無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配網(wǎng)自動化中的應(yīng)用

周智偉

【摘 要】隨著我國電力行業(yè)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模日益擴大，這給電網(wǎng)智能管理和電力配網(wǎng)自動化水平提出了更高的要求。大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)就成為配網(wǎng)自動化中信息通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。本文在闡述無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工作原理基礎(chǔ)上，介紹了該技術(shù)在配網(wǎng)自動化中的具體應(yīng)用，可供參考。

【關(guān)鍵詞】無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；工作原理；配網(wǎng)自動化；應(yīng)用

隨著我國電力行業(yè)發(fā)展與社會的進步，配網(wǎng)自動化是電力行業(yè)發(fā)展的方向，將配網(wǎng)監(jiān)測、控制、保護、計量及管理融為一體實現(xiàn)自動化運行，可以提高配電質(zhì)量，有效地降低電力行業(yè)運行成本。而配網(wǎng)自動化的完善需要一種靈活性強、帶寬高、保護機制好、管理智能化以及性價比高的通信系統(tǒng)來實現(xiàn)配網(wǎng)自動化。無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正好符合這些要求。它具有衰減小、可靠性高、穩(wěn)定性好及抗干擾等優(yōu)點，將其應(yīng)用于配網(wǎng)自動化中更好地保證了配電網(wǎng)通信要求。本文從無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的工作原理入手，分析無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配網(wǎng)自動化中應(yīng)用。

1.無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作原理

無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由兩個部分構(gòu)成，一個是光線路終端OLT（Optical Line Terminal），另一個則是光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU），二者之間主要是光分配器（Optical Distribution Network，ODN），是由光纖和無源分光器共同構(gòu)成的。無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要工作原理如圖1所示。

圖1無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作原理框圖

光分配器的主要任務(wù)是對下行數(shù)據(jù)進行分發(fā)并完成上行數(shù)據(jù)的集中工作，同時對光信號功率進行分配，并完成波長的復(fù)用。而光纖路終端指的是一個交換機，同時也是一個能夠提供給多種業(yè)務(wù)的平臺，可以面向無源光網(wǎng)絡(luò)光纖接口，根據(jù)用戶對服務(wù)質(zhì)量提出的不同要求分別做出帶寬的分配以及網(wǎng)絡(luò)管理配置等工作。而分路器由于不需要使用電源，所以能夠在全天候環(huán)境中進行使用。通常情況下，其分路比為2、4或8，實現(xiàn)多級連接。另外，光網(wǎng)絡(luò)單元的主要功能是可以為網(wǎng)絡(luò)提供用戶側(cè)所對應(yīng)的接口，與此同時可以有效轉(zhuǎn)換上下行之間的轉(zhuǎn)換操作，確保各類型業(yè)務(wù)都能夠順利接入。

在無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中采用的方式主要包括碼分復(fù)用/碼分多址（CDM/CDMA）、波分復(fù)用/波分多址（WDM/WDMA）以及時分復(fù)用/時分多址（Time Division Multiplexing/Time Division multiple Access，TDM/TDMA）等多種方式，其中TDM/TDMA方式的應(yīng)用范圍相對較廣，無源光網(wǎng)絡(luò)下行以及上行數(shù)據(jù)傳輸過程中采取的主要方式。

從中可以看出，無源光網(wǎng)絡(luò)下行數(shù)據(jù)傳輸時主要采用了時分復(fù)用的廣播方式，光纖路終端能夠把所有下行信號以廣播的形式發(fā)送出去，并且在光分配器的作用下將其分配到各個光網(wǎng)絡(luò)單元中，然后光網(wǎng)絡(luò)單元通過對全部信號進行篩選找出其需要的信號。從中同樣可以看出，上行主要采用時分多址的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，每一個光單元網(wǎng)絡(luò)會在一定的時隙內(nèi)進行突發(fā)發(fā)射。而且這些信號在通過光分配器之后能夠匯集成異光源信號，在時分復(fù)合的作用下進行合成，最終形成突發(fā)光信號。光纖路終端在將全部信號接收完成之后會根據(jù)相關(guān)協(xié)議給予相應(yīng)的處理。另外，由于無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠有效地組成多種拓撲結(jié)構(gòu)，在各個光分支點不再需要安裝節(jié)點設(shè)備，只要有一個光分路器就能夠發(fā)揮良好的作用，所以在一定程度上降低了光纜資源的占用率，實現(xiàn)了帶寬資源的共享，并且具有較高的安全性，建網(wǎng)速度相對較快，性價比更高。

2.無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配網(wǎng)自動化建設(shè)中的具體應(yīng)用情況

本文以某小型配電網(wǎng)作為論述實例，該配電網(wǎng)主要包括一座開關(guān)站以及七座10kV分接箱，可以將通信系統(tǒng)劃分為主站層、變電所層以及饋線層三個部分。其中主站層在通信的過程中主要采用了總線型雙以太網(wǎng)，在安裝過程中較為簡單，能夠有效地進行擴充，同時具有較好的可靠性。另外在主站層和變電所層之間則是在華為同步數(shù)字體（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）傳輸設(shè)備百兆口的基礎(chǔ)上通過接入SDH光傳輸環(huán)網(wǎng)來完成通信，而饋線層和變電所層之間進行通信時則主要通過無源光網(wǎng)絡(luò)的方式完成的。

2.1饋線層通信網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，饋線層在實現(xiàn)通信時主要通過鏈型網(wǎng)絡(luò)，也就是說要將變電所作為起點，通過安裝光纖路終端，然后采用1分2光分路器，將光網(wǎng)絡(luò)單元以及1分2光分路器全部安裝在饋線終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）機箱里，然后在把饋線終端安裝到10kV分接箱當(dāng)中，為光網(wǎng)絡(luò)單元提供24V直流電源，最后再在光網(wǎng)絡(luò)單元的基礎(chǔ)上實現(xiàn)RS232接口和饋線終端之間的數(shù)據(jù)交換工作。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢之處在于即使出現(xiàn)多點光網(wǎng)絡(luò)單元同時失效的問題，也不會對其他單元造成任何影響。

圖2饋線層通信網(wǎng)絡(luò)

2.2變電所層通信網(wǎng)絡(luò)

如圖3所示，配網(wǎng)自動化數(shù)據(jù)能夠通過光線路終端當(dāng)中的RS232接口與終端服務(wù)器進行連接，然后再與變電所站內(nèi)的局域網(wǎng)相連，最后實現(xiàn)主戰(zhàn)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的通信功能。在這過程中，變電所通信設(shè)備通過與SDH光傳輸環(huán)網(wǎng)進行連接，可以有效地實現(xiàn)冗余。而變電所之間的光纜線路能夠有效地沿著10kV線路完成鋪設(shè)。

圖3 變電所層通信網(wǎng)絡(luò)

2.3主站層通信網(wǎng)絡(luò)

主站通信系統(tǒng)主要是由兩個部分構(gòu)成，分別為實時監(jiān)控系統(tǒng)和離線管理系統(tǒng)，可以有效地將實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、電網(wǎng)設(shè)備中的數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)等相互結(jié)合起來。主站層通信的主要特點是安全程度較高，集成度較為可靠。通過在主站端實施系統(tǒng)測試，進行遙控拉合分段開關(guān)各三次，成功率達到了100%，而且信息的響應(yīng)時間都為0.8s。

3.配網(wǎng)自動化系統(tǒng)業(yè)務(wù)隔離和數(shù)據(jù)安全的應(yīng)用分析和解決措施

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)能夠承載多種業(yè)務(wù)，可以提供集中抄表、配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)以及需方WEB管理等多種類型的業(yè)務(wù)通道。而在電力系統(tǒng)當(dāng)中會將這些不同類型的業(yè)務(wù)進行分別管理。但是如何有效地明確業(yè)務(wù)之間的分界點，怎樣根據(jù)不同的要求針對不同類型的業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的傳輸服務(wù)質(zhì)量，如何有效地確保敏感業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中具有較高的安全性，針對配網(wǎng)自動化系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的這幾個問題，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給出了幾個解決方法。

（1）上行數(shù)據(jù)傳輸通過采用時分復(fù)用的方法，可以讓各個光網(wǎng)絡(luò)單元能夠在自己的時隙內(nèi)進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，具有良好的通道邏輯隔離能力。

（2）在光纖路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備之間能夠采用標簽技術(shù)來劃分各個不同類型業(yè)務(wù)之間的分類，確保業(yè)務(wù)能夠有效地實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)傳輸。而且在配電網(wǎng)自動化主站當(dāng)中通過使用三層交換機以及路由器等將各種數(shù)據(jù)歸屬到不同類型的業(yè)務(wù)平臺當(dāng)中可以進一步提高管理效率。

（3）無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還能夠提供IP地址、基于通信端口以及TCP端口等多種不同類別的差異化通信優(yōu)先級服務(wù)，有效地對帶寬進行調(diào)整，并且具有優(yōu)先發(fā)送重要數(shù)據(jù)的功能。

（4）無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的上下行數(shù)據(jù)在加密的過程中可以通過三重攪動以及AES-128兩種方式來實現(xiàn)敏感數(shù)據(jù)的加密，還能夠?qū)用苊荑€進行動態(tài)更新?？傊瑹o源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以確保配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通行過程中具有較高的安全性。

4.結(jié)論

綜上所述，基于無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信接入方案在通信速率、成本、可靠性等方面均能較好地滿足電力配網(wǎng)自動化的通信要求，網(wǎng)絡(luò)擴展靈活。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將在未來的電力配網(wǎng)自動化通信中受到越來越多的應(yīng)用。

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