智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通道的建設(shè)方式探討

李鴻奎 曾文婷

（國(guó)網(wǎng)菏澤供電公司，山東 菏澤274000）

0 引言

2009年5月22日，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司首次公布了智能電網(wǎng)計(jì)劃，這表明中國(guó)的電力改革已經(jīng)步上正軌。溫總理在2011年、2012年的《政府工作報(bào)告》中2次提到智能電網(wǎng)的建設(shè)，表明了政府高層對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的認(rèn)可，標(biāo)志著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)已經(jīng)成為能源創(chuàng)新發(fā)展與變革的引擎。智能配電網(wǎng)的建設(shè)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要一環(huán)，而智能配電自動(dòng)化技術(shù)完全包含在智能配電網(wǎng)內(nèi)，是其主要內(nèi)容，具有舉足輕重的作用，因此智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)的成功建設(shè)是智能電網(wǎng)成功建設(shè)的重要支撐。

1 智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

我國(guó)20世紀(jì)90年代就開始開展配電自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用工作。1998年，國(guó)家城網(wǎng)改造計(jì)劃與當(dāng)時(shí)國(guó)家電力公司的創(chuàng)一流活動(dòng)，極大地推動(dòng)了我國(guó)配電自動(dòng)化應(yīng)用工作。到2003年，有100多個(gè)地級(jí)以上城市開展了配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程試點(diǎn)工作，有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模很大，如紹興配電自動(dòng)化系統(tǒng)安裝終端近5 000套，基本覆蓋了整個(gè)城區(qū)的配電網(wǎng)。同年，不少已建成的配電自動(dòng)化系統(tǒng)暴露出運(yùn)行不正常、管理維護(hù)困難等問題，再加上全國(guó)缺電局面的出現(xiàn)，配電自動(dòng)化應(yīng)用進(jìn)入了相對(duì)沉寂的階段。

最近，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)供電可靠性要求的提高與智能電網(wǎng)的提出，配電自動(dòng)化工作又迎來新一輪的發(fā)展。國(guó)家電網(wǎng)公司積極規(guī)劃、推動(dòng)智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，啟動(dòng)了北京、杭州、廈門、銀川4個(gè)城市的智能配電自動(dòng)化試點(diǎn)工作。2011年，山東電力集團(tuán)成為首家17地市智能配網(wǎng)建設(shè)方案全部通過國(guó)家電網(wǎng)公司審查的省公司，其正加快推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)。

總結(jié)我國(guó)前段時(shí)間的配電自動(dòng)化工作，總體來說應(yīng)用水平還比較低，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。線路自動(dòng)化覆蓋面有限，形不成規(guī)模效益；“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，條塊分割，沒有做到整個(gè)配電管理流程的計(jì)算機(jī)化，應(yīng)用功能有限。究其原因，主要有一些地區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、一次設(shè)備以及基礎(chǔ)管理工作薄弱，還不具備應(yīng)用配電自動(dòng)化系統(tǒng)的條件，出現(xiàn)所謂的“超前建設(shè)”現(xiàn)象；有些系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃不合理、設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)；我國(guó)城市建設(shè)與配電網(wǎng)擴(kuò)容任務(wù)繁重，配電設(shè)備異動(dòng)率高，數(shù)據(jù)錄入與更新工作量大等。

2 數(shù)據(jù)傳輸通道的構(gòu)建

智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要包涵配電主站系統(tǒng)、通訊骨干網(wǎng)、子站（變電站）、通信接入網(wǎng)、終端設(shè)備、一次設(shè)備。其中，終端數(shù)據(jù)傳輸通道有光纖數(shù)據(jù)傳輸通道和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道2種。

2．1 光纖數(shù)據(jù)傳輸通道的構(gòu)建

光纖數(shù)據(jù)傳輸通道主要包括骨干層和接入層，整體構(gòu)架如圖1所示。

圖1 光纖數(shù)據(jù)傳輸通道整體構(gòu)架圖

2．1．1 骨干層的建設(shè)

骨干層包括配電自動(dòng)化主站核心數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、PTN通信網(wǎng)絡(luò)以及變電站端調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備。根據(jù)山東電力集團(tuán)公司通信網(wǎng)“十二五”規(guī)劃及PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度，配電通信光纖骨干網(wǎng)絡(luò)采用PTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)。

為便于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理，骨干網(wǎng)絡(luò)分為2個(gè)子層（核心層、匯聚層）。核心層負(fù)責(zé)大顆粒數(shù)據(jù)傳輸，匯聚層負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)接入的匯聚轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)網(wǎng)核心層節(jié)點(diǎn)通過10GE光纖接收PTN通信網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)報(bào)文，再傳輸給配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)網(wǎng)主站端及廠站端均有縱向加密認(rèn)證裝置，可加強(qiáng)數(shù)據(jù)的保密性，增強(qiáng)二次安全防護(hù)的安全級(jí)別。光纖數(shù)據(jù)傳輸通道的匯聚層靠PTN設(shè)備，將各個(gè)變電站的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備，包括路由器、交換機(jī)、縱向加密認(rèn)證裝置，組成具有自愈功能的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，將終端數(shù)據(jù)上傳到配電主站系統(tǒng)。

2．1．2 接入層的建設(shè)

接入層采用EPON網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化終端的數(shù)據(jù)通信，EPON網(wǎng)絡(luò)與PTN之間采用GE接口。EPON是基于以太網(wǎng)的無(wú)源（光的傳輸及分配無(wú)需電源）光網(wǎng)絡(luò)，是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)墓饫w通信技術(shù)。EPON由部署在變電站的光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成。配電通信接入網(wǎng)通常選取雙主站雙光環(huán)形、單主站雙光環(huán)形和單主站單光星形3種結(jié)構(gòu)。配電終端的“三遙”信息通過ONU，經(jīng)OLT匯聚后，由PTN網(wǎng)絡(luò)上傳主站。

雙主站雙光環(huán)形是冗余度最高的鏈路形式，其要求設(shè)置為：OLT1、OLT2同時(shí)處于工作狀態(tài)，一個(gè)ONU的2個(gè)PON口分別選擇2個(gè)不同的OLT進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2．2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道的構(gòu)建

配電網(wǎng)自動(dòng)化終端（RTU、DTU、TTU、FTU 等）通過GPRS通信終端連接到移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部GPRS網(wǎng)絡(luò)，再通過移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商與配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)之間的有線專線連接到主站系統(tǒng)；GPRS通信終端使用了專用的接入點(diǎn)名稱（APN，Access Point Name）連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，在通過身份認(rèn)證后獲得無(wú)線DDN網(wǎng)絡(luò)的私有IP地址，與主站系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)廣域的虛擬專用TCP／IP網(wǎng)絡(luò)，從而提供了配電網(wǎng)自動(dòng)化終端與主站系統(tǒng)的雙向通信鏈路，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與分析、遠(yuǎn)程控制等操作。

3 配網(wǎng)主站端數(shù)據(jù)接收

光纖數(shù)據(jù)傳輸通道采集到的數(shù)據(jù)通過PTN網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)秸{(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)核心層，通過采集網(wǎng)交換機(jī)再傳輸給前置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，供整個(gè)配電主站系統(tǒng)使用。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)鏈接到公網(wǎng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，通過公網(wǎng)數(shù)據(jù)采集交換機(jī)和正／反向物理隔離裝置將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚潆娭髡鞠到y(tǒng)。

4 數(shù)據(jù)傳輸通道的安全性、可靠性

通過上文的說明及圖例示意可以看到，配網(wǎng)主站端設(shè)置多重防火墻，可保證數(shù)據(jù)過濾處理。整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸采用私匙加密—解密處理，其中調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)主站及站端均設(shè)置縱向加密認(rèn)證裝置，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。正／反向物理隔離裝置及身份驗(yàn)證數(shù)字簽名的實(shí)施更加有力地保證了數(shù)據(jù)通信的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

2012年的《政府工作報(bào)告》指出：要加強(qiáng)用能管理，發(fā)展智能電網(wǎng)和分布式能源，實(shí)施節(jié)能發(fā)電調(diào)度、合同能源管理、政府節(jié)能采購(gòu)等行之有效的管理方式；要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)傳統(tǒng)能源清潔高效利用，安全高效發(fā)展核電，積極發(fā)展水電，加快頁(yè)巖氣勘查、開發(fā)攻關(guān)，提高新能源和可再生能源比重，加強(qiáng)能源通道建設(shè)。我們認(rèn)為，發(fā)展智能電網(wǎng)寫入溫總理的《政府工作報(bào)告》，表明智能電網(wǎng)的建設(shè)得到了政府高層的認(rèn)可，智能電網(wǎng)全面建設(shè)將不可逆轉(zhuǎn)，而作為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化重要途徑的智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)，必將迎來建設(shè)的高潮，構(gòu)建一條安全、穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)傳輸通道，是智能配電自動(dòng)化建設(shè)的重要基石，值得我們探討。