理，在降低項目運行難度的同時，優(yōu)化運維效果，利用以太網(wǎng)傳輸格式實現(xiàn)信息傳輸。利用光纜終端設備實現(xiàn)光纖干線連接，單機支持128個無源光網(wǎng)絡（Passive Optical Network，PON）口，用戶支持優(yōu)先級業(yè)務。光節(jié)點支持雙PON 入口，能滿足微秒級別的切換處理，設置多個橋進行放大器網(wǎng)絡監(jiān)控管理，滿足OLT 發(fā)送廣播數(shù)據(jù)的接收需求，響應OLT 指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。饋線遠方終端直接安裝在配電網(wǎng)饋線回路開關柜和柱上開關燈位置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠端處理，完成故障電流檢測和遙信控制[4]。在EPON 技術(shù)應用體系中，為了更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互處理，要配置對應的設備，以實現(xiàn)多元管理。分光器要支持1 ∶64 分光比，有效維持對應元件節(jié)點控制處理的科學性和規(guī)范性。

2.2.2 寬帶PLC 組網(wǎng)技術(shù)

近年來，對于智能配電網(wǎng)通信技術(shù)的研究不斷增多，基于寬帶可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）建立的組網(wǎng)技術(shù)體系能借助中壓配電網(wǎng)或者低壓配電網(wǎng)完成通信介質(zhì)的調(diào)控，有效實現(xiàn)信息傳輸，維護組網(wǎng)處理的可控性和合理性。寬帶PLC 組網(wǎng)技術(shù)還能為配電自動化、用電自動化提供保障，實現(xiàn)設備監(jiān)控和智能小區(qū)協(xié)同管理，更好地開展遠程集中抄表等工作，提高電力系統(tǒng)自動化運行管理的水平。在組網(wǎng)技術(shù)體系中，中壓PLC 組網(wǎng)將中壓電力線作為通信鏈路接入骨干網(wǎng)。通過中壓與低壓聯(lián)合組網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、視頻以及及控制信號的實時性傳輸，更好地滿足系統(tǒng)運行管理的具體需求[5]。

中壓PLC 網(wǎng)絡設計選擇沿線智能變電站、地埋變壓器等作為配置中壓PLC 頭端、中繼或者終端設備的節(jié)點，安裝具體的中壓PLC 設備就能構(gòu)建寬帶通信環(huán)路。分支通信網(wǎng)則借助低壓PLC 技術(shù)實現(xiàn)400 V電纜上搭建接入通道的控制模式。上行通道借助變電站到供電企業(yè)建設的寬帶網(wǎng)絡，與中壓PLC 進行頭端設備的對接處理。每個節(jié)點中壓PLC 設備能完成以太網(wǎng)接口的管理，接入管理系統(tǒng)和設備，維持運行體系的科學性。

以某地區(qū)地埋式屏蔽電纜10 kV 配電線路為例，沿線涉及公用變電站、專用變電站、商業(yè)用電以及居民用電，利用自動化采集終端完成實時性數(shù)據(jù)的采集和匯總。為更好地維持智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)運行的合理性，主干通信網(wǎng)利用中壓PLC 技術(shù)在電纜上搭建骨干通道，上行通道借助變電站到供電局端原有的光纖通道，利用主站設備接收數(shù)據(jù)并傳輸?shù)较鄳闹髡緮?shù)據(jù)庫。中壓PLC 技術(shù)整體布局設計如圖2 所示。

圖2 中壓PLC 技術(shù)整體布局

中壓PLC 技術(shù)支持具體應用結(jié)構(gòu)的升級，能打造更加可控合理的終端控制模式，維持PLC 處理效果，滿足智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)處理的相關需求，進一步減少項目成本投資，為應用控制覆蓋面的拓寬處理提供支持[6]。

2.3 電力載波寬帶組網(wǎng)

基于光纖以太網(wǎng)和電力線寬帶載波網(wǎng)并行的組網(wǎng)模式，打造更加經(jīng)濟實用的配電自動化通信網(wǎng)絡解決機制，提高組網(wǎng)處理控制的科學性。電力載波寬帶組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 電力載波寬帶網(wǎng)

寬帶載波是基于傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）技術(shù)建立的組網(wǎng)運行體系，能提高鏈路層和網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)保護水平，配合相應的控制模式減少運行通信不良問題，打造更加和諧可控的通信模式[7]。載波寬帶網(wǎng)整體通信效率較高，能在極短時間內(nèi)更好地完成數(shù)據(jù)傳輸處理工作，降低突發(fā)干擾產(chǎn)生的不良影響。即使通信失敗，也能迅速組織重發(fā)作業(yè)，維持數(shù)據(jù)傳輸管理的及時性和可靠性，優(yōu)化整體系統(tǒng)通信管理的效果。電力載波寬帶組網(wǎng)處理模式還能完善中繼組網(wǎng)和管理機制，為智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)控制水平的全面提升提供保障[8]。在組網(wǎng)體系建立的基礎上，利用正交頻分復用（Orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）完成調(diào)制和解調(diào)，保證2 ～34 MHz 頻段可劃分為不同的獨立子頻率信道，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的實時傳輸。

3 配電組網(wǎng)發(fā)展趨勢

智能配電網(wǎng)的推廣已經(jīng)成為電力系統(tǒng)多元化發(fā)展的必然趨勢，配電網(wǎng)能實現(xiàn)分散用戶的有機融合，有效建立連接模式，配合現(xiàn)代先進的科學技術(shù)手段建立運行體系，提高配電網(wǎng)的運行效率。

一方面，配電組網(wǎng)將向著更加標準化的模式轉(zhuǎn)型。打造基于可控處理體系的運行模式，確保交換機協(xié)議標準化落實，無論是底層協(xié)議還是冗余協(xié)議，都能打造可控合理的運維統(tǒng)一機制，滿足配電組網(wǎng)綜合發(fā)展的基本需求，實現(xiàn)協(xié)同化管理。

另一方面，配電組網(wǎng)將進一步增強對能源信息數(shù)據(jù)通信資料系統(tǒng)的管理。從基礎設施建設入手，確保相關信息化控制工作都能在標準流程內(nèi)逐步落實，利用加密程序維護能源網(wǎng)絡體系下用戶數(shù)據(jù)安全保障管理的科學性。與此同時，系統(tǒng)將創(chuàng)建更加安全穩(wěn)定的能源網(wǎng)絡模式，實現(xiàn)實時性監(jiān)控管理，減少干擾因素對配電網(wǎng)運行效果產(chǎn)生的制約作用[9]。提高推進預警處理機制的建設進程，保證配電網(wǎng)安全運行工作順利展開。

4 結(jié) 論

結(jié)合智能配電網(wǎng)通信組網(wǎng)的技術(shù)內(nèi)容和要點落實更加可控的方案，確保EPON 技術(shù)、中壓PLC 技術(shù)、電力載波寬帶技術(shù)都能更好地發(fā)揮實際作用，在提升通信組網(wǎng)效果的同時，滿足智能配電網(wǎng)通信運行管理需求，為電力系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅實的基礎。