試論通信技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的運(yùn)用

【摘要】通信網(wǎng)絡(luò)是智能電網(wǎng)的重要支持平臺(tái)，以往電力建設(shè)在通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，重點(diǎn)放在偷電區(qū)域，造成了配電區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)薄弱，制約配電網(wǎng)智能化發(fā)展。本文通過(guò)分析了智能配電通信網(wǎng)的特點(diǎn)及發(fā)展需求，對(duì)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線WiMAX和電力線載波通信技術(shù)進(jìn)行了分析，提出了配電通信網(wǎng)的組建方式和未來(lái)發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；通信技術(shù)；通信網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代電網(wǎng)必須處于高效、穩(wěn)定、安全、可靠以及環(huán)保等狀態(tài)，才能滿足用戶和電力系統(tǒng)的需求，因此智能電網(wǎng)是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要，是今后電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)區(qū)域基本建成了覆蓋110kv及以上電壓等級(jí)廠站，及各級(jí)調(diào)度管理機(jī)構(gòu)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)。信息傳輸實(shí)現(xiàn)了光纖化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。但在配電區(qū)域，由于點(diǎn)多面廣，只在局部區(qū)域內(nèi)，試點(diǎn)配網(wǎng)、自動(dòng)化及通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，難于全面推廣。配電區(qū)域通信系統(tǒng)一直以來(lái)缺乏規(guī)劃和重點(diǎn)建設(shè)，這成為了智能電網(wǎng)建設(shè)的瓶頸，制約了配電智能化建設(shè)。由于通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，為配網(wǎng)智能化建設(shè)提供了條件。其中無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，新一代寬帶無(wú)線技術(shù)WiMAX已成規(guī)模應(yīng)用，電力線載波采用與正交頻分復(fù)用技術(shù)，能夠提高傳輸帶寬和可靠性。

1.配電區(qū)域通信網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 通信網(wǎng)現(xiàn)狀

配電區(qū)域通信網(wǎng)主要與配電自動(dòng)化系統(tǒng)配套建設(shè)，由于區(qū)域性試點(diǎn)和資金投人問(wèn)題，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，電力通信基礎(chǔ)建設(shè)薄弱。目前，只在試點(diǎn)區(qū)域配電開(kāi)關(guān)房、配電房，采用PON光纖專網(wǎng)為主，中壓電力線載波、無(wú)線公網(wǎng)（GPRS、CDMA）為輔的通信方式，整個(gè)配電通信網(wǎng)絡(luò)缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。

1.2 配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信的需求

配網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)類型主要分為狀態(tài)、測(cè)量和控制信息數(shù)據(jù)。狀態(tài)信息是指開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和故障信息。測(cè)量信息是指線路電壓、電流以及功率信息等?？刂菩畔⒅赣煽刂浦行南掳l(fā)的遙控、設(shè)點(diǎn)等控制命令。由于實(shí)現(xiàn)多功能的配電系統(tǒng)信息量大，實(shí)時(shí)性、安全性要求高，宜采用光纖專網(wǎng)方式通信，提高傳輸帶寬和可靠性，而電力載波、無(wú)線公網(wǎng)作為輔助的通信方式組成配網(wǎng)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)。

2.通信技術(shù)

2.1 PON技術(shù)

PON是一種點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接人網(wǎng)絡(luò)。PON由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的光線路終端OLT、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU組成。OLT設(shè)置在控制中心機(jī)房，是一個(gè)多業(yè)務(wù)平臺(tái)，提供面向PON的光纖接口。ONU放在用戶設(shè)備端側(cè)，提供面向用戶的多種業(yè)務(wù)接人。ODN完成光信號(hào)功率的分配，為OTL與ONU之間提供光傳輸通道。

2.2 無(wú)線WiMAX技術(shù)

WiMAX是一種無(wú)線寬帶城域網(wǎng)接人技術(shù)，其中物理層和Mac層均基于EIEE802.16工作組開(kāi)發(fā)的無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)固定及移動(dòng)用戶的高速無(wú)線接人。WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系由核心網(wǎng)和接人網(wǎng)組成。核心網(wǎng)包含路由器、代理服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、漫游、網(wǎng)絡(luò)管理等功能，并提供與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口。接人網(wǎng)包含基站和用戶站，負(fù)責(zé)為WIMAX用戶提供無(wú)線接人。WIMAX系統(tǒng)采用了包括正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM、多人多出MIMO等多種技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬和抗干擾性能。

2.3 電力載波技術(shù)

電力載波技術(shù)是利用電力線作為傳輸媒質(zhì)，通過(guò)載波方式傳輸信號(hào)，在35kv及以上電壓等級(jí)的輸電線路已大量應(yīng)用，主要承載調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)和線路繼電保護(hù)信息。目前，電力線載波通信采用40～500kH，傳輸頻帶，傳輸速率為幾十kbps。目前，寬帶電力線通信主要采用OFDM自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)、卷積編碼、信道估計(jì)等技術(shù)，能夠很好地適應(yīng)電力線信道特性，傳輸速率也從1MbPs發(fā)展到2、14、45Mbps，甚至200Mbps，保證了通信帶寬和可靠性。

3.通信網(wǎng)組網(wǎng)方式

3.1 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

3.1.1 技術(shù)性

PON作為光纖通道的接人方式，在傳輸帶寬方面優(yōu)于WiMAX和電力載波方式。WiMAX和電力載波技術(shù)受限于傳輸介質(zhì)，雖采用新一代寬帶通信技術(shù)，其傳輸速率和PON仍有較大差距。盡管PON網(wǎng)絡(luò)均為無(wú)源器件，由于信號(hào)在光纖中損耗較小，傳輸距離仍達(dá)到20km；無(wú)線WiMAX系統(tǒng)具備非視距傳輸能力，能有效對(duì)抗衰減和多徑干擾，其理論傳輸距離可以達(dá)到50km，為保證傳輸速率和信號(hào)質(zhì)量，覆蓋半徑一般為幾km；電力載波由于受電力線運(yùn)行方式、狀態(tài)影響，限制了其運(yùn)行的靈活性、可靠性。網(wǎng)絡(luò)安全性方面，PON采用攪動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)OTL和ONu間密鑰同步和更新；WiMAX通過(guò)AES一CCM協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)加密封裝和EAP協(xié)議用戶身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸。

3.1.2 經(jīng)濟(jì)性

PON在傳輸過(guò)程中不含有源電子器件，無(wú)需配備電源，維護(hù)簡(jiǎn)單；WiMAX通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)寬帶連接，不需要鋪設(shè)線纜，組網(wǎng)速度快，建設(shè)成本低；電力載波利用已有電力線纜作為傳輸介質(zhì)，不需要架設(shè)額外通信線路，且通道可靠性高，抗破壞能力強(qiáng)。由于配電通信網(wǎng)建設(shè)覆蓋范圍廣，采用PON網(wǎng)絡(luò)光纖敷設(shè)工程量大，投資高；配電信息點(diǎn)分布多且變化快，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不固定，給PON組網(wǎng)帶來(lái)較大難度，后期運(yùn)維和故障排查工作量大。而WiMAX和電力載波在投資、組網(wǎng)、施工以及運(yùn)行維護(hù)等方面均具有優(yōu)勢(shì)。

3.2 通信網(wǎng)組網(wǎng)方式

在實(shí)現(xiàn)“三遙”功能的配網(wǎng)自動(dòng)化覆蓋區(qū)域內(nèi)的站點(diǎn)，包括開(kāi)關(guān)所、環(huán)網(wǎng)柜、配電房等，需要實(shí)現(xiàn)三遙（遙信、遙測(cè)、遙控）功能，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性和帶寬要求高，通信網(wǎng)絡(luò)宜采用光纖方式，PON系統(tǒng)以其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)作為配網(wǎng)自動(dòng)化站點(diǎn)信息接人手段，能夠在較短的時(shí)間對(duì)配電網(wǎng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速覆蓋。新建、改造配電線路，可采用光纖復(fù)合架空相線光纜；老線路，宜架設(shè)全介質(zhì)自承式光纜或普通光纜。在傳輸帶寬和實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低，只實(shí)現(xiàn)“兩遙”功能的配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)范圍內(nèi)的配電信息點(diǎn)，依托變電站已有的通信資源采用電力載波、WiMAX無(wú)線通信或無(wú)線公網(wǎng)（GPRS/CDMA/3G）是較好的組網(wǎng)方式。

4.結(jié)語(yǔ)

配電通信網(wǎng)是智能電網(wǎng)配電系統(tǒng)應(yīng)用的重要支持平臺(tái)，應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)不同區(qū)域的發(fā)展情況采取不同的通信接人技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。在主城區(qū)或高新區(qū)內(nèi)宜采用PON光纖專網(wǎng)方式滿足高智能配電網(wǎng)信息傳輸需求，而在信息傳輸帶寬、安全性和可靠性需求不高的區(qū)域可采用無(wú)線專網(wǎng)、電力載波或GPRS/CDMA/3G等無(wú)線公網(wǎng)通信方式，這種建設(shè)模式既能夠?qū)崿F(xiàn)配電通信網(wǎng)的決速布網(wǎng)，又能夠滿足智能配網(wǎng)對(duì)通信帶寬和可靠性的要求。

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