配網自動化系統的多種通信方式研究

沈麗敏

（上海市電力公司浦東供電公司，上海201300）

0 引言

配電網在電力系統中的作用就是分配電能，它是電力系統的重要組成部分。配網自動化系統集合了電子技術、通信技術、計算機技術等眾多現代先進的技術，其通過對各種信息與參數的集成來實現配電網的正常運行和事故情況下的監測、保護、控制、管理等。當前，配網自動化系統在我國雖然有了較大的發展，但依舊存在一些問題。配電網絡復雜導致光纜無法預埋，各地區之間的通信標準與模式不統一等情況導致了配網自動化通信系統的建設與完善受到阻礙。本文主要對配電終端與子站之間的通信系統進行研究，通過EPON通信為主、GPRS無線通信為輔的多種通信方式并存的手段來解決配網自動化系統中的通信問題。

1 EPON技術

1.1 EPON技術的原理

光線路終端（OLT）、光網絡單元（ONU）、光分配網（ODN）是EPON系統的3個組成部分。EPON與業務節點的連接是通過業務節點，與用戶設備的連接是通過用戶網絡接口。

光線路終端是EPON的核心，其利用主干光纜來實現與其他部分的連接，具有廣播數據發送、測距監控、帶寬分配等功能，能夠進行實時監控管理與維護。光網絡單元能夠實現信息光電轉換和接入各類業務。光分配網是一點到多點的結構，用于光線路終端與光網絡單元的連接，其結構有星形、環線、總線形等，其中，無源分光器具有多種分路比，能夠進行多級連接，機構相對簡單，并且適應環境的能力較強。光分配網主要的作用是分發下行數據與收集上行數據。

EPON中，從光線路終端向光網絡單元傳輸下行數據一般采用TDM廣播模式，當下行數據傳輸到光分配網之后，光分配網將其分配給光網絡單元，每個光網絡單元根據自己的需要對信息進行選擇性讀取。而從光網絡單元向光線路終端傳輸上行數據采用的方式為TDMA，光網絡單元將信號按照設備設定的時間間隔發送給光分配網，光分配網匯總、仲裁之后傳送給光線路終端處理。EPON的實際應用中，要對分光器的級數和分光比進行慎重選擇，雖然EPON系統對分光器的級數與分光比沒有理論上的限制，但對光網絡單元光通道衰減的規定對分光器的級數與分光比提出了要求。在適當的范圍之內，分光器級數越高，越能節約主干光纖，但是超過范圍之后，過多的級數也會帶來損耗增加、網絡拓撲結構復雜等負面影響。在光纖通道與光功率的預算中，要考慮到后期光網絡單元增加時擴容的問題，因此要預留一定的冗余。光纖長度、分光器數量、光活動連接器數量等都會對光分配網的光衰減造成影響，在通信系統的設計中要對光分配網的最大衰減值進行控制，同時要兼顧光線路終端、光網絡單元光功率衰減的要求。

1.2 EPON技術在配網自動化系統中應用的可行性

1.2.1 擴展性

我國建成的電力調度網以光纖通信為主，EPON系統擁有數量較為龐大、分布較為分散的終端用戶，而且非常方便鋪設，能夠適應不同的光纖種類。EPON通信系統能夠提高配網自動化系統的兼容性與擴展性。

1.2.2 高效性

配電網終端節點眾多、分布廣泛、通信距離短、通信數據量小、實現性強、不同終端速率要求不同的現狀，都能夠被EPON提供的寬帶及帶寬分配系統所解決。隨著以太網技術的發展，高速率的寬帶完全能夠滿足配網自動化通信系統對寬帶業務的需求。

1.2.3 可靠性

在EPON系統中，光網絡單元設備之間的連接方式為并聯，而且配網自動化系統中配電終端之間的連接關系也為并聯，光網絡單元與配電終端之間也是并聯關系。這種并聯的連接方式，可以在一個或多個終端發生故障時，保證整個通信系統不受到影響，能夠正常運行，因而具有較高的可靠性。

2 GPRS技術

2.1 GPRS技術的原理

通過GSM網絡中沒有使用的TDMA信道為用戶提供中速數據傳遞功能的無線通信技術就是GPRS技術。這種技術與其他通信方式相比，具有無需鋪設光纜、維護簡便、覆蓋范圍廣、實時傳輸等特點，在無線覆蓋完整且信號較好的地方都可以使用，但在安全性與可靠性方面稍有欠缺。GPRS技術在配電網中有著較為廣泛的應用，GPRS系統包括站端設備、GPRS網絡和終端設備3個部分。

2.2 GPRS技術在配網自動化系統中應用的可行性

GPRS是無線通信和網絡技術的完美結合，在配網自動化通信系統中利用GPRS技術能夠減少投資。GPRS的運營商有著非常專業的維護團隊，這些團隊能夠保證GPRS網絡的正常運行，不需要電力公司在運行維護隊伍的建設方面投入過多的人力與物力。GPRS采用的計費方式是按照數據流量來收費，傳輸速率較快，一般可以達到115 kb/s，能夠實現雙向傳輸。最重要的一點就是，GPRS系統具有豐富的資源和廣泛的覆蓋范圍。由于具有上述特點與優勢，GPRS通信技術在配網自動化通信系統的建設中具有非常大的發展前景，且目前已經在部分地區得到了實際應用。

3 多種通信方式并存的配網自動化通信系統構建

現以某配網自動化通信系統的建設為例，介紹配網自動化系統中EPON技術與GPRS技術共存的應用模式。該配網自動化系統以EPON通信為主，GPRS無線通信為輔，提高了配網自動化水平，保障了電力系統的安全、高效、經濟運行。配網自動化通信系統的構建具體要求如下：一是具備較強的抗干擾能力與防雷、防過電壓能力；二是通信速率較高；三是具有經濟性；四是在停電或故障時能通過建立備用通信通道來確保正常通信；五是能實現雙向通信及可擴展性好。

3.1 總體方案

配網自動化通信系統3層結構模式：第一層為主站，主要負責對整個配電系統的監控與自動化管理；第二層為子站，一般放置在變電站中，對各種指令和信息進行上傳下達；第三層為終端，負責對主要設備進行數據的采集與監控，主要設備包括線路、開閉所、環網柜、配電室、配電變壓器等。

3.2 EPON通信系統設計

在整個配網自動化通信系統中，核心層為主站到子站，該層采用的是環網結構，信息傳輸利用現有的專用SDH/STP光纖網絡，各配電終端通過TCP/IP協議接入EPON系統中。EPON通信系統能夠使用多種方式靈活地進行組網。

3.3 GPRS通信系統設計

該實例中原無線網建設就很完善，通信系統的可靠性與安全性極高。GPRS通信的實現過程如下：首先是將GPRS模塊加裝到配電主站、子站及配電終端，安裝SIM卡，保證終端檢測到的數據先通過內部GPRS無線網絡傳輸到GGSN，經過GGSN的處理之后再傳輸到路由器，最后到配電主站，這樣就實現了自動化。

4 結語

電力系統的配網自動化是國家電網公司智能電網建設的一個非常重要的組成部分，目前，國內并沒有形成統一的構建標準。本文對基于配網自動化系統的多種通信方式進行了探討，同時分析了EPON通信技術與GPRS通信技術的原理及其在配網自動化系統中應用的可行性，說明多種通信手段并存是配網自動化通信系統的發展趨勢所在。

［1］霍錦強.配電自動化系統關鍵技術研究及配變監測終端開發［D］.國防科學技術大學，2008

［2］董雪源.基于互聯網技術的電力系統廣域保護通信系統研究［D］.西南交通大學，2012

［3］司孝平，趙方，李朝暉，等.基于某典型實例的配網通信方式研究與比較［A］.2013電力行業信息化年會論文集［C］，2013