對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)研究

洪偉光

（沈陽現(xiàn)代制造服務(wù)學(xué)校，遼寧沈陽 110148）

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化、自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)通信中的應(yīng)用也十分普遍。配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)在使用過程中的安全性及穩(wěn)定性逐漸被社會(huì)各界廣泛關(guān)注。配電網(wǎng)通信系統(tǒng)作為通信功能實(shí)現(xiàn)的主要介質(zhì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性有決定性作用。EPON 技術(shù)憑借其經(jīng)濟(jì)適用性、擴(kuò)容性能強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)逐漸走進(jìn)了人們的視野。該技術(shù)在配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用大大提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信系統(tǒng)的總體要求

社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)性能的提升，也對(duì)電力通信網(wǎng)的建設(shè)提出了更高的要求。配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架及功能對(duì)整個(gè)電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生直接影響。配電網(wǎng)自動(dòng)化的建造規(guī)模、理想自動(dòng)化水平等是配電網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)通信系統(tǒng)的總體要求的決定性因素。

1.1 可靠性

就我國配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的使用狀況而言，多數(shù)設(shè)備終端都暴露在氣溫多變、環(huán)境復(fù)雜的戶外，容易受到氣候的影響，導(dǎo)致設(shè)備性能下降、材料老化。因此，配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要能夠抵擋惡劣天氣，盡量減少天氣因素對(duì)設(shè)備使用的影響。在面對(duì)雷電天氣或周圍存在磁場時(shí)設(shè)備的使用效果也會(huì)受到影響，因此系統(tǒng)的建立還要滿足抗磁場、雷電干擾的要求，確保設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

1.2 實(shí)時(shí)傳輸能力

配電網(wǎng)自動(dòng)化功能體現(xiàn)在能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控并對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。因此配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要較高的傳輸速率。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，主站會(huì)對(duì)RTU、FTU等數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性召喚，一旦設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，主站與各控制單元之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量會(huì)大大增加，便于技術(shù)人員通過數(shù)據(jù)反饋及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)的原因?；诖耍潆娋W(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要具備大容量數(shù)據(jù)傳輸及故障上報(bào)的功能。

1.3 雙向性與實(shí)時(shí)性

設(shè)備終端與主站之間是上報(bào)與傳達(dá)的關(guān)系，就決定了配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的建立必須具有信息傳遞的雙向性。所謂的信息傳遞雙向性，指的是設(shè)備終端與主站之間信息傳遞的雙向性。主站在日常運(yùn)作的過程當(dāng)中，向設(shè)備終端進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸，等到終端接收數(shù)據(jù)完畢后，前半段的數(shù)據(jù)傳輸便已完成。之所以說是前半段的數(shù)據(jù)傳輸，那是因?yàn)榻K端在接收到了主站的信息訊號(hào)后，還需要將本身的運(yùn)輸情況通過信號(hào)檢測機(jī)制向主站進(jìn)行匯報(bào)。這就意味著設(shè)備終端與主站之間變成了雙向性的訊息傳遞。要用這種做法來使得數(shù)據(jù)傳輸變成雙向流動(dòng)的機(jī)制，是因?yàn)樵O(shè)備終端在日常的運(yùn)行過程當(dāng)中很容易出現(xiàn)故障，倘若不進(jìn)行雙向性的信息交互，那么即便設(shè)備終端出現(xiàn)了問題，主站也無法在第一時(shí)間知曉。這不僅會(huì)耽誤設(shè)備終端的正常工作，還可能會(huì)給用戶造成不利的影響以及較為不良的使用體驗(yàn)。但倘若將訊息傳輸變?yōu)殡p向性的，那么設(shè)備終端一旦出現(xiàn)問題，便可以及時(shí)將檢測信息上傳至主站，主站便會(huì)根據(jù)故障數(shù)據(jù)與信息，進(jìn)行自動(dòng)的故障排查。這樣一來，不僅節(jié)省了大量的人力，還能夠提高故障排查的工作效率，一舉兩得。當(dāng)然，配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)除了需要具有雙向性的特點(diǎn)，還需要具有實(shí)時(shí)性。倘若配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)只具有雙向性而沒有實(shí)時(shí)性，那么設(shè)備終端出現(xiàn)了故障，并且將故障信息與數(shù)據(jù)傳遞給了主站，卻由于信息傳遞缺乏實(shí)時(shí)性，主站則很可能會(huì)在信息收集與處理上出現(xiàn)延遲，倘若延遲較為嚴(yán)重，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備終端故障報(bào)備后久久不能進(jìn)行處理的情況，這種情況是會(huì)對(duì)工作效率以及用戶體驗(yàn)產(chǎn)生極為不利的影響的。故而應(yīng)當(dāng)要保障通信設(shè)備的實(shí)時(shí)性。

1.4 靈活性

前文提到配電網(wǎng)設(shè)備經(jīng)常暴露在戶外。面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境，再加上設(shè)備工作的設(shè)計(jì)范圍十分廣。因此需要通信系統(tǒng)對(duì)環(huán)境具有強(qiáng)大的適應(yīng)能力且具備一定的靈活度。所謂的適應(yīng)能力，是能夠適應(yīng)配電網(wǎng)設(shè)備日常安裝的各個(gè)場景與條件。換句話說，哪怕是在極端的溫度與氣候下，通信系統(tǒng)的流暢性與準(zhǔn)確性都不會(huì)受到嚴(yán)重的干擾。所謂的靈活度，指的是通信系統(tǒng)的通訊方式并不拘泥于某一種，而應(yīng)當(dāng)隨著環(huán)境的變化進(jìn)行改變，使用最適宜當(dāng)前環(huán)境下的通信方式。當(dāng)然，為了保障通訊的流暢性與準(zhǔn)確性，在任何時(shí)刻、任何場景下，配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議來進(jìn)行通信，否則其信息傳遞與共享的流暢性與準(zhǔn)確性很有可能會(huì)受到影響。

1.5 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)很大程度上取決于建設(shè)條件的復(fù)雜程度，配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的使用通常采用多接入技術(shù)互補(bǔ)的形式。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的使用一方面能夠確保通信業(yè)務(wù)的順利開展，另一方面還能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)業(yè)務(wù)的開放與部署。為了獲取更好的用戶體驗(yàn)感，通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要將業(yè)務(wù)與應(yīng)用緊密結(jié)合。

1.6 豐富的業(yè)務(wù)種類

配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型主要包括負(fù)荷控制、SCADA 等，不同業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝耘c實(shí)時(shí)性的要求不同，因此在配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中要綜合考慮各項(xiàng)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)條件。

1.7 開放性

系統(tǒng)建立的開放性與擴(kuò)展性已然成為現(xiàn)階段配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)建立的必要條件之一。系統(tǒng)開放性的實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)接口的開放程度與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)注化有關(guān)，開放性較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)接口能夠快速接入新業(yè)務(wù)，從而提高工作效率。

2 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信方式的特點(diǎn)

2.1 光纖通信

光纖通信以已廣泛應(yīng)用在各類通信工程中，是比較常見的一種通信方式。光纖通信的應(yīng)用很大程度上滿足了前文提到的數(shù)據(jù)傳輸容量大、抗干擾能力強(qiáng)、傳速速率快的設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)階段光纖通信的傳輸方式以單模與多模光纖為主。雖說兩者的核心技術(shù)都是光纖通信，但在成本、傳輸距離等方面的差異還是十分巨大的。單模傳輸?shù)膽?yīng)用范圍較廣，也是接下來要介紹的配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)之一，傳輸速率非常快且可傳輸距離遠(yuǎn)，而多模光纖則稍有遜色。但就成本而言，單模光纖由于其特性的強(qiáng)大建設(shè)成本較高，多模光纖在成本選擇方面具有一定的優(yōu)勢。我國在生產(chǎn)光纖通信的主要材料二氧化硅方面一直處在超前地位且依然具有極大的發(fā)展?jié)摿Γ虼?，原材料的大量生產(chǎn)勢必會(huì)造成光纖通信應(yīng)用成本的降低。

2.2 租用電話線通信

智能手機(jī)在人們的日常生活中發(fā)揮了巨大的應(yīng)用價(jià)值，逐漸被人們所依賴，其數(shù)據(jù)傳輸成本并不高。從另一方面來看，通過電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信的方法也是非常簡單的，只要主機(jī)與數(shù)據(jù)集中器均安裝調(diào)制調(diào)節(jié)器就能夠輕松達(dá)到通信的目的。但如果在使用過程中遇到特殊情況或者需要高效率的數(shù)據(jù)傳輸也可以安裝專線通信。但與前者相比，專線通信的安裝成本并不占優(yōu)勢，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)酌情考慮企業(yè)經(jīng)濟(jì)狀況。

2.3 配電線載波

配電線載波也是加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸效率的主要方法之一。雖說該方法的使用能夠大大提高傳輸效率但成本并沒有提高且安裝線路簡單，因此受到了廣泛歡迎。此外，配電線載波的數(shù)據(jù)傳輸主要是利用企業(yè)內(nèi)部線路進(jìn)行，便于技術(shù)人員對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾实冗M(jìn)行控制。但在數(shù)據(jù)傳輸過程中，配電線載波的使用也具有一定的局限性，如容易受到脈沖信號(hào)變動(dòng)的影響，一定程度上起到了阻礙數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔谩?/p>

2.4 無線通信

無線通信技術(shù)與前文所述三種技術(shù)相比，在成本與維護(hù)方面具有顯著優(yōu)勢，其傳輸途徑主要是公共頻段。但在建筑物密集的大型城市應(yīng)用比較困難，因此多用于中小型城市配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的升級(jí)與優(yōu)化。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要使用多種通信技術(shù)，如前文提到的EPON、光纖通信及無線通信。本文配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在EPON 技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，該技術(shù)的應(yīng)用決定了本系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分有存在上報(bào)與傳達(dá)關(guān)系的終端與主站、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺赖取?/p>

配電主站是配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，其功能涉及數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)記憶，特別是在設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障的情況下，主站能夠及時(shí)對(duì)故障信息進(jìn)行收集、上報(bào)及處理。前文提到的FTU、TTU、RTU 等控制單元是配電終端的主要組成部分，系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉、系統(tǒng)變壓器的信息收集與監(jiān)控等都是在此實(shí)現(xiàn)的。通信信道是數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋匾ǖ酪彩沁B接系統(tǒng)各控制單元的橋梁。EPON 自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含三部分。ODN 即光分配網(wǎng)絡(luò)，是光纖通信的主要通道，通過光分配網(wǎng)絡(luò)可將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，同時(shí)繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)再整理，有助于波長復(fù)用的實(shí)現(xiàn)。EPON 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)還需要用到波分復(fù)用技術(shù)，能夠有效地對(duì)雙向數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行柔性處理，并將下行數(shù)據(jù)反饋到中心控制端。

EPON 技術(shù)的應(yīng)用以單模光纖為主，兩者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，在多種混合式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的使用中脫穎而出。

4 結(jié)束語

綜上所述，配電網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)需要使用EPON 技術(shù)，充分發(fā)揮該技術(shù)一點(diǎn)到多點(diǎn)的典型通信結(jié)構(gòu)的作用，致力于為多個(gè)終端用戶進(jìn)行服務(wù)，提高用戶使用的好感度。EPON 應(yīng)用技術(shù)中物理層規(guī)范化通信協(xié)議的建立及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的擴(kuò)展有助于實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)TDM 的快速接入，提高系統(tǒng)適應(yīng)性。通過多個(gè)供電局的投入設(shè)計(jì)與實(shí)用證明該設(shè)計(jì)方案在數(shù)據(jù)傳輸能力、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、光損耗等方面的確具有顯著優(yōu)勢，可行性較強(qiáng)。