光纖接入網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)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(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，現(xiàn)代電網(wǎng)自動(dòng)化程度和復(fù)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(dòng)化程度也不斷提高，通信干擾問(wèn)題已成為配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾性和遠(yuǎn)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(yùn)行的重要通信技術(shù)，可以幫助配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行[2]。另外，光纖通信采用光信號(hào)傳輸方式，具有信道容量大、實(shí)時(shí)傳輸量大的特點(diǎn)，由于傳輸介質(zhì)光纖沒(méi)有導(dǎo)電性，光纖網(wǎng)絡(luò)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(dòng)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(yùn)行狀況，協(xié)調(diào)配電網(wǎng)各變電站間的關(guān)系。傳輸設(shè)備方面，SDH將逐步被新型多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)設(shè)備替代，增加MSTP設(shè)備，使配電網(wǎng)的傳輸效率和速度達(dá)到最優(yōu)[3]。為了對(duì)通信數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)行優(yōu)化，在新建變電站的多業(yè)務(wù)平臺(tái)上，分別在各變電站子傳輸設(shè)備間設(shè)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(shè)備用環(huán)網(wǎng)電路，增強(qiáng)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(luò)是封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)，220 kV變電所均設(shè)有110 kV變電所電纜，光纖發(fā)生故障時(shí)可以繼續(xù)將光信號(hào)傳送給其他光纖，即智能倒換，能夠使光纖通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的可靠性。其他地區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)，可使用遠(yuǎn)距離光纖進(jìn)行傳輸，保證信號(hào)暢通。

1.2 通信網(wǎng)接入層

配電網(wǎng)自動(dòng)化體系中通信網(wǎng)接入層是鏈接子站與各個(gè)終端設(shè)備的媒介，作用是實(shí)現(xiàn)子站與各個(gè)終端設(shè)備之間大量信息的雙向傳輸以及少量信息端到端的單獨(dú)傳輸。通常終端設(shè)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(dòng)化體系設(shè)計(jì)中必不可少的通道。從配電網(wǎng)自動(dòng)化體系實(shí)際應(yīng)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(shè)計(jì)中采用光纖接入層設(shè)計(jì)方案，在通信區(qū)域內(nèi)的通信系統(tǒng)中根據(jù)終端設(shè)備的實(shí)際位置，鋪設(shè)由連接開(kāi)關(guān)和各類開(kāi)關(guān)電纜組成的終端設(shè)備，連接所有終端設(shè)備與以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，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(shè)的光纜結(jié)構(gòu)，在分布網(wǎng)絡(luò)中采用普通環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

（1）單電源輻射網(wǎng)。

單電源輻射網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 單電源輻射網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

單源輻射網(wǎng)絡(luò)連接方式簡(jiǎn)單易行、操作方便、建設(shè)投資少，在供電可靠性低的地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。該接線方式一旦出現(xiàn)大范圍停電檢修，會(huì)造成該范圍內(nèi)用戶停電，且不能迅速恢復(fù)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(shè)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(shí)間。

（2）“手拉手”環(huán)網(wǎng)。

“手拉手”環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 “手拉手”環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(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(wèn)題。環(huán)形網(wǎng)是城市地區(qū)常見(jiàn)的一種布線方式，連接兩個(gè)不同變電所的線路來(lái)，采用一個(gè)斷開(kāi)的互聯(lián)斷路器定義。故障時(shí)，任何一條線路都可以斷開(kāi)，互連的斷路器可與另一條線路閉合供電，實(shí)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(dòng)化中的具體應(yīng)用

2.1 光纖接入網(wǎng)應(yīng)用原理

一種基于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單光纖雙向光纖接入網(wǎng)，其典型拓?fù)溆袠?shù)型、星型、總線型和環(huán)型。該系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分，即光終端、光網(wǎng)絡(luò)單元和無(wú)源光分配器。光纜接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)光纜連接，其核心網(wǎng)絡(luò)為IP網(wǎng)、ATM網(wǎng)、SONET網(wǎng)、DWDM網(wǎng)。

光路終端設(shè)在中心局終端，負(fù)責(zé)分配和控制通道的連接，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理和維護(hù)的功能。無(wú)源光分路器是一種不需要電源就能夠自動(dòng)工作的設(shè)備，通常分路器的碎片率是2%、4%、8%，可以連接多個(gè)層次，任務(wù)是分配來(lái)自上行和下行的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行合并處理。

光線接入的光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)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(jī)的功率控制情況及時(shí)進(jìn)行響應(yīng)和相應(yīng)調(diào)整，通過(guò)緩存大量以太網(wǎng)數(shù)據(jù)后，可在相應(yīng)時(shí)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(dòng)化研究

光纖接入網(wǎng)絡(luò)采用時(shí)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(luò)的帶寬，采用點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)模式和廣播模式，在接入層實(shí)現(xiàn)信道的雙向傳輸。

光纖接入網(wǎng)技術(shù)擴(kuò)展良好，可以隨時(shí)增加新的用戶，無(wú)須改變網(wǎng)絡(luò)。將以太網(wǎng)技術(shù)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使光纖接入更高效。在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，結(jié)合傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入方式，增加了一種新的物理層，即通過(guò)光線接口根據(jù)MAC多點(diǎn)控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的時(shí)分多址分路器設(shè)計(jì)。

（1）便于擴(kuò)展。

技術(shù)結(jié)構(gòu)傳送時(shí)采用無(wú)源元件，不需要配置電源，布設(shè)簡(jiǎn)單，基本不需要維護(hù)，節(jié)約了大量的運(yùn)行成本，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(luò)技術(shù)不斷進(jìn)步，光纖接入網(wǎng)提供的帶寬可升級(jí)為10 Gbit/s，能夠滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化通信業(yè)務(wù)對(duì)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(yuǎn)、無(wú)電磁干擾，保證了光纖信號(hào)的傳輸質(zhì)量，分站與終端間采用光纖，故障點(diǎn)少，網(wǎng)絡(luò)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(gè)ONU都是并聯(lián)的，連接光纖接入網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備也是并聯(lián)。若某一終端發(fā)生故障，不會(huì)影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運(yùn)行。光纖接入網(wǎng)技術(shù)還采用了一套安全加密機(jī)制，確保數(shù)據(jù)平面、控制平面和管理平面的安全運(yùn)行。

（5）帶寬分配靈活。

光纖接入技術(shù)能夠靜態(tài)、動(dòng)態(tài)地為配電網(wǎng)自動(dòng)化中的每一個(gè)用戶平均分配帶寬，保證每一個(gè)用戶都能夠有效地進(jìn)行通信。作為點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)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(hù)

配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)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(shè)備基礎(chǔ)上，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效離線、在線監(jiān)測(cè)和管理的一種先進(jìn)技術(shù)手段。

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

光線接入技術(shù)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)為以太網(wǎng)，在配電網(wǎng)自動(dòng)化中得到了廣泛應(yīng)用，無(wú)須進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，通過(guò)WDM、光信號(hào)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(wù)劃分的原則，配電網(wǎng)自動(dòng)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(shè)在110 kV以上的變電站，變電站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬一般為2 MB/s。

從配電網(wǎng)層帶寬分析，達(dá)到了100 MB/s，帶寬有限，不占用配電網(wǎng)，可采用3層交換機(jī)與自動(dòng)主站前端交換機(jī)進(jìn)行通信。此外，在通信分站中，光纖接入端是配電網(wǎng)自動(dòng)化體系數(shù)據(jù)匯聚的焦點(diǎn)，通過(guò)1000MSFP與SDH設(shè)備相連，與終端下位機(jī)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)單元組合，形成冗余網(wǎng)絡(luò)，覆蓋全部終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸和嚴(yán)格保護(hù)。隨著配網(wǎng)自動(dòng)化通信網(wǎng)的建設(shè)，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(biāo)都進(jìn)一步提高，為開(kāi)展配網(wǎng)供電等一系列新業(yè)務(wù)創(chuàng)造了條件。

3 結(jié)語(yǔ)

光纖接入網(wǎng)技術(shù)以其傳輸帶寬、數(shù)據(jù)安全、維護(hù)方便、建設(shè)和擴(kuò)展經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)改造。目前，光纖接入網(wǎng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)成熟，具有成本低、帶寬容量大、維護(hù)簡(jiǎn)單、服務(wù)范圍廣的特點(diǎn)，能夠促進(jìn)供電可靠性、居民電壓合格率、主電線損等指標(biāo)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(yīng)用。