配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的多種通信方式研究

沈麗敏

（上海市電力公司浦東供電公司，上海201300）

0 引言

配電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的作用就是分配電能，它是電力系統(tǒng)的重要組成部分。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)集合了電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)等眾多現(xiàn)代先進的技術(shù)，其通過對各種信息與參數(shù)的集成來實現(xiàn)配電網(wǎng)的正常運行和事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、管理等。當(dāng)前，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在我國雖然有了較大的發(fā)展，但依舊存在一些問題。配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜導(dǎo)致光纜無法預(yù)埋，各地區(qū)之間的通信標(biāo)準(zhǔn)與模式不統(tǒng)一等情況導(dǎo)致了配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的建設(shè)與完善受到阻礙。本文主要對配電終端與子站之間的通信系統(tǒng)進行研究，通過EPON通信為主、GPRS無線通信為輔的多種通信方式并存的手段來解決配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的通信問題。

1 EPON技術(shù)

1.1 EPON技術(shù)的原理

光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）、光分配網(wǎng)（ODN）是EPON系統(tǒng)的3個組成部分。EPON與業(yè)務(wù)節(jié)點的連接是通過業(yè)務(wù)節(jié)點，與用戶設(shè)備的連接是通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口。

光線路終端是EPON的核心，其利用主干光纜來實現(xiàn)與其他部分的連接，具有廣播數(shù)據(jù)發(fā)送、測距監(jiān)控、帶寬分配等功能，能夠進行實時監(jiān)控管理與維護。光網(wǎng)絡(luò)單元能夠?qū)崿F(xiàn)信息光電轉(zhuǎn)換和接入各類業(yè)務(wù)。光分配網(wǎng)是一點到多點的結(jié)構(gòu)，用于光線路終端與光網(wǎng)絡(luò)單元的連接，其結(jié)構(gòu)有星形、環(huán)線、總線形等，其中，無源分光器具有多種分路比，能夠進行多級連接，機構(gòu)相對簡單，并且適應(yīng)環(huán)境的能力較強。光分配網(wǎng)主要的作用是分發(fā)下行數(shù)據(jù)與收集上行數(shù)據(jù)。

EPON中，從光線路終端向光網(wǎng)絡(luò)單元傳輸下行數(shù)據(jù)一般采用TDM廣播模式，當(dāng)下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦夥峙渚W(wǎng)之后，光分配網(wǎng)將其分配給光網(wǎng)絡(luò)單元，每個光網(wǎng)絡(luò)單元根據(jù)自己的需要對信息進行選擇性讀取。而從光網(wǎng)絡(luò)單元向光線路終端傳輸上行數(shù)據(jù)采用的方式為TDMA，光網(wǎng)絡(luò)單元將信號按照設(shè)備設(shè)定的時間間隔發(fā)送給光分配網(wǎng)，光分配網(wǎng)匯總、仲裁之后傳送給光線路終端處理。EPON的實際應(yīng)用中，要對分光器的級數(shù)和分光比進行慎重選擇，雖然EPON系統(tǒng)對分光器的級數(shù)與分光比沒有理論上的限制，但對光網(wǎng)絡(luò)單元光通道衰減的規(guī)定對分光器的級數(shù)與分光比提出了要求。在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，分光器級數(shù)越高，越能節(jié)約主干光纖，但是超過范圍之后，過多的級數(shù)也會帶來損耗增加、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜等負(fù)面影響。在光纖通道與光功率的預(yù)算中，要考慮到后期光網(wǎng)絡(luò)單元增加時擴容的問題，因此要預(yù)留一定的冗余。光纖長度、分光器數(shù)量、光活動連接器數(shù)量等都會對光分配網(wǎng)的光衰減造成影響，在通信系統(tǒng)的設(shè)計中要對光分配網(wǎng)的最大衰減值進行控制，同時要兼顧光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)單元光功率衰減的要求。

1.2 EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

1.2.1 擴展性

我國建成的電力調(diào)度網(wǎng)以光纖通信為主，EPON系統(tǒng)擁有數(shù)量較為龐大、分布較為分散的終端用戶，而且非常方便鋪設(shè)，能夠適應(yīng)不同的光纖種類。EPON通信系統(tǒng)能夠提高配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的兼容性與擴展性。

1.2.2 高效性

配電網(wǎng)終端節(jié)點眾多、分布廣泛、通信距離短、通信數(shù)據(jù)量小、實現(xiàn)性強、不同終端速率要求不同的現(xiàn)狀，都能夠被EPON提供的寬帶及帶寬分配系統(tǒng)所解決。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，高速率的寬帶完全能夠滿足配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)對寬帶業(yè)務(wù)的需求。

1.2.3 可靠性

在EPON系統(tǒng)中，光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備之間的連接方式為并聯(lián)，而且配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中配電終端之間的連接關(guān)系也為并聯(lián)，光網(wǎng)絡(luò)單元與配電終端之間也是并聯(lián)關(guān)系。這種并聯(lián)的連接方式，可以在一個或多個終端發(fā)生故障時，保證整個通信系統(tǒng)不受到影響，能夠正常運行，因而具有較高的可靠性。

2 GPRS技術(shù)

2.1 GPRS技術(shù)的原理

通過GSM網(wǎng)絡(luò)中沒有使用的TDMA信道為用戶提供中速數(shù)據(jù)傳遞功能的無線通信技術(shù)就是GPRS技術(shù)。這種技術(shù)與其他通信方式相比，具有無需鋪設(shè)光纜、維護簡便、覆蓋范圍廣、實時傳輸?shù)忍攸c，在無線覆蓋完整且信號較好的地方都可以使用，但在安全性與可靠性方面稍有欠缺。GPRS技術(shù)在配電網(wǎng)中有著較為廣泛的應(yīng)用，GPRS系統(tǒng)包括站端設(shè)備、GPRS網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備3個部分。

2.2 GPRS技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性

GPRS是無線通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完美結(jié)合，在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中利用GPRS技術(shù)能夠減少投資。GPRS的運營商有著非常專業(yè)的維護團隊，這些團隊能夠保證GPRS網(wǎng)絡(luò)的正常運行，不需要電力公司在運行維護隊伍的建設(shè)方面投入過多的人力與物力。GPRS采用的計費方式是按照數(shù)據(jù)流量來收費，傳輸速率較快，一般可以達(dá)到115 kb/s，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向傳輸。最重要的一點就是，GPRS系統(tǒng)具有豐富的資源和廣泛的覆蓋范圍。由于具有上述特點與優(yōu)勢，GPRS通信技術(shù)在配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的建設(shè)中具有非常大的發(fā)展前景，且目前已經(jīng)在部分地區(qū)得到了實際應(yīng)用。

3 多種通信方式并存的配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)構(gòu)建

現(xiàn)以某配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的建設(shè)為例，介紹配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中EPON技術(shù)與GPRS技術(shù)共存的應(yīng)用模式。該配網(wǎng)自動化系統(tǒng)以EPON通信為主，GPRS無線通信為輔，提高了配網(wǎng)自動化水平，保障了電力系統(tǒng)的安全、高效、經(jīng)濟運行。配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的構(gòu)建具體要求如下：一是具備較強的抗干擾能力與防雷、防過電壓能力；二是通信速率較高；三是具有經(jīng)濟性；四是在停電或故障時能通過建立備用通信通道來確保正常通信；五是能實現(xiàn)雙向通信及可擴展性好。

3.1 總體方案

配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)3層結(jié)構(gòu)模式：第一層為主站，主要負(fù)責(zé)對整個配電系統(tǒng)的監(jiān)控與自動化管理；第二層為子站，一般放置在變電站中，對各種指令和信息進行上傳下達(dá)；第三層為終端，負(fù)責(zé)對主要設(shè)備進行數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，主要設(shè)備包括線路、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室、配電變壓器等。

3.2 EPON通信系統(tǒng)設(shè)計

在整個配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中，核心層為主站到子站，該層采用的是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，信息傳輸利用現(xiàn)有的專用SDH/STP光纖網(wǎng)絡(luò)，各配電終端通過TCP/IP協(xié)議接入EPON系統(tǒng)中。EPON通信系統(tǒng)能夠使用多種方式靈活地進行組網(wǎng)。

3.3 GPRS通信系統(tǒng)設(shè)計

該實例中原無線網(wǎng)建設(shè)就很完善，通信系統(tǒng)的可靠性與安全性極高。GPRS通信的實現(xiàn)過程如下：首先是將GPRS模塊加裝到配電主站、子站及配電終端，安裝SIM卡，保證終端檢測到的數(shù)據(jù)先通過內(nèi)部GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紾GSN，經(jīng)過GGSN的處理之后再傳輸?shù)铰酚善?，最后到配電主站，這樣就實現(xiàn)了自動化。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)的配網(wǎng)自動化是國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的一個非常重要的組成部分，目前，國內(nèi)并沒有形成統(tǒng)一的構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)。本文對基于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的多種通信方式進行了探討，同時分析了EPON通信技術(shù)與GPRS通信技術(shù)的原理及其在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性，說明多種通信手段并存是配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢所在。

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