淺談電力配網自動化系統中通信方式并存的可行性

【摘要】配網自動化系統中的通信技術是其關鍵的核心技術，只有可靠穩定的通信系統，才能夠保障配電網絡自動化系統的可靠穩定運行。文章介紹了EPON技術和GPRS技術，分析了其技術特點和優勢，對其在配網自動化通信系統中的可行性運行進行了剖析，建立了以EPON通信技術為主，GPRS無線通信為輔的配網自動化通信系統，使供電配網自動化水平得到很大提高，保障了供電系統的安全、經濟、可靠、穩定、高效運行。

【關鍵詞】配網自動化系統；通信系統；EPON；GPRS

近年來，隨著國家經濟與科學技術的發展，我國的配網自動化系統建設取得了長足的進步。但是在配電網自動化的建設過程中，仍然存在著許多問題。而通信系統作為配網自動化系統中的聯絡支撐，是自動化體系的重要組成部分。通信技術的發展直接制約著配電自動化系統的發展和應用，一直是配電網自動化智能化發展的“瓶頸”所在。目前，在我國絕大部分地區，都已經在35kV及以上的變電站之間實現了光纖覆蓋，可以實現變電站到主站的信息傳輸以及光環網自愈功能，但是無法完整的覆蓋配電網的末端通信網。由于配電網絡的交錯復雜，不僅主線實現手拉手，分支也有部分實現手拉手的網格狀網絡。使電力電纜溝道鋪設時也無法預埋光纜。各地區配電子站與配電終端間的信息通信方式各具特色，缺乏統一的標準與模式，這在很大程度上制約著配電自動化通信系統建設的順利實施。具體來說，通信系統分為兩層，第一層是主站跟子站之間的通信；第二層是配電終端與子站之間的通信，而這一層也就是本文研究的重點。由于配電終端具有點多面廣，環境多變等特點，單一的通信技術很難滿足需要。針對配電網通信系統中存在的這些問題，結合江蘇連云港供電公司的配網自動化現狀。本文通過采用以EPON為主，GPRS為輔的通信方式來設計多種通信方式并存的配網自動化通信系統來解決這些問題，該通信技術的選擇也符合當前的發展趨勢。

1.EPON技術分析

1.1 EPON技術原理

EPON系統的組成分為3個部分：OLT（光線路終端），ONU（光網絡單元）和ODN（光分配網），其中ODN是連接OLT和ONU的由光纖和無源分光器組成的部分，具有星形、環線和總線形等結構。其原理框圖如圖1所示。

OLT一般放置在主站端，由主干光纜與其他部分相連，相當于路由器或交換機的作用，并且具有實時監控管理及維護的功能。無源分光器結構簡單，環境適應能力強，一般具有多種分路比，還可以多級連接。ONU主要實現信息之間的光電轉換以及各類業務的接入。ODN由一個或者多個無源分光器（POS）組成，主要進行下行數據的分發以及上行數據的收集。在EPON中，從OLT傳輸到ONU的下行數據一般采用TDM廣播模式，ODN將OLT廣播出來的所有下行數據分配給每個ONU，但是每個ONU只讀取出自己需要的信號。相反，從ONU傳輸到OLT的上行數據一般采用時分多址（TDMA）方式。所有ONU根據設備設定的時隙發送信號（即突發發射），通過ODN進行匯、仲裁、然后再傳入OLT，由OLT進行處理。在EPON技術的實際應用中，分光器的級數以及分光比的選擇是一項十分重要的工作。EPON系統并沒有在理論上對于分光器級數和分光比進行限制，只是規定每個ONU的光通道衰減≤24dB即可。實際應用中，當然是分光器級數越多越能節省主干光纖數量，但是級數過多同樣也將帶來損耗的增加，使得網絡拓撲結構變復雜，因此ODN網絡拓撲結構的優化就十分必要。同時，當后期累加ONU時還需考慮擴容等問題，因此需要預留出光纖通道和光功率預算。ODN的光衰減與光纖長度、分光器數量、光活動連接器數量、光纜熔接頭數量等因素有關，設計通信系統時應該控制ODN的最大衰減值，并符合OLT、ONU的光功率衰減要求。ODN光通道衰減定義為最遠一級的OLT和ONU之間的所有設備的衰減總和，光通道計算模型如圖2所示。

其衰減計算公式為：

ODN衰減= （1）

在實際應用中應滿足：

ODN衰減+Mc≤系統允許衰減 （2）

式中：是光通道n段光纖衰減總和；是m個光活動連接器衰減之和；是p個光纜熔接頭衰減之和；是h個分光器衰減之和；Mc是光纖富余度（當傳輸距離≤5km時，Mc≥1dB；當傳輸距離≤10km時，Mc≥2dB；當傳輸距離>10km時，Mc≥3dB）。

1.2 EPON技術用于配網自動化系統的可行性分析

（1）通信介質分析。目前，我國的電網已經建成了以光纖通信為主的電力調度網，所有35kV及以上變電站已經基本實現光纖全覆蓋，不管采用的是哪種光纖，只要是單模介質，EPON系統都能應用。所以，采用EPON通信系統對現有的配網系統具有很好的兼容性。

（2）帶寬及接口要求分析。目前，我國新建的配電網通信終端均以RJ-45以太口接口為主，同時，配電終端節點數目巨大，分布廣泛且相互間通信距離較短，每個節點的通信數據量較小，實現性較強，而不同的配電終端對速率的要求各不相同。但是，EPON可提供1.25Gbit/s的帶寬，同時對帶寬的分配有完整的體系，因此足以滿足要求。

（3）組網結構分析。只有當通信系統的拓撲組網結構跟配電網絡的拓撲結構相似時，才能最大程度的節約成本，不需另辟通信管道，而EPON的組網模式均適應于配電網單鏈式、手拉手環網式等多種接線方式，組網靈活。

除此之外，在EPON系統中，每個ONU設備均收到OLT以廣播方式發送的數據，并且POS端連接的各個ONU是以并聯的方式存在的，所以當分支光纖。POS端口或者ONU中任一設備發生故障時，均不會影響其他ONU的正常工作情況，具有很好的安全性。EPON還能對于配網自動化系統中不同系統的業務進行隔離，針對這些系統中的信息安全問題，EPON都能找到切實可行的解決辦法。

2.GPRS無線公網通信技術及在配網自動化系統中的可行性分析

2.1 GPRS技術原理

GPRS技術是通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，為用戶提供中速的數據傳遞的一種無線通信技術。與其他通信方式相比，無線公網通信無需鋪設光纜，建設成本低、維護方便、覆蓋范圍廣、能實時傳輸，適合在無線覆蓋完整且信號優良的地方使用。但是其安全性、可靠性略顯不足。不過，無線通信技術特別是GPRS技術在配電網中應用很廣。現有的GPRS通信網絡是在現有GSM網絡中加入GGSN和SGSN來實現端到端的，廣域的無線IP連接。系統總體結構可分為3個部分：端站設備、GPRS網絡和終端設備，其網絡結構圖如圖3所示。

在圖3中，端站的數據由GSM基站先傳到SGSN（GPRS服務支持節點），再由SGSN與GGSN （GPRS網關支持節點）進行通信，由GGSN對數據進行分析處理后再發送給各配電終端或下級通信網絡。如InternetX2.5網絡，來自配電終端的數據流則先上傳給GGSN，再由GGSN轉發給SGSN，繼而轉發給端站設備，所以SGSN在GPRS網絡中相當于一個節點，起著承上啟下的作用。

2.2 GPRS通信技術用于配網自動化系統的可行性分析

GPRS技術突破了GSM網只能提供電路交換的思維方式，利用現有的GSM網，通過增加相應的功能實體和對現有的開閉所、小區變、臺變以及住上開關，進行部分改造就能實現分組交換，減少了鋪設通道建設的大量費用，投入較低。而且，后期可以由電信部門進行維護。同時，GPRS采用以數據流量的計費方式，傳輸速率可達115Kb/s，還支持雙向傳輸。最重要的一點是資源豐富，覆蓋范圍很廣。所以GPRS通信技術在配網自動化通信系統建設中有著較大的發展前景。目前也已經在我國部分地方的配網自動化系統中得到了應用。

3.多種通信方式并存的配網自動化通信系統

以江蘇省連云港供電公司配網自動化通信系統的探索為例。介紹結合EPON和GPRS通信技術的多種通信方式共存的通信系統的建設。如建成后的配網自動化水平將得到很大的提高，一個中、低壓配電系統的電力狀態綜合實時監控平臺將得以建立，保障供電系統配電網絡的安全、經濟、可靠、高效的運行。總體而言，通信系統的建設取決于配電網的整體規劃，拓撲結構的復雜程度以及將要達到的預期自動化水平等。因地制宜，采用多種通信技術相配合的方式，以安全、可靠、高效、經濟為目的來進行建設。具體而言，配網自動化通信系統的建設要求主要包括以下幾個方面：①抗干擾能力強以及防雷，防過電壓；②通信速率；③經濟性；④建立備用通信通道和確保在停電或故障時能正常通信；⑤雙向通信能力及其可擴展性。（下轉第155頁）（上接第82頁）

4.配網通信綜合網管系統的建設

通信方式并存的通信系統需要有一個結構化綜合網管系統來實現對不同類型的通信設備、通信網絡的監管。因而，在配電網自動化系統中建設一個能監控EPON與GPRS兩種通信方式的綜合網管系統就顯得十分重要。該系統主要包括一體化采集平臺，系統綜合監視模塊和通信資源模塊。其軟件基本結構圖如圖4所示。通過該通信系統，主站能很好地實現配網自動化的“三遙”功能，實時監視線路電流、電壓、有功和無功功率、電能質量以及電氣設備和系統的運行狀況，實現電能的分項計量，建立能耗動態數據平臺，還能實現故障或擾動錄波、自動故障定位與隔離的功能。

5.結論

配網自動化系統的建設是國家電網公司發展智能電網的重要部分。也是建設一流配電網的必要條件之一。堅強配網以網絡合理分布，容量合理分配，調度靈活為基本條件。配網自動化實現是配網安全、經濟、可靠運行的基本保障。目前，國內并沒有形成統一的通信系統建設標準，本文通過對EPON和GPRS技術的介紹以及將其初步應用到江蘇連云港供電公司的配網自動化通信系統這一實例，來說明EPON通信技術在配網自動化系統中的可行性及優勢所在，該技術具有廣闊的發展前景。此外通過此實例也說明了建設多種通信手段并存的通信系統也是未來發展配網自動化系統的大勢所趨。

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