固原配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信通道建設(shè)方案

固原供電局 楊 哲

1.引言

配電自動(dòng)化是通過對(duì)配電終端的全面監(jiān)測、靈活控制、優(yōu)化運(yùn)行和運(yùn)行維護(hù)管理，從而提高供電可靠性、改善供電質(zhì)量和提升電網(wǎng)運(yùn)營效率的重要技術(shù)手段，是智能配電網(wǎng)的重要功能組成。配電自動(dòng)化建設(shè)主要包括配電主站、配電子站、配電終端和通信網(wǎng)絡(luò)等項(xiàng)目[1]。通信網(wǎng)絡(luò)是連接主站系統(tǒng)和配電終端的橋梁，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)信息流快速、可靠、安全傳輸?shù)幕A(chǔ)。配電自動(dòng)化通信通道的設(shè)計(jì)和建設(shè)直接關(guān)系到配電自動(dòng)化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，其科學(xué)性和合理性至關(guān)重要。在建設(shè)配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮并滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)的需求，已覆蓋全部配電終端為目的，為配電終端信息傳輸提供符合標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)通道。配電自動(dòng)化系統(tǒng)可采用的通信方式主要包括：(1)光纖專網(wǎng)通信，包括以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)；(2)配電線載波通信方式，包括電纜屏蔽層載波等技術(shù)；(3)無線專網(wǎng)通信方式，包括230MHz、WiMax等技術(shù)；(4)無線公網(wǎng)通信方式，包括GPRS/CDMA/3G等技術(shù)。

圖1 EPON組網(wǎng)圖

圖2 工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)圖

無線公網(wǎng)信道自主性較差，通信質(zhì)量受制于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，無論是安全防護(hù)，還是故障排查都比較被動(dòng)。無線專網(wǎng)信道流量小、通信速度慢、覆蓋范圍有限[2]。配電線載波信道受網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、線路狀況的影響大，干擾噪聲顯著，衰耗較大，通信可靠性難以保證。電力光纖專網(wǎng)是指以光纖為信道介質(zhì)的電力系統(tǒng)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，它以可靠性高、保密性和抗干擾能力強(qiáng)、高帶寬及傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)成為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的首選通信方式[3]。目前，應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的光纖專網(wǎng)通信技術(shù)主要是基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON，Ethernet over Passive Optical Network)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。

2.工業(yè)以太網(wǎng)和EPON比較

工業(yè)以太網(wǎng)和EPON作為兩種最重要的配網(wǎng)通信解決方案，各有特點(diǎn)，在配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)中均有的應(yīng)用。

圖3 固原市主城區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖4 配電通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

(1)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化方面：工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已成熟多年，底層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)冗余協(xié)議、管理協(xié)議等協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作早已完成，不同廠商的設(shè)備通用好，容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備混合組網(wǎng)[4]。EPON技術(shù)由于近幾年才發(fā)展起來，很多標(biāo)準(zhǔn)尚處于逐步完善階段，很多技術(shù)細(xì)節(jié)有待統(tǒng)一，如動(dòng)態(tài)帶寬DBA算法、加密算法等，不同廠商的設(shè)備互通還存在一定困難。

(2)組網(wǎng)方式方面：EPON可以通過分光器形成點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)模式，非常適合配網(wǎng)的實(shí)際分布情況。各ONU采用并聯(lián)方式接入，抗多點(diǎn)失效能力強(qiáng)。對(duì)于新增節(jié)點(diǎn)，通過更換光分路器即可增加方向，非常方便，圖1為EPON組網(wǎng)圖。

工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)主要采用分段冗余、相交環(huán)、相切環(huán)等方式，提高組網(wǎng)的可靠性，抗多點(diǎn)失效能力弱[5]。對(duì)于擴(kuò)容，需要更換相連節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)以便支持多更多的光口，成本會(huì)增加。

圖2為工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)圖，相比工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，EPON更適合配電網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)分散、接入點(diǎn)變化大等特點(diǎn)。隨著EPON協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)互通問題會(huì)逐步得到解決，建設(shè)成本會(huì)進(jìn)一步下降，因此EPON技術(shù)會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3.固原配電通信網(wǎng)建設(shè)

固原市區(qū)面積約為1.44萬平方公里，供電半徑較小。城區(qū)內(nèi)現(xiàn)有110kV變電站2個(gè)，共有20條供電線路，配電終端100臺(tái)，最長線路為10.62公里，而EPON的最大傳輸距離為20公里，因此只需在現(xiàn)有變電站和局中心站分別建設(shè)3套OLT，就可以滿足EPON組網(wǎng)需求。

3.1 光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

配電通信光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)按照“因地制宜、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、適度超前”的原則，光纜線路不單純沿供電線路建設(shè)，而是采用合并線路路由的方法，對(duì)于走徑重疊的供電線路，只沿電力架空線路或電纜溝及管線敷設(shè)單根光纜，使其覆蓋途經(jīng)的每個(gè)環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)及電纜分接箱。依據(jù)配電終端分布及數(shù)量，主干光纜線路全部采用48芯光纜，分支線路全部采用12芯等芯數(shù)較少的光纜，在滿足現(xiàn)有終端接入和組網(wǎng)要求的同時(shí)，為以后的網(wǎng)絡(luò)拓展儲(chǔ)備充足的光纖資源。所有光纜線路盡可能從一個(gè)站點(diǎn)或終端引出，在另一個(gè)站點(diǎn)或終端終結(jié)，，盡量避免射線輻射方式，便于實(shí)現(xiàn)保護(hù)組網(wǎng)方式。固原配電通信網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

3.2 組網(wǎng)方式選擇

配電終端與ONU之間的接口方式為FE口或RS-485接口，OLT與子站MSTP設(shè)備之間的接口方式是FE口。配電通信業(yè)務(wù)通過EPON網(wǎng)絡(luò)匯聚至子站OLT設(shè)備后，然后再通過OLT設(shè)備的上聯(lián)接口傳至MSTP骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳輸至主站。主站系統(tǒng)控制層主要完成數(shù)據(jù)信息的提取、分析以及優(yōu)化等各種管理功能，并完成對(duì)通信匯聚設(shè)備、通信終端等設(shè)備的管理。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

終端接入遵循“就近接入”的原則，根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)狀況全部采用下行全程保護(hù)和手拉手的方式組網(wǎng)，以滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。如南郊變114中河線，其線路延伸方向決定沿線光纜無法形成環(huán)網(wǎng)，只能采取單支路敷設(shè)，這種情況采用下行全程保護(hù)組網(wǎng)方式，放置在南郊變的OLT可以出2個(gè)不同板卡上的獨(dú)立PON口組成2條鏈路互為備份，各個(gè)環(huán)網(wǎng)柜或柱上開關(guān)處的ONU可以通過雙PON口分別連接到這2條鏈上，每條鏈上的分光器均采用1:2非等分光器，雙PON口可以提供高可靠性。如圖5所示。

如文化街沿線，可以采用手拉手的組網(wǎng)方式，分別從調(diào)調(diào)中心站和北郊變的2個(gè)OLT各出1個(gè)PON口組成手拉手鏈路的組網(wǎng)方式，各個(gè)雙PON口ONU分別連接到這2條鏈上，這樣可以實(shí)現(xiàn)OLT設(shè)備、主干光纖、PON端口、分光器、分支光纜全網(wǎng)的保護(hù)，任何1臺(tái)OLT、任何一個(gè)PON口、任何一個(gè)分光器、任何一條光纜出現(xiàn)故障都不影響ONU的正常使用。如圖6所示。

4.結(jié)束語

配電自動(dòng)化系統(tǒng)是智能配電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，EPON作為用配電自動(dòng)化系統(tǒng)的傳輸平臺(tái)，可以滿足網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、后期維護(hù)、系統(tǒng)管理等多方面要求。根據(jù)智能配電網(wǎng)建設(shè)需求，配電通信網(wǎng)建設(shè)將成為“十二五”期間通信專業(yè)重要工作之一。由于之前配電通信網(wǎng)建設(shè)并未大規(guī)模開展.可供借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)并不多，因此在建設(shè)時(shí)會(huì)存在一些問題。但總體而言，只要持統(tǒng)一管理、統(tǒng)籌規(guī)劃、分布實(shí)施的原則，以整合通信資源、協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)，就能建成統(tǒng)一先進(jìn)的配電通信網(wǎng)平臺(tái)，全方位滿足智能配電環(huán)節(jié)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)的傳輸需求，為電網(wǎng)智能化建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支撐。

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)知識(shí)問答[M].北京:中國電力出版社,2010,82.

[2]國海,陳松,權(quán)悅.配電網(wǎng)自動(dòng)化通信方案的對(duì)比及應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2008,45(9):25-27.

[3]覃琰,王杰.配用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通道設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù),2011,44(8):79-84.

[4]但偉,周洪,夏明曄,彭國富.基于工業(yè)以太網(wǎng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,24(12):49-51.

[5]楊雪,于昉,劉衛(wèi)華.EPON技術(shù)再配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東電力技術(shù),2011(6):19-23.