配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信方案設(shè)計(jì)探討

史元浩

摘? ?要：配電網(wǎng)作為高壓輸電線路與用電終端之間的關(guān)鍵部分，長(zhǎng)期以來(lái)受到了人們的廣泛關(guān)注。我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)化仍處于試點(diǎn)階段，技術(shù)上仍然不夠成熟，尤其是在配電網(wǎng)的通信技術(shù)上普及面還較窄。文章從我國(guó)配電自動(dòng)化應(yīng)用背景出發(fā)，對(duì)配電自動(dòng)化的基本原理及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，明確了建設(shè)難點(diǎn)，對(duì)不同的通信方案進(jìn)行分析對(duì)比，提出了一個(gè)適用于配電自動(dòng)化的通信系統(tǒng)方案，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);自動(dòng)化;電力通信;智能電網(wǎng)

配電自動(dòng)化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。所謂配電自動(dòng)化，就是以現(xiàn)代電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、地理信息等數(shù)據(jù)，采用動(dòng)態(tài)監(jiān)控、故障保護(hù)等手段，構(gòu)成一套可以保證配電網(wǎng)高效運(yùn)行、持續(xù)輸出高質(zhì)量電力的系統(tǒng)[1]。配電自動(dòng)化的核心實(shí)際上在于電力電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，使其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證配電網(wǎng)的高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

1? ? 配電通信技術(shù)概述

一般來(lái)說(shuō)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)由配電主站、通信子系統(tǒng)、配電終端設(shè)備以及業(yè)務(wù)信息平臺(tái)等4大模塊組成，可見(jiàn)通信子系統(tǒng)是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，它為配電主站和大量的配電終端設(shè)備之間搭建了一條數(shù)據(jù)高速公路，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的核心技術(shù)之一[2]。鑒于通信技術(shù)在配電自動(dòng)化改造中的重要地位，國(guó)家電網(wǎng)公司早在2012年就給出了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，推薦以無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）為主體，充分利用其與配電一次網(wǎng)架的匹配度，降低改造成本、提高運(yùn)行效率。目前，我國(guó)的配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通常有不同的組網(wǎng)形式，較為常見(jiàn)的主要包括射線網(wǎng)、樹(shù)狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)等，PON 組網(wǎng)技術(shù)對(duì)這些形式的網(wǎng)架具有很好的適應(yīng)性。

2? ? 配電通信系統(tǒng)建設(shè)的難點(diǎn)

配電自動(dòng)化中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)以及配電控制過(guò)程中需要用到的大量指令，都需要通過(guò)一定的方式進(jìn)行傳輸和共享，這就是配電系統(tǒng)通信子系統(tǒng)的主要功能，它在整個(gè)配電自動(dòng)化技術(shù)中起到了十分關(guān)鍵的作用，在一定程度上配電自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用核心就在于通信技術(shù)的應(yīng)用[3]。盡管各國(guó)都知道其重要性，但由于通信系統(tǒng)的性能與各國(guó)、各地區(qū)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等條件有著密切的關(guān)系，其建設(shè)過(guò)程和技術(shù)水平往往很難滿足要求，加上當(dāng)前的配電網(wǎng)在組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)等方面的發(fā)展均比較滯后，因此必須在實(shí)踐中不斷優(yōu)化配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)。考慮到通信系統(tǒng)的重要性，本文按照各地區(qū)的不同配電網(wǎng)現(xiàn)狀，通過(guò)因地制宜的手段對(duì)通信體系進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，使之滿足配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信要求的同時(shí)，又能適應(yīng)各地區(qū)的統(tǒng)一管理要求。

3? ? 配電通信技術(shù)的選擇

根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇槭欠駷閷?shí)體可以將通信技術(shù)分為有線和無(wú)線通信。其中前者又可以進(jìn)一步分為光纖通信和電力線載波通信，光纖通信的主流技術(shù)包括以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，電力線載波通信屬于中壓載波技術(shù)。光纖通信技術(shù)在配電網(wǎng)中更具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)通常具有負(fù)荷變化大的特點(diǎn)，對(duì)通信系統(tǒng)的可靠程度要求極高，并且許多城市有大量的預(yù)留管孔資源，可以實(shí)現(xiàn)低成本大覆蓋建設(shè)。根據(jù)地區(qū)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)和應(yīng)用要求，本文采用了基于以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）通信技術(shù)。對(duì)少部分光纖無(wú)法覆蓋的區(qū)域，以無(wú)線通信技術(shù)作為補(bǔ)充，使整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本降到最低，資源利用率實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，運(yùn)行效率得到有效保證，便于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與維護(hù)。

4? ? 配電自動(dòng)化通信方案設(shè)計(jì)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)屬于電網(wǎng)通信網(wǎng)，在結(jié)構(gòu)上由通信主干網(wǎng)和接入網(wǎng)兩個(gè)層次構(gòu)成，其中接入網(wǎng)一般以PON為主流，傳輸網(wǎng)則以同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）網(wǎng)絡(luò)為主，在通信過(guò)程的實(shí)現(xiàn)上，光纖接入網(wǎng)是經(jīng)過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的轉(zhuǎn)接而進(jìn)入SDH骨干網(wǎng)的。

光纖專網(wǎng)通信網(wǎng)接口設(shè)計(jì)中，光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）和骨干光傳輸設(shè)備采用千兆以太網(wǎng)傳輸，光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）和配電終端之間、無(wú)線終端與配電終端之間，由于數(shù)據(jù)格式的區(qū)別需要引入快速以太網(wǎng)傳輸，外網(wǎng)和主站電氣隔離設(shè)備則通過(guò)2 M接口交換數(shù)據(jù)。

通信主干網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的最高層次結(jié)構(gòu)，它必須為全部110 kV及以上變電站提升通信服務(wù)，同時(shí)還要滿足遠(yuǎn)程調(diào)度中心以及運(yùn)營(yíng)單位的業(yè)務(wù)需求。主干網(wǎng)是配電通信網(wǎng)的核心，必須具備高可靠性和實(shí)時(shí)性，通過(guò)安裝雙路由保證系統(tǒng)在故障情況下的自愈時(shí)間不超過(guò)50 ms。

通信接入網(wǎng)主要由10 kV配電通信網(wǎng)、分段互聯(lián)開(kāi)關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜等設(shè)備組成，它是各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的必經(jīng)途徑。配電業(yè)務(wù)對(duì)接入網(wǎng)的可靠性和實(shí)時(shí)性也有極高的要求，需在采集點(diǎn)數(shù)多，運(yùn)行情況復(fù)雜的情況下仍然可以高效完成通信接入任務(wù)，由于接入層對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成本投資有較大的影響，因此是配電網(wǎng)自動(dòng)化通信子系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，接入網(wǎng)全部采用光纖通信以提高傳輸質(zhì)量。主干線路和分支線則通過(guò)EPON光纖網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸，通信終端接入方式采用RJ45，RS232和RS485，形成光纖專用網(wǎng)絡(luò)，環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)等終端設(shè)備的數(shù)據(jù)由EPON網(wǎng)絡(luò)傳輸至變電站。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

本文提出的配電網(wǎng)通信方案是在目前大部分地區(qū)正在推廣的主流技術(shù)的基礎(chǔ)上優(yōu)化而來(lái)的，實(shí)用性很強(qiáng)，具有較大的推廣意義。本方案在某城市配電網(wǎng)配電自動(dòng)化項(xiàng)目上成功進(jìn)行了試點(diǎn)，待進(jìn)一步完善后有望推廣更城鄉(xiāng)地區(qū)，逐步完善智能電網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳立新，王佳艷，王克杰，等.配電自動(dòng)化及通信系統(tǒng)建設(shè)方案研究與應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2019（7）：28-30.

[2]鹿優(yōu)，徐偉.無(wú)線通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（1）：16-20.

[3]加云崗，孫媛，杜峰，等.基于4G網(wǎng)絡(luò)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信子系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019（2）：113-117.