配網(wǎng)自動(dòng)化中無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用研究

曾裕春

摘 要：本文首先介紹了配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，然后分析了配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中無(wú)緣光網(wǎng)絡(luò)的可行性及工作原理，最后分析了基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)自動(dòng)化的具體應(yīng)用。供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；應(yīng)用；無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）20-0064-02

1 配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)概述

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控配電設(shè)備，遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)維護(hù)，易于控制。該系統(tǒng)包括信息采集系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等多個(gè)小系統(tǒng)，系統(tǒng)全面、復(fù)雜。而通信在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中是不可缺少的一部分，正常運(yùn)行的過(guò)程中，主要作用是匹配網(wǎng)站（DTU）和饋線終端（FTU）的雙向信息傳輸之間的站點(diǎn)。在自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)之間的通信，以使整個(gè)系統(tǒng)能夠傳遞信息。通信系統(tǒng)功能的完善有利于配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定、高速運(yùn)行。

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展與配電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。常用的通信技術(shù)可分為光纖通信技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)。其中，無(wú)線通信技術(shù)包括GPRS、WiMAX等，而光纖通信技術(shù)可分為主動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)（AON）技術(shù)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)兩種。這兩種通信技術(shù)相比，光纖通信技術(shù)以其通信容量大的特點(diǎn)，贏得了中國(guó)廣大電力用戶的青睞，不容易受到電磁干擾、傳輸速度快。PON技術(shù)因其運(yùn)行穩(wěn)定、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

2 配網(wǎng)自動(dòng)化中無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的可行性分析

2.1 工作原理

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）主要由光線路終端（OLT）、客戶端光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）、光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）或連接器連接主機(jī)（OLT），一組變電站（ONU），通過(guò)光纖和無(wú)源方式連接，圖1.可以詳細(xì)表示其工作原理。

通常，一個(gè)分流器被分成2，4個(gè)或8個(gè)，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)連接。用不到電源，設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，而且可以全天24h運(yùn)行，提供用戶接口是變電站網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)，完成OLT到ONU的傳輸向ONU到OLT主傳輸（上行鏈路）變換，多種業(yè)務(wù)都可以接入。

2.2 可行性分析

配電系統(tǒng)的重點(diǎn)是通信系統(tǒng)的功能。因此，必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)對(duì)應(yīng)急機(jī)制和配網(wǎng)自動(dòng)化進(jìn)行完善。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)由配網(wǎng)的數(shù)據(jù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等組成。目前，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一共有三種主要模式，分別是光纖通信、無(wú)線通信和串行通信。然而，串行通信局僅限于小帶寬的缺點(diǎn)，滿足不了當(dāng)前電網(wǎng)的需求。而無(wú)線通信大大減少了通信線路的建設(shè)，進(jìn)而降低了投資成本，但從經(jīng)濟(jì)的角度看，日常通信技術(shù)使用成本高，這樣長(zhǎng)時(shí)間給企業(yè)造成了很大的壓力，同時(shí)帶寬還比較小，所以不適合長(zhǎng)時(shí)間使用。

3 配網(wǎng)自動(dòng)化無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)自動(dòng)化中，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，一般的通用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下：①星形結(jié)構(gòu)：由OLT和光分壓器組成，是核心光纖連接。光分壓器（ODN）建在機(jī)房或集控站、營(yíng)業(yè)廳內(nèi)，由于變電站（ONU）不止一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，因此可以設(shè)置接口的優(yōu)先級(jí)和帶寬，光分壓器（ODN）和變電站（ONU）通過(guò)光纖連接，ONU置于現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)主站與光分路（ODN）的互相連接。同時(shí)，可以分為不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗，各種業(yè)務(wù)可以通過(guò)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活性較高的網(wǎng)絡(luò)接入。②鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)：光纖分為多級(jí)鏈、分光光度法和不等光譜功率光分路方案。OLT（主）沿電纜敷設(shè)到達(dá)第一個(gè)站點(diǎn)，通過(guò)光路，一個(gè)站點(diǎn)通過(guò)光纖連接入ONU（變電站）設(shè)備，其他則一路接下一個(gè)ONU（變電站）站點(diǎn)等，沒(méi)有其他設(shè)備直接連接，雖然每個(gè)站點(diǎn)都由多個(gè)光譜組成。但要保證信息化保證扁平化管理，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)可以節(jié)約主要的光纖資源，提高光纖資源的利用率。

4 配網(wǎng)自動(dòng)化通信系統(tǒng)中無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)計(jì)

目前，基于PON的實(shí)用技術(shù)包括APON、GPON和EPON，其區(qū)別原則是這兩種技術(shù)的區(qū)別。EPON技術(shù)采用以太網(wǎng)技術(shù)，EPON技術(shù)被證明適合于實(shí)際生活中的通信系統(tǒng)技術(shù)，因此設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的EPON通信技術(shù)。

EPON的結(jié)構(gòu)是一種多點(diǎn)模式，可以利用以太網(wǎng)為電網(wǎng)用戶帶來(lái)各種各樣的服務(wù)。它的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：①EPON的生產(chǎn)成本低，推廣方法簡(jiǎn)單，升級(jí)不繁瑣，不需要花費(fèi)更多的時(shí)間在維護(hù)過(guò)程中，在使用過(guò)程中投資少，操作過(guò)程中的限制較少。②EPON可以帶來(lái)更高的帶寬，其帶寬波動(dòng)是對(duì)稱的，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有很大的發(fā)展空間，它的帶寬將保證每個(gè)用戶在分配過(guò)程中的權(quán)益。③在信息傳輸過(guò)程中，主要采用WDM技術(shù)，制作單光纖雙向傳輸信號(hào)，EPON采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，使其在服務(wù)范圍內(nèi)具有優(yōu)勢(shì)，保證光纖資源的合理利用，有利于光纖資源的節(jié)約。④EPON技術(shù)大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，其主要部件之間的交互作用，利用節(jié)點(diǎn)的并行關(guān)系，減少了故障后的整體癱瘓。重發(fā)、故障維修、信息披露，確保通信系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。⑤EPON技術(shù)大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使傳輸系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，主要利用光器件使其網(wǎng)絡(luò)層更加清晰。

5 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

本文以一個(gè)小型配電網(wǎng)為例，配電網(wǎng)包括一個(gè)開(kāi)關(guān)站和七個(gè)10kV分接箱，通信系統(tǒng)主要由主站層、變電站和饋線層組成。主站層主要采用全線性雙以太網(wǎng)，安裝過(guò)程簡(jiǎn)單，可有效擴(kuò)展，可靠性好。另外主站與變電站之間的層是在某廠家同步數(shù)字體系（SDH）傳輸設(shè)備的基礎(chǔ)上通過(guò)MB口完成SDH光傳輸環(huán)網(wǎng)通信，并進(jìn)行饋線間的通信。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)變電站和饋線層之間的通信。

5.1 饋線層通信網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，通信網(wǎng)絡(luò)中的饋線層主要通過(guò)鏈?zhǔn)?，即以變電站為起點(diǎn)，終端通過(guò)安裝光纖路，然后使用1分為2分光器，饋線上主要安裝光網(wǎng)絡(luò)單元和1分2光分壓器。在機(jī)箱中安裝饋線終端單元（FTU），然后在10kV分接箱點(diǎn)安裝饋線終端，為光網(wǎng)絡(luò)單元提供24V直流電源，RS232接口與饋線終端之間的數(shù)據(jù)交換在光網(wǎng)絡(luò)單元的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是，其他單元與多點(diǎn)光網(wǎng)絡(luò)單元不互相影響。

5.2 變電站通信網(wǎng)絡(luò)

如圖3所示，配電網(wǎng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)通過(guò)RS232接口與終端服務(wù)器連接的光線路終端，再連接到變電站局域網(wǎng)（LAN），最終實(shí)現(xiàn)主站數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通信功能。在這個(gè)過(guò)程中，變電站的通信設(shè)備可以通過(guò)與SDH光傳輸環(huán)網(wǎng)絡(luò)的連接來(lái)有效地實(shí)現(xiàn)冗余。變電站之間的電纜可以有效地沿10kV線路鋪設(shè)。

5.3 主站層通信網(wǎng)絡(luò)

主通信系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和離線管理系統(tǒng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、網(wǎng)格設(shè)備的相互結(jié)合。主站通信的主要特點(diǎn)是高度的安全性和可靠性的集成。通過(guò)在主站進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，成功率達(dá)100%，信息響應(yīng)時(shí)間為0.8s。

6 電力配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行優(yōu)化的措施

6.1 規(guī)范自動(dòng)化順序

在配電網(wǎng)自動(dòng)化的優(yōu)化過(guò)程中，所有的施工內(nèi)容都要按照順序進(jìn)行。配電網(wǎng)自動(dòng)化的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量龐大，運(yùn)行負(fù)擔(dān)增加，導(dǎo)致配電網(wǎng)自動(dòng)化的巨大壓力。良好的自動(dòng)化運(yùn)行優(yōu)化、規(guī)范化、設(shè)計(jì)科學(xué)化、長(zhǎng)期運(yùn)行優(yōu)化方案，并將計(jì)劃逐步實(shí)施到配電網(wǎng)自動(dòng)化中，注重深度優(yōu)化運(yùn)行，而不只是偏向于實(shí)施。在配電網(wǎng)自動(dòng)化方案中，需要明確操作優(yōu)化順序，有效改善配電網(wǎng)自動(dòng)化。

6.2 更換老化設(shè)備

配電網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，自動(dòng)化設(shè)備將出現(xiàn)老化和故障的狀況，直接降低配電網(wǎng)自動(dòng)化的運(yùn)行水平，無(wú)法保證配電網(wǎng)的高效運(yùn)行。因此，我們需要定期組織巡檢、維護(hù)等工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備中存在的問(wèn)題，尤其是故障、舊設(shè)備、工作人員要準(zhǔn)確調(diào)整設(shè)備，或直接更換有缺陷的設(shè)備。

6.3 實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)

在配電網(wǎng)自動(dòng)化的優(yōu)化中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)起著重要的作用，因此，必須嚴(yán)格執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，規(guī)范配電網(wǎng)的自動(dòng)化。配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以檢測(cè)外部因素的干擾。電力企業(yè)根據(jù)配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案，收集配電網(wǎng)自動(dòng)化中的所有數(shù)據(jù)，包括線路狀態(tài)信息、設(shè)備狀態(tài)信息等，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋狀態(tài)，監(jiān)控配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行情況。

7 電力配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行優(yōu)化的建議

針對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化的維護(hù)，提出了以下幾點(diǎn)建議：①開(kāi)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在配電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，采用了基本簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)方法，提高了配電網(wǎng)的運(yùn)行效果，減少了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的冗余設(shè)計(jì)，從而優(yōu)化了配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)。②經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。針對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行的維護(hù)優(yōu)化，建議采用經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，采用配電網(wǎng)設(shè)計(jì)模式，配電網(wǎng)自動(dòng)化的經(jīng)濟(jì)效益，可以取得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。③在配電網(wǎng)自動(dòng)化維護(hù)優(yōu)化中，建議實(shí)行制度化的管理和控制，防止被外力破壞的配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)等因素的干擾，保持運(yùn)行模式的制度化，強(qiáng)調(diào)配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行的規(guī)范化。

8 結(jié) 論

配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)保證用戶在電力系統(tǒng)中具有網(wǎng)絡(luò)安全和信息傳輸效率，自動(dòng)化系統(tǒng)在通信技術(shù)中提高了信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。利用PON技術(shù)改善我國(guó)電力系統(tǒng)的缺陷，可以減少資源浪費(fèi)、投資損失、信息泄漏，解決了如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案?；赑ON技術(shù)的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，滿足了電網(wǎng)用戶的傳輸速度、運(yùn)行穩(wěn)定性和低成本的要求。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將更加適應(yīng)社會(huì)的需求，技術(shù)將更加成熟，優(yōu)勢(shì)將更加明顯，也將得到更廣泛的應(yīng)用。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化通信系統(tǒng)中的合理設(shè)計(jì)，可以獲得更好的社會(huì)效益，使電網(wǎng)系統(tǒng)更好地為用戶服務(wù)。

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收稿日期：2018-6-10