配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的通信方式研究

董 騁

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司白水縣供電分公司，陜西 渭南 715600）

0 引 言

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)匯集了用戶數(shù)據(jù)、新型通信技術以及配電等部分，是保證配網(wǎng)系統(tǒng)安全高效運作的核心內(nèi)容，使配網(wǎng)系統(tǒng)可以更快地檢測到事故的發(fā)生，更好地實現(xiàn)系統(tǒng)自身保護與控制的功能[1-4]。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)的存在具有非常重要的意義[5-8]。為進一步提升配網(wǎng)通信系統(tǒng)技術水平，文章經(jīng)過分層設計，提出一個針對配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的最佳組網(wǎng)方案。

1 配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)方案研究

1.1 配網(wǎng)通信系統(tǒng)方案組網(wǎng)原則

針對以下5 點內(nèi)容來設計配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)：一是，由于系統(tǒng)的終端設備接口彼此間差異大，應從經(jīng)濟性的角度出發(fā)選擇合適的組網(wǎng)方式；二是，按照分區(qū)的策略劃分網(wǎng)絡，每一個通信分區(qū)單獨選擇不同的無線局域網(wǎng)絡（Wireless Local Area Network，WLAN）通信策略，該操作可以保證高效率安全通信；三是，衡量通信信息速率、帶寬以及容量3 個方面的性能，旨在更好地讓配網(wǎng)自動化系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)；四是，基于無線通信技術，可以實現(xiàn)遙信即“一遙”功能，還可以實現(xiàn)“遙信、遙測”即“二遙”功能，基于光纖通信，進一步可以實現(xiàn)“遙測、遙信、遙控”功能，即“三遙”功能；五是，數(shù)據(jù)的傳輸、采集具有一定的特性，就地取材可以減少建設成本，因此盡量用已擁有的管線搭建數(shù)據(jù)傳輸通道。

1.2 配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)方案設計

系統(tǒng)由接入層、主站層、終端層組成。首先，主站層以調(diào)度中心為核心；其次，接入層選取的接入目標一般是變電站；最后，將終端設置在配網(wǎng)中的柱上開關或者各個環(huán)網(wǎng)。

文章采取分層結構，具體包括接入層、骨干層以及終端層。通信系統(tǒng)需要建立通信終端和與其對應的通信子站之間的通信，該環(huán)節(jié)一般由接入層負責。接入層采用基于長期演進（TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-LTE）技術和無源光線網(wǎng)絡（Passive Optical Network，PON）的無線專用網(wǎng)完成數(shù)據(jù)通信[9,10]。骨干層由核心層和匯聚層2 個子層組成，采用光纖傳輸技術連接主站與子站，光纖的通信傳輸設備網(wǎng)絡為系統(tǒng)提供了相應的數(shù)據(jù)傳輸信道。終端層主要負責通信終端、應用設備間的通信連接。

通信子站主要負責收集從通信終端發(fā)出的各項信息，然后將數(shù)據(jù)源傳輸給通信主站。同時，通信主站收集并匯總從子站傳輸過來的信息，并傳輸給配網(wǎng)主站。通信終端主要負責定期上傳終端設備信息、用戶數(shù)據(jù)，并接收通信變電站傳輸來的控制信息。終端數(shù)據(jù)一般由通信子站上傳到配網(wǎng)通信主站。文章根據(jù)不同層次，采取不同通信技術，管理和使用通信資源。配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡結構如圖1 所示。

圖1 配網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡結構

1.3 骨干層通信方案設計

1.3.1 骨干層通信組網(wǎng)方案

所有的通信子站都會發(fā)送相應的信息，系統(tǒng)需要對其進行匯總傳輸，該功能由骨干層通信網(wǎng)絡負責完成。由于數(shù)據(jù)量龐大，選擇基于光纖的軟件定義網(wǎng)（Software Defined Network，SDN）或分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）等傳輸設備進行組網(wǎng)。想要高效地完成數(shù)據(jù)交換，就須依賴核心層網(wǎng)絡。首先，核心層網(wǎng)絡與地區(qū)核心路由器連接；其次，由相應的傳輸設備高速交換數(shù)據(jù)；最后，由網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)匯集、打包、轉(zhuǎn)發(fā)。

通信穩(wěn)定性是評判電力通信業(yè)務水平高低的最重要的因素，因此文章提出利用傳輸網(wǎng)實現(xiàn)“1+1”的目標，即讓配網(wǎng)通信業(yè)務基于2 套傳輸網(wǎng)交叉承載，如果其中一個設備出現(xiàn)故障，那么業(yè)務就會自動轉(zhuǎn)移到另一個設備，可以防止業(yè)務發(fā)生中斷。

文章又提出一個新的組網(wǎng)結構方案。該方案采取匯聚層與核心層雙環(huán)型的結構。首先，匯聚層負責匯聚多臺接入設備的信息，并基于環(huán)形結構與核心層相接；其次，在核心層形成傳輸設備組網(wǎng)；最后，處理接入層傳輸來的通信數(shù)據(jù)。骨干層通信網(wǎng)絡架構方案如圖2 所示。采取該結構的好處是可以多重接入數(shù)據(jù)，維持通信網(wǎng)絡的正常運行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?+1”備用方案。

圖2 骨干層通信網(wǎng)絡架構方案

1.3.2 骨干層通信保護方案

文章選取通信系統(tǒng)保護模式是子網(wǎng)連接保護（Sub Network Connection Protection，SNCP）模式。該模式能夠保證一條通信線路發(fā)生故障時，通信依舊正常傳輸。

1.4 接入層通信方案設計

1.4.1 接入層通信組網(wǎng)方案

終端和通信變電站之間的通信具有線路分布廣等特點，為保證大面積覆蓋通信和通信安全，采用基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）+無線專用網(wǎng)通信的策略設計接入層通信方案。

1.4.2 接入層的通信安全分區(qū)

配網(wǎng)系統(tǒng)中，為滿足根據(jù)不同通信業(yè)務分配不同安全分區(qū)的策略要求，需要先將數(shù)據(jù)業(yè)務通過邏輯信道虛擬專用網(wǎng)絡（Virtual Private Network，VPN）分類，再利用傳輸設備進行傳輸。如何在邏輯、物理2個層面劃分接入層設備與核心層網(wǎng)絡，是通信方案研究的重點。邏輯層面，由于網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）通信具有靈活性高、可配置性高以及建設網(wǎng)絡成本低的優(yōu)點，本研究將其應用到終端設備的邏輯劃分操作；物理層面，本研究將不同的通信業(yè)務分配給與其對應的通信接口。

1.4.3 無線專網(wǎng)的頻帶及帶寬選擇

為進一步滿足用戶需求，希望系統(tǒng)覆蓋面極廣、頻率低，頻率在0.2 ～2.5 GHz 變化，頻段帶寬（路由器的發(fā)射頻率寬度）選擇應在5 MHz 以上，最好達到10 MHz 水平。而TD-LTE 技術可以基于目前應用廣泛的正交頻分復用技術/多入多出技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Multiple-Input Multiple-Output，OFDM/MIMO）無線寬帶技術實現(xiàn)該目標。TD-LTE 技術具有頻譜靈活性高等優(yōu)點，因此采用該技術進行設計。

1.5 終端層通信方案設計

1.5.1 終端層的通信方案

多個終端設備構成終端層，主要承擔檢測各種終端設備的狀態(tài)與采集信息等任務。基于無線專網(wǎng)，可以將接入層、終端設備連接在一起，配網(wǎng)自動化終端層接入示意如圖3 所示。

圖3 配網(wǎng)自動化終端層接入示意圖

1.5.2 配置終端層

配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中，無線通信是終端設備需要擁有的基礎功能，因此需要給終端層設備安裝客戶前端設備（Customer Premises Equipment，CPE），具體的通信配置方案如下：一是，若建筑條件允許，則將天線安裝到室外，將無線CPE 安裝到室內(nèi)，若實際情況不允許，則需要安裝3 m 的抱桿固定天線；二是，由于終端設備自身的蓄電池可以持續(xù)供電，將無線CPE 和終端設備連接，可以保證在斷電時通信不間斷；三是，雖然終端設備和無線CPE 用線路連接，但是無線CPE 可以把有線信號轉(zhuǎn)化為無線信號；四是，室外的天線可能會遭受雷擊，對系統(tǒng)造成破壞，因此需要采用一定的防雷策略；五是，不同的系統(tǒng)終端設備采用不同的無線CPE，終端層的CPE 安裝如圖4 所示。

圖4 終端層的CPE 安裝

2 結 論

隨著科技的進步，配網(wǎng)朝著智能化方向發(fā)展，同時其發(fā)展必須依賴安全可靠的通信技術支持。為了進一步提升配網(wǎng)通信技術水平，對骨干層組網(wǎng)方案與通信方案的具體選擇進行分析探討，并進一步選擇接入層與終端層的通信方案，提出一個針對配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的最佳組網(wǎng)方案。與傳統(tǒng)組網(wǎng)方案相比，該方案具有更強的通信穩(wěn)定性與靈活性。