光纖接入網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)自動化中的應用

張 軼

（江蘇金卓能技術(shù)有限公司，江蘇南京 210000）

現(xiàn)階段，智能電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，特高壓電網(wǎng)建設穩(wěn)步推進，現(xiàn)代電網(wǎng)自動化程度和復雜性不斷提高[1]。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)自動化程度也不斷提高，通信干擾問題已成為配電網(wǎng)穩(wěn)定運行的瓶頸。配網(wǎng)自動化設計應具有較強的抗干擾性和遠距離穩(wěn)定傳輸能力，光纖接入網(wǎng)技術(shù)作為配電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要通信技術(shù)，可以幫助配電網(wǎng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行[2]。另外，光纖通信采用光信號傳輸方式，具有信道容量大、實時傳輸量大的特點，由于傳輸介質(zhì)光纖沒有導電性，光纖網(wǎng)絡本身具有抗雷擊的能力。

1 光纖接入網(wǎng)技術(shù)配電網(wǎng)自動化通信研究

1.1 通信網(wǎng)骨干層

通信網(wǎng)的主干層是連接主站與子站的通道，能夠統(tǒng)一輸出與輸入，調(diào)節(jié)與管理各種通信方式，分析配電網(wǎng)的運行狀況，協(xié)調(diào)配電網(wǎng)各變電站間的關(guān)系。傳輸設備方面，SDH將逐步被新型多業(yè)務傳輸平臺設備替代，增加MSTP設備，使配電網(wǎng)的傳輸效率和速度達到最優(yōu)[3]。為了對通信數(shù)據(jù)傳輸方案進行優(yōu)化，在新建變電站的多業(yè)務平臺上，分別在各變電站子傳輸設備間設置主環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)通信和傳輸網(wǎng)。在主環(huán)網(wǎng)上增設備用環(huán)網(wǎng)電路，增強配電網(wǎng)通信的可靠性，節(jié)省帶寬和主接口，提高配電網(wǎng)電信線路的利用率，使通信數(shù)據(jù)傳輸更安全。光纖通信網(wǎng)絡是封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)，220 kV變電所均設有110 kV變電所電纜，光纖發(fā)生故障時可以繼續(xù)將光信號傳送給其他光纖，即智能倒換，能夠使光纖通信網(wǎng)絡具有更高的可靠性。其他地區(qū)出現(xiàn)故障時，可使用遠距離光纖進行傳輸，保證信號暢通。

1.2 通信網(wǎng)接入層

配電網(wǎng)自動化體系中通信網(wǎng)接入層是鏈接子站與各個終端設備的媒介，作用是實現(xiàn)子站與各個終端設備之間大量信息的雙向傳輸以及少量信息端到端的單獨傳輸。通常終端設備通信網(wǎng)接入層處理終端的數(shù)據(jù)量較大、分布廣泛，與用戶直接通信概率較高，是配電網(wǎng)自動化體系設計中必不可少的通道。從配電網(wǎng)自動化體系實際應用效果分析，通信網(wǎng)接入層具有全光纖接入和有限光纖接入兩種方式，配電網(wǎng)通信系統(tǒng)設計中采用光纖接入層設計方案，在通信區(qū)域內(nèi)的通信系統(tǒng)中根據(jù)終端設備的實際位置，鋪設由連接開關(guān)和各類開關(guān)電纜組成的終端設備，連接所有終端設備與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡，保證彼此間的數(shù)據(jù)傳輸。在通信系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)鋪設的光纜結(jié)構(gòu)，在分布網(wǎng)絡中采用普通環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)通信。

（1）單電源輻射網(wǎng)。

單電源輻射網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 單電源輻射網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

單源輻射網(wǎng)絡連接方式簡單易行、操作方便、建設投資少，在供電可靠性低的地區(qū)得到廣泛應用。該接線方式一旦出現(xiàn)大范圍停電檢修，會造成該范圍內(nèi)用戶停電，且不能迅速恢復供電，系統(tǒng)可靠性差、靈活性差。此接線方式需要在斷路器上設置3～4根分接線柱，出現(xiàn)停電檢修情況，也能夠有效縮短停電時間。

（2）“手拉手”環(huán)網(wǎng)。

“手拉手”環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 “手拉手”環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

手拉手環(huán)網(wǎng)可解決單電源輻射網(wǎng)供電可靠性差的問題。環(huán)形網(wǎng)是城市地區(qū)常見的一種布線方式，連接兩個不同變電所的線路來，采用一個斷開的互聯(lián)斷路器定義。故障時，任何一條線路都可以斷開，互連的斷路器可與另一條線路閉合供電，實現(xiàn)互聯(lián)和傳輸，可有效縮小故障范圍，大幅度提高供電可靠性。

2 光纖接入網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)自動化中的具體應用

2.1 光纖接入網(wǎng)應用原理

一種基于點對多點結(jié)構(gòu)的單光纖雙向光纖接入網(wǎng)，其典型拓撲有樹型、星型、總線型和環(huán)型。該系統(tǒng)包括三個主要部分，即光終端、光網(wǎng)絡單元和無源光分配器。光纜接入網(wǎng)絡技術(shù)的節(jié)點通過光纜連接，其核心網(wǎng)絡為IP網(wǎng)、ATM網(wǎng)、SONET網(wǎng)、DWDM網(wǎng)。

光路終端設在中心局終端，負責分配和控制通道的連接，具有實時監(jiān)測、管理和維護的功能。無源光分路器是一種不需要電源就能夠自動工作的設備，通常分路器的碎片率是2%、4%、8%，可以連接多個層次，任務是分配來自上行和下行的數(shù)據(jù)，并進行合并處理。

光線接入的光網(wǎng)絡單元設置在用戶端，用戶從該單元中接收并選擇相關(guān)數(shù)據(jù)后，根據(jù)光網(wǎng)機的功率控制情況及時進行響應和相應調(diào)整，通過緩存大量以太網(wǎng)數(shù)據(jù)后，可在相應時間間隔內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.2 基于光纖接入網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)自動化研究

光纖接入網(wǎng)絡采用時分多址技術(shù)，結(jié)合激光技術(shù)和碼分多址技術(shù)提高現(xiàn)有光纜主干網(wǎng)絡的帶寬，采用點競爭模式和廣播模式，在接入層實現(xiàn)信道的雙向傳輸。

光纖接入網(wǎng)技術(shù)擴展良好，可以隨時增加新的用戶，無須改變網(wǎng)絡。將以太網(wǎng)技術(shù)和無源光網(wǎng)絡技術(shù)結(jié)合起來，使光纖接入更高效。在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，結(jié)合傳統(tǒng)的網(wǎng)絡接入方式，增加了一種新的物理層，即通過光線接口根據(jù)MAC多點控制協(xié)議，實現(xiàn)點到多點的時分多址分路器設計。

（1）便于擴展。

技術(shù)結(jié)構(gòu)傳送時采用無源元件，不需要配置電源，布設簡單，基本不需要維護，節(jié)約了大量的運行成本，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)采用模塊化設計，易于推廣。

（2）帶寬非常大。

光纖接入網(wǎng)技術(shù)可為上行和下行數(shù)據(jù)傳輸提供1.5 Gbit/s帶寬，隨著網(wǎng)絡技術(shù)不斷進步，光纖接入網(wǎng)提供的帶寬可升級為10 Gbit/s，能夠滿足配電網(wǎng)自動化通信業(yè)務對帶寬的需求。

（3）可靠性最高。

光纖通信損耗低、頻帶寬、傳輸距離遠、無電磁干擾，保證了光纖信號的傳輸質(zhì)量，分站與終端間采用光纖，故障點少，網(wǎng)絡安全可靠。

（4）安全可靠性高。

在光纖接入網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)中，每個ONU都是并聯(lián)的，連接光纖接入網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)絡終端設備也是并聯(lián)。若某一終端發(fā)生故障，不會影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運行。光纖接入網(wǎng)技術(shù)還采用了一套安全加密機制，確保數(shù)據(jù)平面、控制平面和管理平面的安全運行。

（5）帶寬分配靈活。

光纖接入技術(shù)能夠靜態(tài)、動態(tài)地為配電網(wǎng)自動化中的每一個用戶平均分配帶寬，保證每一個用戶都能夠有效地進行通信。作為點到點網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的光纖接入技術(shù)，可以利用本地光纖資源，還能夠結(jié)合光模塊，為分散的用戶提供帶寬。

2.3 基于光纖接入網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸與保護

配電網(wǎng)絡自動化一般指充分利用各種通信技術(shù)和電子技術(shù)，在高性能配電設備基礎上，對配電網(wǎng)絡進行有效離線、在線監(jiān)測和管理的一種先進技術(shù)手段。

配電網(wǎng)自動化能夠極大地提高供電質(zhì)量，通過實施配電網(wǎng)自動化技術(shù)，使配電網(wǎng)處于安全穩(wěn)定、良好的運行狀態(tài)，是實現(xiàn)電力系統(tǒng)高效率運行的最佳解決方案。

光線接入技術(shù)的無源光網(wǎng)絡基礎為以太網(wǎng)，在配電網(wǎng)自動化中得到了廣泛應用，無須進行光電轉(zhuǎn)換，通過WDM、光信號傳輸數(shù)據(jù)，只需要一根光纖即可完成。按照配電網(wǎng)二次系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務劃分的原則，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)一般屬于區(qū)域性生產(chǎn)控制。配電網(wǎng)通信站一般設在110 kV以上的變電站，變電站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡帶寬一般為2 MB/s。

從配電網(wǎng)層帶寬分析，達到了100 MB/s，帶寬有限，不占用配電網(wǎng)，可采用3層交換機與自動主站前端交換機進行通信。此外，在通信分站中，光纖接入端是配電網(wǎng)自動化體系數(shù)據(jù)匯聚的焦點，通過1000MSFP與SDH設備相連，與終端下位機無源光網(wǎng)絡單元組合，形成冗余網(wǎng)絡，覆蓋全部終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸和嚴格保護。隨著配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)的建設，電網(wǎng)調(diào)節(jié)水平明顯提高，供電質(zhì)量、程度、平均分配用戶指標都進一步提高，為開展配網(wǎng)供電等一系列新業(yè)務創(chuàng)造了條件。

3 結(jié)語

光纖接入網(wǎng)技術(shù)以其傳輸帶寬、數(shù)據(jù)安全、維護方便、建設和擴展經(jīng)濟等優(yōu)點被廣泛應用于配電自動化系統(tǒng)改造。目前，光纖接入網(wǎng)的開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成熟，具有成本低、帶寬容量大、維護簡單、服務范圍廣的特點，能夠促進供電可靠性、居民電壓合格率、主電線損等指標的提高，適用于配電通信系統(tǒng)，需要工程技術(shù)人員繼續(xù)研究和應用。