一種配電光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)研究

侯功華

（國網(wǎng)福州供電公司 信息通信分公司，福建　福州　350009）

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一種配電光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)研究

侯功華

（國網(wǎng)福州供電公司 信息通信分公司，福建福州350009）

摘要：針對配電光纖通信網(wǎng)建設(shè)中網(wǎng)架規(guī)劃難度大、網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在盲區(qū)、接入工程通信投資占比高等問題，文章提出了一種基于工業(yè)以太網(wǎng)雙纖自愈環(huán)組網(wǎng)方式的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究思路，按照“通信區(qū)域同步，適度超前布局”的原則，建立分層分級、點線面結(jié)合的架構(gòu)模型，實現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)分區(qū)分層集結(jié)，建設(shè)安全、可靠、經(jīng)濟、擴展性好的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可主動適應(yīng)配電信息業(yè)務(wù)對通信的接入要求，為智能配電網(wǎng)建設(shè)提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：配電；通信；架構(gòu)模型

智能配電網(wǎng)已成為提高供電質(zhì)量、增強企業(yè)服務(wù)水平等的重要手段，是智能電網(wǎng)推動并承載第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。配電通信網(wǎng)作為實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化、智能化的前提保障及業(yè)務(wù)支撐［1- 2］，對其本身的可靠性、穩(wěn)定性、安全性等提出了更高的要求。當(dāng)前我國配電通信網(wǎng)一般都是以配電自動化業(yè)務(wù)作為組網(wǎng)基礎(chǔ)，根據(jù)配電自動化業(yè)務(wù)站點數(shù)量多、分布廣泛、業(yè)務(wù)安全性要求高、業(yè)務(wù)流向集中的特點，以及從技術(shù)、安全、運行維護等方面綜合考慮，為滿足配電系統(tǒng)的通信需求和二次系統(tǒng)安全防護技術(shù)規(guī)范，光纖通信是配電通信網(wǎng)最主要的方向［3］。

配電通信網(wǎng)光纖接入技術(shù)主要采用工業(yè)以太網(wǎng)和EPON［4］，二者在接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)保護方式、通信實時性、QoS、組網(wǎng)靈活性、技術(shù)成熟度等方面基本一致，但工業(yè)以太網(wǎng)在傳輸距離、設(shè)備可靠性、不同廠家設(shè)備互通、纖芯利用率、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)擴展、維護難度、維護成本等方面存在一定的優(yōu)勢，配電通信網(wǎng)光纖接入技術(shù)采用工業(yè)以太網(wǎng)在一些應(yīng)用場景優(yōu)于EPON。

1　現(xiàn)狀及存在的問題

福州地區(qū)配電通信網(wǎng)通道建設(shè)以光纖通信為主，中壓載波、無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)等通信方式相結(jié)合的原則建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)為“骨干層-接入層”兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：骨干層負責(zé)主站至變電站的通信，接入層負責(zé)變電站至各配電終端節(jié)點的通信，接入層網(wǎng)絡(luò)根據(jù)各變電站所屬區(qū)域劃分相應(yīng)的子網(wǎng)，每個配電終端節(jié)點均配置二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機與所屬變電站通過百兆光纖接口組成環(huán)網(wǎng)。

配電光纖通信網(wǎng)的終端節(jié)點數(shù)量較大、分布范圍廣泛，且節(jié)點數(shù)量預(yù)期增長迅速。但在網(wǎng)絡(luò)實際建設(shè)過程中，存在以下問題有待解決：

當(dāng)前配電光纖通信網(wǎng)只在核心區(qū)內(nèi)規(guī)模建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋范圍相比配電網(wǎng)絡(luò)較小，在核心區(qū)外若有小型零散工程的配電終端節(jié)點需要光纖接入時，無法就近接入，需要組織路由到變電站，通信投資較配網(wǎng)投資比例過大，并且不利于后期通信網(wǎng)架的建設(shè)。

除A+區(qū)外，其余區(qū)域由于負荷不平衡等原因，部分變電站供電半徑較大，但配網(wǎng)負荷增長較快，區(qū)域內(nèi)配電終端節(jié)點的通信需求增長迅速，以變電站為匯聚點的組網(wǎng)方式存在以下問題：（1）為提供配電終端節(jié)點的就近接入，在建設(shè)子網(wǎng)時，需預(yù)留較多地址，降低了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性。（2）為提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，在配電終端節(jié)點接入時需重新組網(wǎng)，重新組織路由到變電站，工程投資大、施工困難，后期維護難度大。

2　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)

2.1研究模型

為有效解決配電光纖通信網(wǎng)建設(shè)中存在的問題，本文提出了一種基于工業(yè)以太網(wǎng)雙纖自愈環(huán)組網(wǎng)方式的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)研究模型，結(jié)合配網(wǎng)智能化規(guī)劃，根據(jù)“通信區(qū)域同步，適度超前布局”原則，建立“匯聚點-分纖點-終端節(jié)點”的網(wǎng)格化分區(qū)分層光纜結(jié)構(gòu)，主動適應(yīng)堅強智能配電網(wǎng)接入靈活、即插即用和高度安全的通信接入要求。

模型組建方案如下：

選擇匯聚點，劃分匯聚半徑。結(jié)合配網(wǎng)智能化規(guī)劃，參考電網(wǎng)一次供電區(qū)域及變電站供電半徑范圍，梳理區(qū)域內(nèi)規(guī)劃配電終端節(jié)點密度、道路長度等因素，選取區(qū)域內(nèi)或區(qū)域外鄰近變電站作為匯聚點，并劃分匯聚點的匯聚半徑，保證區(qū)域內(nèi)均有匯聚點可覆蓋。

建設(shè)主干光纜環(huán)。根據(jù)匯聚點的匯聚半徑及10kV線路出線路徑，沿主干路建設(shè)若干主干光纜環(huán)（光纜芯數(shù)按光纜環(huán)大小選擇8-48芯光纜），保證匯聚點的匯聚半徑內(nèi)均有主干光纜環(huán)可覆蓋。

設(shè)置光纜分纖點。分纖點是配電光纖通信網(wǎng)收容末端接入光纜網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點，根據(jù)需求測算每個主干光纜環(huán)上可設(shè)置的光纜分纖點數(shù)量及每個分纖點成端芯數(shù)，為每個分纖點覆蓋區(qū)域范圍，保證主干光纜環(huán)匯聚區(qū)域內(nèi)均有分纖點可覆蓋。分纖點應(yīng)選擇在開關(guān)站、配電站等管道資源豐富、易于收容接入光纜的關(guān)鍵樞紐配電站所。

以一個主干光纜環(huán)（8芯）設(shè)置2個分纖點的纖芯分配為例，1-4芯為A節(jié)點獨享纖芯，5-8芯為B節(jié)點獨享纖芯。分纖點每2芯可下聯(lián)一個接入光纜環(huán)，最多可下聯(lián)4個接入光纜環(huán)。分析點邏輯示意如圖1所示。

圖1　分纖點邏輯示意

接入光纜環(huán)建設(shè)。以光纜分纖點為中心，沿次干路建設(shè)接入光纜環(huán)，為每個接入光纜環(huán)定義覆蓋范圍，保證分纖點區(qū)域內(nèi)均有接入光纜環(huán)可覆蓋。

配電終端節(jié)點接入。根據(jù)配電網(wǎng)對通信的接入需求，結(jié)合設(shè)備組網(wǎng)要求，可提供單分纖點接入、雙分纖點接入等多種靈活、方便的光纜接入方式，實現(xiàn)終端節(jié)點的就近接入。

2.2案例介紹

以倉山淮安半島區(qū)域配電自動化配套通信建設(shè)為例。

從金山變沿主干路規(guī)劃一條主干光纜環(huán)（使用24芯光纜），選擇淮安半島1#配電站與西江林語1#配電站作為光纜分纖點。在淮安半島1#配電站成端1-12芯，直熔13-24芯，在西江林語1#配電站成端13-24芯，直熔1-12芯。

以淮安半島1#配電站為中心，沿次干路規(guī)劃一條接入光纜環(huán)，接入4個配電自動化站點，通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機形成1個設(shè)備環(huán)狀子網(wǎng)。

從淮安半島1#配電站沿次干路規(guī)劃一條接入光纜環(huán)至西江林語1#配電站，接入3個配電自動化站點，通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機形成1個設(shè)備環(huán)狀子網(wǎng)。該光纜環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　光纜環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3　模型成效分析

可實現(xiàn)區(qū)域延伸覆蓋。通過建設(shè)主干光纜環(huán)與設(shè)置若干光纜分纖點，即可具備區(qū)域性覆蓋能力。

網(wǎng)絡(luò)擴展性好，可接入節(jié)點冗余度高。每個主干光纜環(huán)能接入多個設(shè)備拓撲環(huán)，按照光纜冗余50%，子網(wǎng)站點數(shù)10～20個計算，一條48芯一級光纜環(huán)能滿足6個子網(wǎng)，60～120個配電終端節(jié)點接入。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次清晰。主干、接入光纜沿主干道、次干道布放，實際施工容易成環(huán)。接入站點可根據(jù)實際情況接入環(huán)內(nèi)、環(huán)間或鏈式接入，無法接入的也方便改成其他通信方式而不影響整體結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)靈活性高，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度低。接入層子網(wǎng)可按實際需要分別接入不同的光纜分纖點，即能形成光纖冗余環(huán)網(wǎng)；在配電站側(cè)不使用匯聚設(shè)備，無需考慮電源的問題，也降低設(shè)備的配置難度。

經(jīng)濟性強。光纜資源利用率高，不需要為成環(huán)布放多個同路由光纜，造成光纜浪費及管孔堵塞。

運維方便。接入層光纜可按主干、接入、終端節(jié)點排優(yōu)先級進行維護搶修。不需要維護多個零散的光纜，減少光纜維護數(shù)量，降低維護難度。同時，匯聚設(shè)備集中在變電站側(cè)，維護較為方便。

4　結(jié)語

配電光纖通信網(wǎng)的網(wǎng)架建設(shè)是城市配電網(wǎng)規(guī)劃與改造工作中的一個重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性、帶寬以及組網(wǎng)方案決定了所承載業(yè)務(wù)的實用化程度。隨著配電光纖通信網(wǎng)規(guī)模的快速增長，通過將本文的建設(shè)思路進一步推廣應(yīng)用，對于配電光纖通信網(wǎng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。

［參考文獻］

［1］許曉惠.智能電網(wǎng)導(dǎo)論［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［3］余南華，陳云瑞.通信技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［4］劉麗榕，王玉東，辛培哲.EPON及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在配電通信網(wǎng)中的應(yīng)用探討［J］.電力信息與通信技術(shù)，2015（4）：44-48.

［5］LIU Li-rong，WANG Yu-dong， XIN Pei-zhe. Discusshion on EPON and Industrial Ethernet Technology Applied in Distribution Communication Network［J］.Electric Power Information Communication Technology，2015（4）：44-48.

Research on a Type of Distribution Optical Fiber Communication Network Architecture

Hou Gonghua
(Information and Communication Branch, State Grid Fuzhou Power Supply Company, Fuzhou350009, China)

Abstract：Aiming at the diffculty in the construction of the distribution optical fber network， the problem of the network coverage， the blind area of the network coverage, and the proportion of the investment in the project, this paper proposes a new type of network architecture, which is based on the dual fber self-healing ring of industrial Ethernet， in accordance with the principle of "communication area synchronization，moderate advance layout"， establish a hierarchical point line combination model， optical fber network of regional layered assembly， and build a safe, reliable and economical and extended communication network architecture, can take the initiative to adapt to the requirements of information distribution services on communication access, provide strong support for the construction of smart distribution network.

Key words：distribution; communication; architecture model

作者簡介：侯功華（1983-），男，福建福州，碩士，工程師；研究方向：電力通信。