溫曉騰

（山東黃金電力有限公司，山東 萊州 261400）

0 引 言

根據(jù)配電終端負(fù)荷需要，對(duì)局部無(wú)功負(fù)荷和電壓進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)一步提升供電質(zhì)量并降低線損，提升電力設(shè)備利用率。當(dāng)檢測(cè)到供電故障時(shí)，可以快速準(zhǔn)確地對(duì)事故區(qū)域進(jìn)行定位和隔離，確保非故障區(qū)用戶的正常供電。通過(guò)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)采用的通信技術(shù)進(jìn)行分析，從接入層、回傳網(wǎng)等層面對(duì)通信網(wǎng)組網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)通信網(wǎng)建設(shè)結(jié)果進(jìn)行測(cè)試與研究。

1 配電網(wǎng)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)

1.1 配電網(wǎng)與配電自動(dòng)化

配電網(wǎng)從輸電網(wǎng)中獲取電能，提供給終端用戶。配電自動(dòng)化是將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)或電力設(shè)備等作為載體，在應(yīng)用系統(tǒng)的幫助下將多種運(yùn)行信息進(jìn)行串聯(lián)，可對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)某配電網(wǎng)段存在故障則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切除與隔離。將配電網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)工作進(jìn)行結(jié)合，具有良好的故障處理及時(shí)性，有利于降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)保障供電可靠性發(fā)揮著重要作用。配電自動(dòng)化離不開(kāi)對(duì)多種運(yùn)行信息的監(jiān)控，通過(guò)信息處理系統(tǒng)來(lái)對(duì)電壓、有功功率等進(jìn)行分析，通過(guò)大數(shù)據(jù)深度挖掘來(lái)發(fā)現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，從而確定出可能出現(xiàn)故障的位置并加強(qiáng)維護(hù)。通過(guò)智能終端和信息系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)供電故障進(jìn)行處理，有利于提升配電網(wǎng)管理效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與負(fù)荷調(diào)配。

1.2 需求分析

將配電自動(dòng)化作為基礎(chǔ)建立配電通信網(wǎng)，確?？梢詫?shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞與驗(yàn)證，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供必要條件。在對(duì)通信網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要充分考慮通信需求和業(yè)務(wù)需要。

（1）傳輸時(shí)效性。配電自動(dòng)化系統(tǒng)能否及時(shí)傳輸信息將決定能否及時(shí)派遣維修人員到故障區(qū)域開(kāi)展工作，快速恢復(fù)電力供應(yīng)。通過(guò)對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)準(zhǔn)確地反饋終端設(shè)備的信息。

（2）通信可靠性。由于配電網(wǎng)通信網(wǎng)長(zhǎng)期暴露于室外環(huán)境，運(yùn)行條件復(fù)雜且惡劣，因此為保證通信可靠性，還需要具備良好的抗干擾能力和通信可靠性，從而更好地完成通信。

（3）拓展性。配電網(wǎng)區(qū)域會(huì)根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展而發(fā)生變化，需要確保配電網(wǎng)在區(qū)域供電需要情況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，要求具有良好的拓展性。

（4）傳輸質(zhì)量高。配電自動(dòng)化系統(tǒng)中具有較多數(shù)量的終端，要求通信數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量更高。如果通信時(shí)存在誤碼等情況，會(huì)使開(kāi)關(guān)出現(xiàn)誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（5）配電網(wǎng)故障時(shí)確保正常通信。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障定位和隔離，要求通信網(wǎng)仍可以保持正常通信，滿足故障隔離與確保區(qū)域正常供電的需要。

（6）通道保護(hù)。通信網(wǎng)為配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要通道，需要具備良好的抗單點(diǎn)或多點(diǎn)故障能力，保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃訹1-3]。

1.3 對(duì)通信網(wǎng)信息安全防護(hù)的要求

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)要滿足相關(guān)規(guī)范中的信息安全要求，在橫向上進(jìn)行隔離處置，在縱向上滿足安全認(rèn)證要求，確保通信網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)化。對(duì)通信網(wǎng)進(jìn)行安全分區(qū)，制定通信網(wǎng)主站安全防護(hù)方案，確定固定訪問(wèn)策略。在終端安全接入方案制定時(shí)，需要采用終端設(shè)備來(lái)遠(yuǎn)程控制壓板，確保主站系統(tǒng)下發(fā)指令具有良好的可靠性和安全性。無(wú)線公網(wǎng)要采用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)（Access Point Name，APN）+虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN），確保專用通信通道實(shí)現(xiàn)虛擬化[4]。通信主站與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸與業(yè)務(wù)范圍進(jìn)行嚴(yán)格管控，選擇適應(yīng)管理信息類型及生產(chǎn)控制類型的模塊，通過(guò)安全接入通信載體和采用正反向隔離方式確保安全接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，達(dá)到配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)的安全要求。

2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)技術(shù)與組網(wǎng)

設(shè)計(jì)具有可自愈、可拓展、低時(shí)延的配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)，根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際情況采用多種通信模式，確保通信通道誤碼率控制在0.01%，命令傳輸時(shí)延低于1 s，終端在線率控制在99%以上。原來(lái)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)、電力線載波技術(shù)等進(jìn)行通信，由于對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)保密性要求變得更為嚴(yán)格，因此需要淘汰可能被監(jiān)聽(tīng)的無(wú)線擴(kuò)頻通信。在接入網(wǎng)中對(duì)采用無(wú)線專網(wǎng)通信技術(shù)和有線傳輸技術(shù)進(jìn)行比較，回傳網(wǎng)中對(duì)采用同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）光傳組網(wǎng)和光纖自愈環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。通信網(wǎng)接入層為配電自動(dòng)化系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)的末梢部分，終端設(shè)備需要與配電電力設(shè)備共同安裝。在城鎮(zhèn)區(qū)域中，配電終端數(shù)量很多，分布于城鎮(zhèn)區(qū)域的不同位置，運(yùn)行環(huán)境存在差異。

2.1 有線通信方式

2.1.1 光纖接入設(shè)計(jì)

有源光纖通信應(yīng)用范圍廣泛，可通過(guò)雙光纖實(shí)現(xiàn)雙向信號(hào)的傳送與接收，具有很好的通信可靠性，但不具備良好的網(wǎng)絡(luò)拓展能力，多應(yīng)用于通信骨干網(wǎng)絡(luò)。無(wú)源光通信多采用點(diǎn)至多點(diǎn)光纖通信技術(shù)，可以有效減少光纖電纜數(shù)量，具有較好的可靠性，但需要較多的投資。隨著大規(guī)模光纖通信接入的實(shí)施，市政項(xiàng)目建設(shè)和改造等會(huì)導(dǎo)致光纖電纜受損而出現(xiàn)較多的維護(hù)量，維護(hù)起來(lái)具有較大的難度。以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技術(shù)通過(guò)一根光纖來(lái)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，上行方向數(shù)據(jù)采用時(shí)分多址（Time Division Multiple Access，TDMA），而下行數(shù)據(jù)應(yīng)用時(shí)分復(fù)用（Technical Data Management，TDM），從而實(shí)現(xiàn)雙向信息通信。上下行信號(hào)傳輸原理如圖1所示。

圖1 EPON通信數(shù)據(jù)上下行信號(hào)傳輸原理

EPON遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，數(shù)據(jù)幀頭需要配置邏輯鏈路標(biāo)志，在維護(hù)單元（Mainte Nance Unit，MNU）注冊(cè)過(guò)程中可隨機(jī)獲得標(biāo)志位。數(shù)據(jù)信息下發(fā)通過(guò)光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）至光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU），采用廣播方式進(jìn)行發(fā)送。ONU會(huì)結(jié)合邏輯鏈路物理層來(lái)進(jìn)行識(shí)別與分析，從而獲取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。

采用上行模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，TDMA技術(shù)以分時(shí)時(shí)隙來(lái)進(jìn)行通信信息上傳，OLT通信設(shè)備會(huì)結(jié)合帶寬傳輸方案在相同時(shí)間內(nèi)給ONU配置不同的帶寬，結(jié)合時(shí)隙分配與時(shí)延補(bǔ)償來(lái)提升傳輸速率。如果ONU單元通信數(shù)據(jù)采用合光方式歸入至相同光纖，則每個(gè)ONU模塊上行數(shù)據(jù)包不會(huì)存在干擾。典型的EPON光纖通信中，OLT安裝于變電站，ONU位于開(kāi)閉所。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)光衰耗會(huì)受到傳輸距離、分光比及光功率的影響，要結(jié)合線路結(jié)構(gòu)選取科學(xué)合理的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。對(duì)光衰耗進(jìn)行計(jì)算，確定PON口下終端數(shù)量或分光結(jié)構(gòu)。光通道損耗計(jì)算公式為：

式中，AT為總損耗；ALi為光衰減；ACi為連接器損耗；AFi為分光器損耗；AMi為熔接損耗。

對(duì)EPON各級(jí)組網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到EPON由分光器、光纖構(gòu)成。星型組網(wǎng)采用分路分光器，可不考慮光損耗問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)潔，多用于供電壓力較大的區(qū)域。樹(shù)型組網(wǎng)可采用多級(jí)和多路分光器進(jìn)行連接，可以有效減少組網(wǎng)工作量，還可以為后續(xù)業(yè)務(wù)拓展提供幫助。環(huán)形組網(wǎng)可以更好地保護(hù)設(shè)施，不會(huì)受到單點(diǎn)冗余失效的影響，也可以防止出現(xiàn)通道斷開(kāi)的情況[5]。

2.1.2 電力線載波通信

采用電力線作為信息傳遞載體，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器處理信息。該種通信技術(shù)成本低，可以與配電網(wǎng)建設(shè)保持同步。采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)設(shè)計(jì)，每個(gè)點(diǎn)位通過(guò)地網(wǎng)結(jié)構(gòu)建立起環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，不同臺(tái)區(qū)間采用電感耦合器，應(yīng)用耦合技術(shù)建立載波通道。環(huán)狀組網(wǎng)方式較為靈活，主站可安裝于變電所或開(kāi)閉所，從站可設(shè)置于終端位置。電力載波通信為輪詢方式，環(huán)網(wǎng)中站點(diǎn)較多，輪詢周期會(huì)變長(zhǎng)，通信實(shí)時(shí)性就會(huì)變差，可通過(guò)邏輯分區(qū)或物理環(huán)網(wǎng)劃分為多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)，通過(guò)并行輪詢來(lái)縮短輪詢時(shí)間。星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)在配電自動(dòng)系統(tǒng)中比較多見(jiàn)，主站安裝于變電站，設(shè)置有多臺(tái)耦合設(shè)備，可以與終端進(jìn)行通信連接并建立起點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 無(wú)線通信方式

電信部門(mén)向社會(huì)開(kāi)放的通信系統(tǒng)即為無(wú)線公網(wǎng)。配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)可應(yīng)用數(shù)據(jù)專網(wǎng)或無(wú)線數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（Digital Data Network，DDN），由電信運(yùn)營(yíng)商配置網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)保證數(shù)據(jù)接入，進(jìn)行基站認(rèn)證后采用專網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至電力平臺(tái)。無(wú)線DDN專網(wǎng)是開(kāi)通VPN的通道，可以與公網(wǎng)進(jìn)行隔離，配置私有網(wǎng)絡(luò)地址，數(shù)據(jù)安全性高。基站對(duì)無(wú)線傳輸信息進(jìn)行調(diào)整，配置信道資源并將數(shù)據(jù)傳送給核心網(wǎng)，核心網(wǎng)處理完通信數(shù)據(jù)后發(fā)送至主站，主站對(duì)獲取到通信數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)后再發(fā)送給配電終端。

2.3 不同方案對(duì)比

有源光傳輸網(wǎng)采用光纖收發(fā)器來(lái)組建通信網(wǎng)，具有投資規(guī)模小、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。MSTP光傳輸網(wǎng)可通過(guò)組建光纖自愈網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，也可以通過(guò)SDH網(wǎng)來(lái)提供2M和155M通信接口。但采用光纖收發(fā)器無(wú)法解決多點(diǎn)斷開(kāi)的問(wèn)題，也不具備較高的可靠性。MSTP設(shè)備的安裝與施工也存在著較大的難度，不宜長(zhǎng)期運(yùn)行于惡劣的室外環(huán)境。

無(wú)源光傳輸可采用單纖進(jìn)行通信，滿足不同波長(zhǎng)通信傳輸需要，通過(guò)上、下行通信可以確保每個(gè)配電點(diǎn)位的正常通信。通信設(shè)備數(shù)量和維護(hù)工作量少，不用與每個(gè)配電終端保持通信連接。采用OLT設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理，具有較高的可靠性。但由于該種組網(wǎng)方式采用8B/10B編碼，因此傳輸效率不高，單纖傳輸時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷大。

電力線載波采用專網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)分層管理與專網(wǎng)管理，隨著電力線路延伸自由拓展，有著很高的組網(wǎng)靈活性。由于配電變壓器為隔離區(qū)段，因此載波通信無(wú)法越過(guò)變壓器來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸，只能在相同臺(tái)區(qū)進(jìn)行信號(hào)傳輸?？缭脚_(tái)區(qū)需要進(jìn)行解調(diào)與調(diào)制，電力線間存在著信號(hào)損失，不同相間傳輸信號(hào)存在著干擾會(huì)引起誤碼，每個(gè)信息傳輸周期還會(huì)存在交流電波峰而產(chǎn)生脈沖干擾，使電力設(shè)備中存在運(yùn)行噪聲。此外，如果引起誤碼，還會(huì)導(dǎo)致安全事故。

電力SDH光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)具有高速率、高可靠性、低延遲等特點(diǎn)，采用字節(jié)間插復(fù)方式完成數(shù)據(jù)封裝，有著很高的保密性、穩(wěn)定性。開(kāi)通專用時(shí)隙來(lái)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，針對(duì)覆蓋變電站采用以太網(wǎng)等方式接入光傳輸設(shè)備，建立通信回傳網(wǎng)。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)通信專網(wǎng)采用光纖自愈環(huán)狀構(gòu)造來(lái)對(duì)所有通用點(diǎn)位進(jìn)行覆蓋，在業(yè)務(wù)保護(hù)方面具有很好的優(yōu)勢(shì)，但需要較大的投資。采用OLT設(shè)備作為子站，具有纖芯自愈保護(hù)結(jié)構(gòu)，比SDH經(jīng)濟(jì)性更高。采用纖芯自愈環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳，可達(dá)到信息通信安全防護(hù)的目的，安全接入到應(yīng)用區(qū)域。將業(yè)務(wù)管理區(qū)和業(yè)務(wù)傳輸進(jìn)行分割，每個(gè)通信終端需要采用安全鎖，通過(guò)MAC地址綁定后再對(duì)加密業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)行設(shè)定，從而避免出現(xiàn)安全入侵等問(wèn)題。

3 結(jié) 論

配電自動(dòng)化通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)智能化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)際建設(shè)中應(yīng)該采用符合業(yè)務(wù)需要的通信網(wǎng)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)冗余覆蓋和通信安全設(shè)計(jì)提高通信網(wǎng)的可靠性，從而推動(dòng)通信行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。