通信自动化系统在配电网中的分析与应用

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　　摘  要：作为配电网中信息和数据传输的枢纽，通信自动化系统的可靠性对配电网的安全性和稳定性具有重要影响。文章比较了配电网通信方式，并基于光纤通信方式，利用OFDM调制技术，设计了通信自动化系统，应用结果表明，该系统信号定义明确，接线简单，通信质量良好。
　　关键词：通信自动化;配电网;OFDM技术;应用
　　中图分类号：TM76         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）11-0177-02
　　Abstract： As the hub of information and data transmission in distribution network， the reliability of communication automation system has an important impact on the security and stability of distribution network. In this paper， the communication modes of distribution network are compared， and based on the optical fiber communication mode， the communication automation system is designed by using OFDM modulation technology. The application results show that the system has the advantages of clear signal definition， simple wiring and good communication quality.
　　Keywords： communication automation; distribution network; OFDM technology; application
　　引言
　　近年來，我国电力行业的配电网正逐步向智能化方向发展，配电网自动化业务种类越来越多，且对配电网通信技术提出了更高的要求。在当前形势下，电力企业应当在全面分析各种通信技术特点、性能和技术要求的基础上，合理选择配电网通信自动化技术，构建配电网通信自动化系统。
　　1 配电网通信自动化系统的基本要求
　　对于配电网通信自动化系统构建而言，其中主要包括网络技术、传输介质、通信设备等都受到了限制，应充分考虑网络结构及相关设备的选择，应适合配电网系统的特点、建设规模、具体业务需求和未来发展需求。但是，对于具体的项目而言，假如无线专网覆盖范围自身具有生产控制区终端，另外又涵盖了管理信息区的终端，但是基于当前无线系统本身的特点来说，在数据信息采集之中几乎无法将采集到的数据信息来进行业务区分，网络应该运用数据信息汇总来进行核心交换机的方式，防火墙传输到配电自动化和计量自动化系统。
　　在实践过程中，为了能够达成用户业务量的增加以及业务的不断拓展，本文主要是探讨配电网通信自动化系统，同时也将经济合作原则具体分析，在此过程中，运用当前现代化的通信技术方式，不断增强数据和信息的传统质量与效率提升，与此同时也能够有效的缩短项目建设周期。配电网自动化通信系统在构建过程中，需要不断的满足配电网与通信的需求，具有安全性和可靠性高、速度快、带宽科学、组网结构合理、覆盖范围广、接入灵活等特点确保所提出的配电网系统的安全、经济和效率。在建立通信网络系统时，需要充分考虑如下的三个方面，比如说有效的运用接口组网的经济条件，运用当前有网络技术相对应的组网方式，在此过程中，需要有效的运用当前的资源与技术方式，进而来保障系统建设的协调性。充分考虑配电网通信自动化系统网络数据采集和传输的及时性，确保数据和信息的安全性和可靠性，子网之间使用不同的通信方法。
　　2 配电网通信自动化系统的构建与实践
　　2.1 配电网通信自动化系统架构
　　电网通信自动化系统的主要结构包括三层：主站系统层、通信系统层和终端系统层。一般采用光纤通信技术，接入通信网的功能是实现从终端层到配电网各通信分站的通信，可用的技术手段包括光纤通信技术，载波通信技术和无线通信技术。
　　2.2 配电网通信自动化系统各层设计要点
　　2.2.1 核心层设计要点
　　根据相关调查，我们了解到，当前国内一些供电局已经开启了关于通信网络中MSTP光纤传输网、综合业务数据网以及相关的调查网。从某种程度上来说，各通信分站几乎实现了光纤全覆盖，因此，大多数通信分站都位于变电站内。通过综合分析，核心层的主要任务是将业务处理从分站传送到配网主站，主要是由MSTP光纤来进行传输网与相关技术的达成，其中最为核心的内容则是通信组网之中，运用MSTP光纤传统网来进行业务信息与数据的达成。通常来说，一旦通信分站中MSTP中含有空闲端口之中，则能够运用MSTP光传输技术与设备板卡之中。在技术完成之中，主要是运用SDH或者是MSTP网络系统则将其变电站配电网中采集的相关业务数据发送到电力调度中心和调度中心的MSTP设备落地业务，利用工业以太网将相关数据信息传送到配电网自动化主站系统。
　　2.2.2 接入层设计要点
　　配电网系统结构十分复杂，电气设备和分支线路数量较多，具有终端分布广的特点;而无线通信覆盖范围广，具有组网灵活、架构方便、终端接入简单等优点。在无线专用网中实现VLAN有两种方法：一种是基于IP连接，即为不同的终端划分不同的IP网段;另一种是基于MAC地址。从实践中可以看出，由于每个终端MAC地址都有其独特的特点，可以根据终端MAC地址对VLAN进行有效的划分。具体操作如下：（1）在无线专网交换机上指定准确的物理接口，并与VPN网络一一对应。（2）利用现代无线专用网网关设备实现接入终端VLAN划分有两种方式，即IP网段划分和MAC地址绑定，这两种方式是根据实际情况选择的。（3）无线专用网VLAN网络与电力VPN网络有效互联。由于配电网只是一个传输通道，需要将数据信息传输到不同的系统中，然后进行纵向和横向的安全隔离。 　　2.2.3 终端层设计要点
　　对于终端层而言，该层设备需安装CPE，基本要求如下：CPE电源为24V，采用DC供电模式，由DTU提供，并且要保证停电时利用DTU蓄电池供电（CPE与DTU之间通过网线相连）。如果有现成的建筑结构可以利用，则CPE可以置于室内适当的位置，将天线安装在屋顶抱杆之上;如果没有现成的建筑结构可以利用，则在环网柜周围加装落地3m左右的抱杆，并且将CPE置于环网柜中，将天线固定在抱杆之上。由实践可知，由于DTU供电功率会受到环网柜空间的限制，因此，每一个配电网终端都经CPE接入。
　　3 配电网自动化系统实例概况
　　某供电公司，负责辖区内14个县区的供电规划、运行和维护工作，服务客户超过1000万人，拥有35kV以上变电站超过100座，输电线路超过300条。虽然当前配电网自动化通信系统可以基本满足该供电公司的业务需求，但是仍存在以下影响供电质量和可靠性的问题：
　　（1）在通信網络城市光缆铺设过程中，受城市破土施工等工程的限制，施工周期较长，存在终端通信入网覆盖率较低的问题。（2）当前的终端通信入网技术较为落后，一定程度上限制了配用电业务的开展。但是，随着配电网规模的不断扩大，对具有较高灵活改造能力、大容量的通信技术的需求越来越大。（3）当前配电网自动化系统的通信网络故障较多，相关运维工作量很大，网络的维护成本高，综合维护效率低，影响着供电的稳定性和企业的经济效益。但是，随着网络的不断延伸，配电网自动化通信系统需要更可靠的设备和更合理的通信网络结构。
　　4 光纤通信技术在配电网自动化系统中的具体应用
　　为了解决当前某供电公司存在的配电网自动化通信系统问题。本公司在通信系统组网建设过程中采用了EPON技术。EPON技术作为一种光纤通信技术，具有无源特性、组网灵活等特点，不仅可以很好地适应光缆的走向，而且成本投入较低。下面将结合EPON不同组网方式在配电网自动化通信系统结构中的应用展开分析研究。
　　4.1 配电网自动化通信系统无保护组网方案
　　以某供电公司辖区内某配电网络为例，共有1个110kV变电站，5个10kV开闭所，采用链型组网部署。在该配电自动化网络通信系统搭建过程中，首先将OLT设备放置在110kV变电站中，主要对其辖区内所有监控终端的实时数据进行采集，并实现终端与子站的通信。其次，在开闭站部署ONU设备，并借助无源分光器，将其连接在主干光纤上。为了满足本企业灵活组网的要求，在ONU部署过程中，应确保各设备之间相互独立，即便其中任何一个设备发生故障无法工作，其他设备仍可以正常运行。最后，采用24芯的OPPC复合光缆实现开闭站与变电站之间的网络通信。为了减少主光路的损耗，可采用非均匀分光器实现网络的多级分路。基于该方式，通信网络的主干光纤采用的是单链路网络，不会产生多余光缆路由，因此无法提供网络保护功能。
　　4.2 配电网自动化通信系统全线路保护组网方案
　　基于同样的配电网自动化系统，全线路保护组网方案与无保护组网方案的区别在于开闭所的位置相对集中，采用星型组网部署。在对该配电自动化网络进行通信系统搭建时，首先采用与链型结构相同的部署方式，将OLT设备布置在变电站中。在ONU设备部署过程中，与配电网自动化系统的链型结构不同，采用双PON口方式，并接入到变电站的OLT中。因此，变电站的OLT设备也具有了双PON口功能，可以提供1：1的主干光纤保护功能。
　　4.3 配电网自动化通信系统
　　保护组网方案：当配电网自动化系统中存在2个110kV变电站、5个10kV开闭所时，可以采用手拉手保护组网的方式提高通信线路的可靠性。即在2个110kV变电站中分别布置OLT设备，并实现所有ONU采集终端的实时工作数据的汇聚，完成与终端的通信，并借助以太网接口与主站实现通信。基于光纤通信技术的手拉手保护配网方式，其结构基本与配电网的输电线路结构一致，可以在不改变光纤网络结构的基础上，对全光纤网络进行保护倒换，实现多个OLT设备的同时工作，确保当任何OLT设备出现故障时，备用OLT设备仍然能正常实现与ONU设备的通信，有效提高配电网自动化系统运行的可靠性。
　　5 结束语
　　通过对配电网通信自动化系统的构建与测试可以看出，现代化专网技术既可以满足配电网通信自动化的需求，又可以满足配电网在未来发展中的业务要求，表现出移动性、便捷性和灵活性等特点，应用效果非常显著。同时，笔者认为，相关技术人员应当不断地创新和改进组网技术。只有这样，才能保持与时俱进，才能提高配电网通信自动化系统的安全性和可靠性。
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