李 想

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518054）

0 引 言

在電力系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，基本要素是將其系統(tǒng)內(nèi)部組成網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化以及規(guī)范化，并通過(guò)電力通信技術(shù)使內(nèi)部主站與設(shè)備緊密連接，構(gòu)建最經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的發(fā)展模式。建設(shè)電力通信系統(tǒng)時(shí)，要堅(jiān)持以用戶為中心，通過(guò)技術(shù)手段降低在系統(tǒng)中各種影響因素的干擾，使用戶能夠在系統(tǒng)中得到穩(wěn)定的供電服務(wù)，提升用戶滿意度。在電力通信系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，調(diào)度網(wǎng)與配電網(wǎng)是最核心的兩大部門(mén)。在其建設(shè)中，應(yīng)用光通信技術(shù)能夠使系統(tǒng)更加穩(wěn)定和可靠。因此，分析如何在電力通信系統(tǒng)中應(yīng)用光通信技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)十分必要。

1 電力通信系統(tǒng)構(gòu)建問(wèn)題及分析

電力系統(tǒng)包含變電站、發(fā)電廠以及電力設(shè)備等多項(xiàng)內(nèi)容，通過(guò)電力通信系統(tǒng)將其進(jìn)行有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電以及調(diào)度的各項(xiàng)功能。根據(jù)智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)劃，2020年年底基本實(shí)現(xiàn)世界一流的智能電力系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)[1]。在新時(shí)期電力系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，電力通信系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，是系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)的重要支撐，也是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能控制的重要手段，滿足了電力系統(tǒng)各項(xiàng)功能需求。目前，電力系統(tǒng)電壓等級(jí)分為低壓、中壓以及特高壓3個(gè)級(jí)別。在電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，光通信技術(shù)提供了信息交流樞紐，也是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。電力通信系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中雖然已經(jīng)應(yīng)用了大量先進(jìn)技術(shù)，但在通信系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中仍然存在問(wèn)題。

1.1 調(diào)度網(wǎng)

1.1.1 通信現(xiàn)狀

調(diào)度網(wǎng)主要完成電力調(diào)動(dòng)工作，開(kāi)展不同電壓等級(jí)的電力調(diào)度。調(diào)度網(wǎng)電壓工作范圍為35～500 kV。電壓等級(jí)越高，在電網(wǎng)調(diào)度過(guò)程中就越接近核心層。在構(gòu)建電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，220 kV被稱(chēng)為匯聚層，而低壓層面則被稱(chēng)為接入層，常見(jiàn)組網(wǎng)方法如圖1所示。目前，電力調(diào)度網(wǎng)基本以地理大區(qū)域?yàn)閯澐址椒?，各自統(tǒng)籌轄域內(nèi)電網(wǎng)調(diào)度工作，能夠節(jié)省一部分的電力資源。各區(qū)域在開(kāi)展電力調(diào)度工作時(shí)，將調(diào)度網(wǎng)作為指令傳輸媒介，從而為電力調(diào)度提供必要的基礎(chǔ)。

配電網(wǎng)建設(shè)是按照電壓等級(jí)和功能區(qū)域進(jìn)行劃分。按照電壓可以分為高壓配電網(wǎng)（110 kV/35 kV）、中壓配電網(wǎng)（10 kV）和低壓配電網(wǎng)（380 V/220 V）。電力配電通信網(wǎng)將主電站和各個(gè)下級(jí)供電客戶端相連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化控制。因此，在電力通信系統(tǒng)構(gòu)建中，調(diào)度網(wǎng)占據(jù)重要地位，是光通信技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)。

1.1.2 通信問(wèn)題

隨著電力通信系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力通信系統(tǒng)具備的功能越來(lái)越多，產(chǎn)生的信息越來(lái)越多，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不斷增大，使得傳統(tǒng)電力通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足實(shí)際需求。在應(yīng)用光通信技術(shù)構(gòu)建電力通信系統(tǒng)時(shí)，要考慮MSTP設(shè)備在系統(tǒng)通信能力和網(wǎng)絡(luò)速率需求等方面存在的問(wèn)題，從而根據(jù)具體情況為不同信息輸入與輸出提供合適的寬帶升級(jí)服務(wù)。

圖1 調(diào)度網(wǎng)常用組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.2 配電網(wǎng)

1.2.1 通信現(xiàn)狀

配電工作在電力系統(tǒng)中處于弱勢(shì)。電力企業(yè)將更多資源投入發(fā)電系統(tǒng)，忽視了對(duì)電能配置的管理，導(dǎo)致電能資源配置不合理，浪費(fèi)了大量電力資源，且無(wú)法滿足用戶實(shí)際需求，削弱了電力系統(tǒng)的資源配置能力。隨著電力能源可持續(xù)發(fā)展理念的樹(shù)立，越來(lái)越多電力企業(yè)認(rèn)識(shí)到電力配電的重要性，否則不利于系統(tǒng)建設(shè)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)能源科學(xué)調(diào)配管理目標(biāo)。

從組網(wǎng)層級(jí)來(lái)看，配電系統(tǒng)屬于接入層級(jí)，在通信系統(tǒng)中的主要功能是進(jìn)行電能分配。配電網(wǎng)可以根據(jù)電壓能級(jí)進(jìn)行劃分。大型城市低壓電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中也會(huì)設(shè)置配電網(wǎng)，精細(xì)化開(kāi)展電力系統(tǒng)配電工作。用戶網(wǎng)絡(luò)是配電網(wǎng)直接的下一層級(jí)，也是用戶接觸電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)層級(jí)，直接影響用戶的用電體驗(yàn)感。如果配電網(wǎng)系統(tǒng)中自動(dòng)化程度不高，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致頻繁發(fā)生間斷停電事件，給電力系統(tǒng)造成重要影響，導(dǎo)致用戶對(duì)電力系統(tǒng)的滿意度下降。在智能化電網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程中，需要系統(tǒng)穩(wěn)定性≥99.97%。因此，電力企業(yè)需要改變傳統(tǒng)的配電網(wǎng)構(gòu)建現(xiàn)狀[2]。

目前，配電網(wǎng)自動(dòng)化水平已經(jīng)處于快速發(fā)展的高級(jí)階段。其自動(dòng)化建設(shè)主要分為5個(gè)步驟。第一，網(wǎng)架規(guī)劃。網(wǎng)架是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基礎(chǔ)與框架，基本決定了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后的可拓展性。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)化、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、階段分設(shè)以及富裕容量等多方面需求，增強(qiáng)網(wǎng)架與配電網(wǎng)系統(tǒng)的適應(yīng)性。第二，饋線自動(dòng)化。線路是配電網(wǎng)系統(tǒng)連接基礎(chǔ)，在建設(shè)過(guò)程中需要考慮到經(jīng)濟(jì)、維護(hù)以及使用等各項(xiàng)因素，通過(guò)入地布設(shè)的方式逐漸代替架空線路。第三，配電設(shè)備。配電設(shè)備自動(dòng)化建設(shè)主要分為一次設(shè)備建設(shè)和二次設(shè)備建設(shè)兩個(gè)部分。一次設(shè)備主要包括分段器和熔斷器等，用于改造分配和輸送設(shè)備，可以通過(guò)手拉手方式進(jìn)行組網(wǎng)。二次設(shè)備建設(shè)主要包括環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)關(guān)以及監(jiān)控設(shè)備等，主要目的是增強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)用能力，滿足一次設(shè)備自動(dòng)化控制需求，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)做出有效動(dòng)作。第四，構(gòu)建通信系統(tǒng)。借助有限電纜、無(wú)限擴(kuò)頻以及光纖通信技術(shù)，完成電力通信系統(tǒng)構(gòu)建，為電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行提供必要的通信基礎(chǔ)。第五，主站建設(shè)。在構(gòu)建通信系統(tǒng)后，要加強(qiáng)系統(tǒng)中控能力，利用配電網(wǎng)主站進(jìn)行系統(tǒng)化管理。配電網(wǎng)主站管理過(guò)程中會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部搭載不同的軟件，以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，通過(guò)特定的運(yùn)算程序給出最佳指令配置和處理辦法，從而為電力系統(tǒng)遙測(cè)和遙信等技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)平臺(tái)。電力通信系統(tǒng)5大階段完成后，基本可以實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)構(gòu)建，從而保障系統(tǒng)管理的穩(wěn)定性，并以通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)進(jìn)行智能化和規(guī)范化升級(jí)。

在配電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，需要結(jié)合功能需求進(jìn)行系統(tǒng)化建設(shè)。配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)主要具備系統(tǒng)狀態(tài)運(yùn)行信息、系統(tǒng)測(cè)量信息（電流、頻率、電壓等）、系統(tǒng)控制信息（遙調(diào)、遙控等控制命令）以及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（電能質(zhì)量）等特征。配電網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)，需要考慮到數(shù)據(jù)建設(shè)需求，確保信息數(shù)據(jù)能夠有效傳播，將各級(jí)設(shè)備進(jìn)行緊密結(jié)合，以保障系統(tǒng)建設(shè)的安全性和可靠性。

1.2.2 通信問(wèn)題

配電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，MSTP/SDH是通信骨干網(wǎng)絡(luò)，能夠支持多種結(jié)構(gòu)，可以將不同等級(jí)的配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合性組網(wǎng)，完成“省調(diào)→地調(diào)→縣調(diào)”配電目標(biāo)，達(dá)成電力系統(tǒng)通信目的[3]。MSTP技術(shù)可以為系統(tǒng)提供鏈接和環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)框架。框架中設(shè)備能夠接入多種接口，采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)以太網(wǎng)的功能進(jìn)行封包和解包，從而更加方便和便捷地維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行。綜合來(lái)看，由MSTP/SDH技術(shù)構(gòu)建的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)層次較為分明，基本能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一化網(wǎng)絡(luò)管理。但是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，配網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不完善，沒(méi)有將所有設(shè)備納入其中，構(gòu)建環(huán)狀系統(tǒng)將會(huì)導(dǎo)致MSTP/SDH技術(shù)浪費(fèi)，增大系統(tǒng)運(yùn)行成本。從實(shí)際情況考慮，將MSTP/SDH技術(shù)應(yīng)用于高等級(jí)配電網(wǎng)中更加合適和經(jīng)濟(jì)。高等級(jí)配電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加完善，基本已成環(huán)狀，MSTP/SDH技術(shù)應(yīng)用性價(jià)比高。

2 光通信技術(shù)分析

2.1 光傳送網(wǎng)介紹

在系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，主要應(yīng)用配電網(wǎng)技術(shù)完成電力分配與調(diào)度工作。配電網(wǎng)技術(shù)是電力系統(tǒng)智能化與自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)構(gòu)建大背景下，光傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出5點(diǎn)特征。第一，大容量發(fā)展。隨著電力系統(tǒng)中信息業(yè)務(wù)的激增，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸效率、能力以及速度均提出了全新要求，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將朝向大容量發(fā)展，其中光通信技術(shù)是其主要發(fā)展方向。第二，MSTP業(yè)務(wù)接入。在系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，信息數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)不斷增多，各項(xiàng)通信技術(shù)不斷融合，使得電力通信平臺(tái)具備多項(xiàng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種業(yè)務(wù)。第三，分級(jí)管理。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，管理內(nèi)容增多，需要將網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)進(jìn)行分級(jí)管理才能夠規(guī)范系統(tǒng)建設(shè)。第四，系統(tǒng)兼容。隨著電力系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化發(fā)展，系統(tǒng)可以兼容DNI和MSP等多種技術(shù)體制，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第五，全光化發(fā)展。隨著電力通信系統(tǒng)成熟度的不斷提升，它的全球化和智能化發(fā)展趨勢(shì)也在不斷完整。圖2為光傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)[4]。

圖2 光傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.2 光傳送網(wǎng)體制

2.2.1 ASON技術(shù)

隨著智能化和自動(dòng)化電力系統(tǒng)構(gòu)建要求的提出，ASON技術(shù)得到了大范圍應(yīng)用。目前，電力系統(tǒng)中光網(wǎng)絡(luò)能夠提升的業(yè)務(wù)配置效率并不高，因此提升系統(tǒng)安全性和可靠性已經(jīng)成為必然選擇。ASON技術(shù)是指利用信令網(wǎng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功網(wǎng)絡(luò)連接與業(yè)務(wù)分配的新型網(wǎng)絡(luò)，能夠按照用戶的使用需求進(jìn)行分配。為了加強(qiáng)ASON技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，先后出臺(tái)了多項(xiàng)用于系統(tǒng)支持與建設(shè)的技術(shù)規(guī)定。ASON技術(shù)應(yīng)用便捷，可以在傳輸設(shè)備上直接應(yīng)用自動(dòng)化和智能化控制軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化建設(shè)需求，并能夠通過(guò)多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分布式控制，將信息數(shù)據(jù)傳輸與交換綜合起來(lái)。ASON協(xié)議框架主要由GMPLS、開(kāi)放最短路徑優(yōu)化協(xié)議（OSPF）以及鏈路管理協(xié)議（LMP）等組成[5]。

2.2.2 OTN技術(shù)

OTN技術(shù)能夠與光網(wǎng)中的光纖鏈路連接，為用戶層級(jí)網(wǎng)絡(luò)提供信號(hào)傳輸，本質(zhì)上是專(zhuān)有的OTN光網(wǎng)傳送技術(shù)。傳統(tǒng)電力通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸局限性強(qiáng)，無(wú)法通過(guò)擴(kuò)大系統(tǒng)信息傳輸規(guī)模增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。利用OTN技術(shù)可以滿足大容量業(yè)務(wù)調(diào)度工作，使用更加方便。此外，OTN技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中采用了開(kāi)銷(xiāo)思路，因此具有OAM＆P能力，能夠定義網(wǎng)絡(luò)接口和增強(qiáng)線路容差，為光層概念定義提供了必要依據(jù)。

2.3 寬帶接入技術(shù)

寬帶接入技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的高度連接，為系統(tǒng)用戶提供各項(xiàng)服務(wù)。目前，寬帶技術(shù)發(fā)展十分快速，基本解決了通信系統(tǒng)中的基礎(chǔ)層通信問(wèn)題。寬帶接入方式主要有以太網(wǎng)接入、PLC電力線接入、DDN接入、WLAN接入、GPRS接入以及其他接入等。隨著5G技術(shù)的不斷深入研究與發(fā)展，寬帶接入方式將更加立體、綜合以及高效[6]。

2.4 EPON技術(shù)

EPON技術(shù)作為單纖雙向傳輸技術(shù)，使用WDM技術(shù)進(jìn)行信號(hào)傳播，能夠充分利用寬帶光纖資源在同一根光纖上傳輸多個(gè)方向信號(hào)[7]。主要采用上行（TDMA技術(shù)）與下行（廣播技術(shù)）復(fù)合技術(shù)，使得系統(tǒng)能夠完成信號(hào)傳輸需求。EPON技術(shù)組網(wǎng)方式是利用接收器完成信號(hào)傳輸，通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)方式進(jìn)行接入，但需要系統(tǒng)中配備多個(gè)接收器，如32個(gè)節(jié)點(diǎn)的單纖單項(xiàng)需要配備64條光纖，因此系統(tǒng)建設(shè)成本較高。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在組網(wǎng)的靈活性上，可以構(gòu)建樹(shù)型和鏈型等多種不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性較高，能夠結(jié)合實(shí)際組網(wǎng)需求擴(kuò)大覆蓋面。此外，它的系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單，雖然初期投入成本高，但長(zhǎng)期投入成本低，且能夠簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層次。

3 電力通信系統(tǒng)應(yīng)用光通信技術(shù)研究

電力系統(tǒng)綜合系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)，完成電力產(chǎn)生與輸送工作。電力通信網(wǎng)主要為35～500 kV，可以劃分為核心層和接入層等，承擔(dān)電力系統(tǒng)中的指令發(fā)送與信息傳遞媒介。光通電技術(shù)更加適用于高等級(jí)電網(wǎng)，能夠?yàn)橹麟娬九c用戶的用電使用提供技術(shù)支持，確保系統(tǒng)能夠完成電力配電工作。

綜合電力通信系統(tǒng)中主要應(yīng)用以下幾種配電網(wǎng)系統(tǒng)。第一，SDH/MSTP。主要傳輸介質(zhì)為光纖，具有多種保護(hù)方式，適用于高壓配電網(wǎng)，但應(yīng)用成本較高。第二，工業(yè)以太網(wǎng)交換技術(shù)。主要傳輸介質(zhì)為光纖，具有環(huán)網(wǎng)保護(hù)，適用于高壓和中壓配電網(wǎng)，但對(duì)系統(tǒng)要求較高，需要其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成環(huán)。第三，光貓。傳輸介質(zhì)為光纖，開(kāi)通方式簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)網(wǎng)保護(hù)，適用于低壓和中壓配電網(wǎng)。第四，PLC電力載波技術(shù)。主要傳輸介質(zhì)為電力線，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，成本投入較低，不需要重新鋪設(shè)線路，整體安全性較高，但存在抗干擾能力弱和傳輸效率低下等問(wèn)題，適用于低壓配電網(wǎng)。第五，GPRS。主要傳輸媒介為無(wú)線網(wǎng)，可以租用公網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸，但安全性不高，適用于低壓配電網(wǎng)。隨著我國(guó)北斗系統(tǒng)的建設(shè)和完善，利用其進(jìn)行電力系統(tǒng)傳輸研究將成為電力通信系統(tǒng)發(fā)展的新方向。第六，3G/4G/5G通信技術(shù)。主要傳輸媒介為無(wú)線網(wǎng)，組網(wǎng)方式十分靈活，適用于電力系統(tǒng)的初期建設(shè)[8]。

4 結(jié) 論

光通信技術(shù)提升了社會(huì)通信水平，為各行各業(yè)發(fā)展提供了新的技術(shù)改革方向。在電力通信系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)用光通信技術(shù)能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)組網(wǎng)能力，科學(xué)應(yīng)用電力設(shè)備，將電力系統(tǒng)資源有效組織與構(gòu)建起來(lái)，提升了電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，也能夠有效降低電力系統(tǒng)成本。因此，詳細(xì)分析電力通信系統(tǒng)現(xiàn)狀，介紹光通信技術(shù)，探究如何利用光通信技術(shù)進(jìn)行科學(xué)組網(wǎng)，以促進(jìn)國(guó)家電力系統(tǒng)發(fā)展。電力企業(yè)在應(yīng)用光通信技術(shù)進(jìn)行電力通信系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)，要結(jié)合區(qū)域供電能力、電網(wǎng)基礎(chǔ)情況以及組網(wǎng)需求等各項(xiàng)因素，靈活使用光通信技術(shù)，降低企業(yè)電力系統(tǒng)構(gòu)建成本，提升國(guó)家電力發(fā)展水平。