黃炳強

（廣西電網(wǎng)有限責任公司貴港供電局，廣西 貴港市 537100）

1 引言

我國一直以來發(fā)展電力都秉承著“重發(fā)電、輕供電”的理念，因此，供電系統(tǒng)中配電網(wǎng)的建設(shè)一直處于緩慢發(fā)展的階段。隨著社會市場經(jīng)濟的發(fā)展，廣大電力用戶對于供電的安全性、可靠性、電能質(zhì)量的要求也不斷提高，特別是高精密的企業(yè)，如煉鋼、芯片制造、木材加工、醫(yī)療器械等對電能質(zhì)量的要求也是十分苛刻，種種需求使得復雜的配電網(wǎng)建設(shè)面臨著巨大考驗；而配網(wǎng)自動化的全面規(guī)劃和建設(shè)可以提高供電電能的質(zhì)量和可靠性，有效的對用電負荷進行控制，提升配電管理效率和提高人民滿意度，配電系統(tǒng)的運行及管理因此上升到一個新的水平。

在配網(wǎng)自動化建設(shè)中，通信系統(tǒng)的建設(shè)是核心環(huán)節(jié)。與骨干主網(wǎng)相比，10kV 配電網(wǎng)及以下電壓等級網(wǎng)絡(luò)具有電壓等級多、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和線路復雜、設(shè)備數(shù)量龐大、支線多、分布廣、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分布分散、通信節(jié)點多和設(shè)備運行環(huán)境較差的特點。目前配網(wǎng)通信已具備基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的通信服務(wù)，但是通信覆蓋點多、信息量巨大，僅僅依靠幾百波特的傳輸速率根本無法滿足需求。同時，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)對于通信的要求中，可靠性這一指標顯得尤為重要，在不受到惡劣環(huán)境或者天氣影響的情況下，必須具備業(yè)務(wù)雙向通信的能力。

本文以配網(wǎng)自動化為出發(fā)點，結(jié)合配網(wǎng)通信的特點進行闡述，通過多方面分析無線通信與有線通信方式的特點，研究有線通信方式中光纖以太網(wǎng)通信技術(shù)在配網(wǎng)通信的應(yīng)用。

2 配網(wǎng)通信的特點及現(xiàn)狀

目前基于電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，骨干電網(wǎng)的電力專網(wǎng)已基本建成，但是10kV 及以下配網(wǎng)自動化系統(tǒng)仍然相對比較薄弱，大部分地區(qū)主要依靠租用公網(wǎng)的移動、聯(lián)通、電信等運營商資源來實現(xiàn)配網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸與監(jiān)測。配網(wǎng)自動化可以實現(xiàn)保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行的多種不同功能，它的作用主要是將配電網(wǎng)實時與離線信息、電力結(jié)構(gòu)參數(shù)信息、用戶信息和地理信息進行安全集成，構(gòu)成完整的自動化及管理系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)正常運行及故障情況下的實時監(jiān)測、保護、控制和配電管理。其中，高壓線路開關(guān)的遠方監(jiān)視控制、事故隔離分段、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)視、線路切換操作等配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息對于配網(wǎng)運行也非常重要，監(jiān)控員需對這些數(shù)據(jù)及時的做出判斷和處理。用戶信息包含度表的量測、電度表切換遙控、分時計費管理、負載遠方控制等[1]。大體上分為兩類：圍繞配電網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)控信息和圍繞用戶的監(jiān)控信息[2]。因此實時采集電力線路各方面信息顯得至關(guān)重要。

2.1 配網(wǎng)自動化存在問題

全國各地區(qū)電網(wǎng)在電力通信網(wǎng)建設(shè)改造前，電力通信配電網(wǎng)存在諸多問題。

2.1.1 通信節(jié)點廣泛、自動化程度低。目前配網(wǎng)自動化中的通信設(shè)備分布極廣，配網(wǎng)僅僅在開關(guān)站采用部分自動化設(shè)備實現(xiàn)遙測、遙信功能, 環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)和配網(wǎng)變壓器均未實現(xiàn)自動化。據(jù)統(tǒng)計，絕大部分環(huán)網(wǎng)柜和箱變常安裝于路邊、地下室、山地等靠近用戶的地方，并且以變電站或者開閉所為核心向方圓四周輻射性的擴展建設(shè)。

2.1.2 節(jié)點通信間距離短。開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、箱變中的通信設(shè)備之間, 通常在幾百米到數(shù)千米范圍內(nèi), 而最遠的距離也不過十多千米，可有效降低設(shè)備間通信介質(zhì)搭建的成本。

2.1.3 光纖資源占用大、通信節(jié)點數(shù)據(jù)量小。租用公網(wǎng)的移動、聯(lián)通、電信等運營商資源通常采用早期傳輸通道，采用光Modem 接入,遠動和計量業(yè)務(wù)占用資源，通信設(shè)備主要向 FTU 和TTU 等遠端設(shè)備發(fā)送控制信息，并采集遠端設(shè)備的狀態(tài)信息，遠端設(shè)備與中心 SCADA 系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)量通常在幾百kbit/ s 以下[3]。

2.1.4 安全性低、可維護性差。工作人員日常維護工作量大，設(shè)備無網(wǎng)管，無法遠程維護，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，必須前往現(xiàn)場處理；光Modem 傳輸沒有通道保護，經(jīng)常多次因光纖斷裂導致設(shè)備連接中斷。

2.2 主流通信方式及特點

2.2.1 有線通信方式

在電網(wǎng)通信中有線方式有光纖通信、配電線路載波通信等。利用光纖來傳輸配電網(wǎng)業(yè)務(wù)具有抗干擾能力強、裝載信息容量大、實時性好、可靠安全性高等特點，故障時可通過減少搶修時間來有效保證供電企業(yè)的滿意度，但是工程建設(shè)周期長難度大、成本較高。配電網(wǎng)線路載波通信一般可分為低壓窄帶載波和低壓寬帶載波兩種方式，與骨干傳輸網(wǎng)使用載波通信原理相似，它是以配電輸電線路為基礎(chǔ)作為傳輸媒介，信號以有線傳輸?shù)姆绞匠休d于輸電線路中。該方式不需要鋪設(shè)獨立的通信線路，將通信與電力線傳輸復合使用，不僅節(jié)省建設(shè)成本，而且對遠方負荷進行抄表及線路數(shù)據(jù)監(jiān)測都是非常有利的。載波通信既經(jīng)濟又方便，有效解決了“最后一公里接入問題”，同時滿足雙向通信的要求[4]。載波通信的優(yōu)勢在于技術(shù)簡單；缺點是由于各生產(chǎn)廠家設(shè)備型號不一致，通信標準不統(tǒng)一、不兼容，同時受到電力線強電壓電流電磁干擾影響可靠性，使用中存在一定問題。

2.2.2 無線通信方式

目前無線通信主要采用的是230M 數(shù)傳電臺、GPRS、CDMA 公網(wǎng)、寬帶無線接入BWA 等技術(shù)[5]。下面以國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的主流BWA 技術(shù)WiMAX、McWiLL 兩種技術(shù)體制分別討論。

WiMAX 技術(shù)的提出是基于IEEE802.16 系統(tǒng)標準，其中基于802.16d 固定WiMAX 和802.16e移動WiMAX 已經(jīng)商用。McWiLL 是我國自主創(chuàng)新的SCDMA 無線接入技術(shù)的寬帶演進版，是一種基于CS-OFDMA 的無線接入多址方式，單頻點占用5MHZ 帶寬情況下，能提供15Mbps/5MHZ 吞吐量，上下行帶寬可根據(jù)需要調(diào)整，充分考慮系統(tǒng)容量、傳輸速率、使用范圍、組網(wǎng)方式等因素[6]，兩者技術(shù)性能參數(shù)見表1。

表1 主流BWA 技術(shù)性能參數(shù)

3 配網(wǎng)系統(tǒng)方案設(shè)計

在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，10kV 開關(guān)站、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、變壓器不像主網(wǎng)自動化SCADA 系統(tǒng)那樣具有節(jié)點少、范圍大、距離遠、信息量大等特點。主網(wǎng)一般需要大型通信設(shè)備，例如：SDH、ATM、ASON、PCM、微波等。這些設(shè)備雖然組網(wǎng)靈活、易于維護管理且穩(wěn)定可靠，但節(jié)點造價太高，體積較大，需要較大的機房容納。目前,配網(wǎng)通信大多采用點對點、點對多點、環(huán)網(wǎng)等方式[7]。

3.1 常見的光纖通信方式

3.1.1 鏈型（點對點）通信方式

點對點是光纖通信中常用的方式，其利用的是價格成本較低的光纖收發(fā)器（光纖調(diào)制解調(diào)器）實現(xiàn)業(yè)務(wù)的傳輸，如圖1 所示。在主網(wǎng)通信中，也常用于距離較短（一般20km 以內(nèi)）的兩站之間的通信。但因為在節(jié)點較多時需要使用的光纖數(shù)量較大，資源利用率低，沒有發(fā)揮光纖通信組網(wǎng)的優(yōu)勢，在電力通信中難以大規(guī)模的推廣。

圖1 點對點通信

3.1.2 自愈型通信方式為了最大程度的利用光纖資源，節(jié)約成本，保證業(yè)務(wù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，研究人員效仿SDH、ATM、PCM、等方式進行了網(wǎng)絡(luò)形式改造，如圖2 所示。綜合多種拓撲結(jié)構(gòu)的方式組網(wǎng)，該組網(wǎng)一定程度的縮短了部分節(jié)點的業(yè)務(wù)傳輸距離，提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性，相對的改善了網(wǎng)絡(luò)的性能。

圖2 自愈型通信

3.2 光纖以太網(wǎng)配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

以上所述通信方式可以實現(xiàn)“四遙”、通過電能采集終端采集電量、遠方抄表、電量計算、功率計算、用電量統(tǒng)計等基本功能，但是隨著智能配網(wǎng)通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)種類和數(shù)量的增多，將對系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)類型、帶寬容量、傳輸速度提出更高的要求[7]。需要在環(huán)網(wǎng)柜、開閉所、配網(wǎng)變壓器等設(shè)備處，增加DTU、FTU、TTU 設(shè)備，這些設(shè)備的功能除了接收執(zhí)行主站下發(fā)的遙控遙調(diào)命令外，還能實現(xiàn)大量應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集，如：三相交流電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)，以及功控、電控、購電控、防竊電功能和油溫、壓力等變壓器運行信息，現(xiàn)有的通信組網(wǎng)方式需要逐步向智能電網(wǎng)方向靠攏，以適應(yīng)物互聯(lián)時代需求。

目前由光纖以太網(wǎng)組網(wǎng)的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要由主站SCADA 測控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配網(wǎng)遠方終端組成。其中本文通信系統(tǒng)的構(gòu)造基于電力通信研究設(shè)計院設(shè)計的一套綜合型數(shù)據(jù)光端機（ISAT）設(shè)備，設(shè)備集成了傳統(tǒng)PCM 設(shè)備的所有功能，兼容SDH 和IP 業(yè)務(wù)。ISAT 提供了4 線音頻、RS-232/485、FXS（Foreign Exchange Station）,外部電話、FXO（Foreign Exchange Office)、E1 和IP 業(yè)務(wù)等接口的支持。同時支持光纖環(huán)網(wǎng)、鏈型網(wǎng)以及混合組網(wǎng)等方式，簡單快速的通道保護保證了通道故障時業(yè)務(wù)快速切換。

根據(jù)所在城區(qū)配網(wǎng)自動化設(shè)備分布現(xiàn)狀，推薦了一種基于ISAT 光端機實用的光纖以太網(wǎng)配網(wǎng)系統(tǒng)方案，如圖3 所示，為了監(jiān)測管理處于不同區(qū)域位置的自動化設(shè)備，需要在自動化主站、分站、開閉所（開關(guān)站）、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變壓器、控制器、拉手開關(guān)等配網(wǎng)自動化設(shè)備處各放置一臺ISAT 光端機。根據(jù)各地區(qū)規(guī)模特點，按照接入層、匯聚層、核心層的組網(wǎng)方式，以主站和分站兩類節(jié)點布置在光纖環(huán)網(wǎng)上，以此形成一張健壯配電通信網(wǎng)，從而實現(xiàn)相互之間的通信。主站與分站之間在該通信系統(tǒng)中實現(xiàn)了利用光纖以太網(wǎng)組網(wǎng)的配網(wǎng)自動化通信。除此之外，由于ISAT 光端機與主網(wǎng)變電站SDH 光纖網(wǎng)絡(luò)兼容并建立鏈接，為配網(wǎng)通信提供了有效的備用通道。

圖3 配網(wǎng)系統(tǒng)拓撲

該系統(tǒng)在各節(jié)點只需配置一臺ISAT 設(shè)備，各地區(qū)還可以根據(jù)自身的需要適當增加或減少光端機的數(shù)量，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性。由于這種光端機的價格便宜，比SDH 設(shè)備成本低，體積小，適用于較小的空間范圍內(nèi)。因此從整個網(wǎng)絡(luò)安全及性能價格比來看是趨于合理的。與此同時，管理員及用戶訪客可以通過網(wǎng)管軟件對配網(wǎng)中各節(jié)點進行操作和維護，實現(xiàn)了系統(tǒng)上所有站點的實時監(jiān)測。

4 結(jié)語

配網(wǎng)通信系統(tǒng)的全面規(guī)劃在未來一段時間將成為電網(wǎng)企業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)的重頭戲，在建設(shè)配網(wǎng)系統(tǒng)過程中，安全性與可靠性仍然是研究人員考量的重要因素。為了兼容配網(wǎng)設(shè)備多種業(yè)務(wù)接入的要求，本文提出了基于ISAT 設(shè)備的配網(wǎng)通信系統(tǒng)，在一定程度上不僅簡化配網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，還提高了當前電力通信的質(zhì)量，它將多業(yè)務(wù)類型集于一體，利用光纖以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)為配網(wǎng)多業(yè)務(wù)方向的轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)，從而使系統(tǒng)的可維護性、可用性、可靠性得到有效提高，達到節(jié)約光纖資源和降低網(wǎng)絡(luò)管理復雜度的目標。該通信系統(tǒng)設(shè)計兼顧目前的業(yè)務(wù)需求以及智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)擴展的方向，實現(xiàn)了縮小停電范圍和縮短用戶停電時間的目標，為智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。