浅谈电力配网自动化系统中通信方式并存的可行性

【摘要】配网自动化系统中的通信技术是其关键的核心技术，只有可靠稳定的通信系统，才能够保障配电网络自动化系统的可靠稳定运行。文章介绍了EPON技术和GPRS技术，分析了其技术特点和优势，对其在配网自动化通信系统中的可行性运行进行了剖析，建立了以EPON通信技术为主，GPRS无线通信为辅的配网自动化通信系统，使供电配网自动化水平得到很大提高，保障了供电系统的安全、经济、可靠、稳定、高效运行。

【关键词】配网自动化系统；通信系统；EPON；GPRS

近年来，随着国家经济与科学技术的发展，我国的配网自动化系统建设取得了长足的进步。但是在配电网自动化的建设过程中，仍然存在着许多问题。而通信系统作为配网自动化系统中的联络支撑，是自动化体系的重要组成部分。通信技术的发展直接制约着配电自动化系统的发展和应用，一直是配电网自动化智能化发展的“瓶颈”所在。目前，在我国绝大部分地区，都已经在35kV及以上的变电站之间实现了光纤覆盖，可以实现变电站到主站的信息传输以及光环网自愈功能，但是无法完整的覆盖配电网的末端通信网。由于配电网络的交错复杂，不仅主线实现手拉手，分支也有部分实现手拉手的网格状网络。使电力电缆沟道铺设时也无法预埋光缆。各地区配电子站与配电终端间的信息通信方式各具特色，缺乏统一的标准与模式，这在很大程度上制约着配电自动化通信系统建设的顺利实施。具体来说，通信系统分为两层，第一层是主站跟子站之间的通信；第二层是配电终端与子站之间的通信，而这一层也就是本文研究的重点。由于配电终端具有点多面广，环境多变等特点，单一的通信技术很难满足需要。针对配电网通信系统中存在的这些问题，结合江苏连云港供电公司的配网自动化现状。本文通过采用以EPON为主，GPRS为辅的通信方式来设计多种通信方式并存的配网自动化通信系统来解决这些问题，该通信技术的选择也符合当前的发展趋势。

1.EPON技术分析

1.1 EPON技术原理

EPON系统的组成分为3个部分：OLT（光线路终端），ONU（光网络单元）和ODN（光分配网），其中ODN是连接OLT和ONU的由光纤和无源分光器组成的部分，具有星形、环线和总线形等结构。其原理框图如图1所示。

OLT一般放置在主站端，由主干光缆与其他部分相连，相当于路由器或交换机的作用，并且具有实时监控管理及维护的功能。无源分光器结构简单，环境适应能力强，一般具有多种分路比，还可以多级连接。ONU主要实现信息之间的光电转换以及各类业务的接入。ODN由一个或者多个无源分光器（POS）组成，主要进行下行数据的分发以及上行数据的收集。在EPON中，从OLT传输到ONU的下行数据一般采用TDM广播模式，ODN将OLT广播出来的所有下行数据分配给每个ONU，但是每个ONU只读取出自己需要的信号。相反，从ONU传输到OLT的上行数据一般采用时分多址（TDMA）方式。所有ONU根据设备设定的时隙发送信号（即突发发射），通过ODN进行汇、仲裁、然后再传入OLT，由OLT进行处理。在EPON技术的实际应用中，分光器的级数以及分光比的选择是一项十分重要的工作。EPON系统并没有在理论上对于分光器级数和分光比进行限制，只是规定每个ONU的光通道衰减≤24dB即可。实际应用中，当然是分光器级数越多越能节省主干光纤数量，但是级数过多同样也将带来损耗的增加，使得网络拓扑结构变复杂，因此ODN网络拓扑结构的优化就十分必要。同时，当后期累加ONU时还需考虑扩容等问题，因此需要预留出光纤通道和光功率预算。ODN的光衰减与光纤长度、分光器数量、光活动连接器数量、光缆熔接头数量等因素有关，设计通信系统时应该控制ODN的最大衰减值，并符合OLT、ONU的光功率衰减要求。ODN光通道衰减定义为最远一级的OLT和ONU之间的所有设备的衰减总和，光通道计算模型如图2所示。

其衰减计算公式为：

ODN衰减= （1）

在实际应用中应满足：

ODN衰减+Mc≤系统允许衰减 （2）

式中：是光通道n段光纤衰减总和；是m个光活动连接器衰减之和；是p个光缆熔接头衰减之和；是h个分光器衰减之和；Mc是光纤富余度（当传输距离≤5km时，Mc≥1dB；当传输距离≤10km时，Mc≥2dB；当传输距离>10km时，Mc≥3dB）。

1.2 EPON技术用于配网自动化系统的可行性分析

（1）通信介质分析。目前，我国的电网已经建成了以光纤通信为主的电力调度网，所有35kV及以上变电站已经基本实现光纤全覆盖，不管采用的是哪种光纤，只要是单模介质，EPON系统都能应用。所以，采用EPON通信系统对现有的配网系统具有很好的兼容性。

（2）带宽及接口要求分析。目前，我国新建的配电网通信终端均以RJ-45以太口接口为主，同时，配电终端节点数目巨大，分布广泛且相互间通信距离较短，每个节点的通信数据量较小，实现性较强，而不同的配电终端对速率的要求各不相同。但是，EPON可提供1.25Gbit/s的带宽，同时对带宽的分配有完整的体系，因此足以满足要求。

（3）组网结构分析。只有当通信系统的拓扑组网结构跟配电网络的拓扑结构相似时，才能最大程度的节约成本，不需另辟通信管道，而EPON的组网模式均适应于配电网单链式、手拉手环网式等多种接线方式，组网灵活。

除此之外，在EPON系统中，每个ONU设备均收到OLT以广播方式发送的数据，并且POS端连接的各个ONU是以并联的方式存在的，所以当分支光纤。POS端口或者ONU中任一设备发生故障时，均不会影响其他ONU的正常工作情况，具有很好的安全性。EPON还能对于配网自动化系统中不同系统的业务进行隔离，针对这些系统中的信息安全问题，EPON都能找到切实可行的解决办法。

2.GPRS无线公网通信技术及在配网自动化系统中的可行性分析

2.1 GPRS技术原理

GPRS技术是通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，为用户提供中速的数据传递的一种无线通信技术。与其他通信方式相比，无线公网通信无需铺设光缆，建设成本低、维护方便、覆盖范围广、能实时传输，适合在无线覆盖完整且信号优良的地方使用。但是其安全性、可靠性略显不足。不过，无线通信技术特别是GPRS技术在配电网中应用很广。现有的GPRS通信网络是在现有GSM网络中加入GGSN和SGSN来实现端到端的，广域的无线IP连接。系统总体结构可分为3个部分：端站设备、GPRS网络和终端设备，其网络结构图如图3所示。

在图3中，端站的数据由GSM基站先传到SGSN（GPRS服务支持节点），再由SGSN与GGSN （GPRS网关支持节点）进行通信，由GGSN对数据进行分析处理后再发送给各配电终端或下级通信网络。如InternetX2.5网络，来自配电终端的数据流则先上传给GGSN，再由GGSN转发给SGSN，继而转发给端站设备，所以SGSN在GPRS网络中相当于一个节点，起着承上启下的作用。

2.2 GPRS通信技术用于配网自动化系统的可行性分析

GPRS技术突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，利用现有的GSM网，通过增加相应的功能实体和对现有的开闭所、小区变、台变以及住上开关，进行部分改造就能实现分组交换，减少了铺设通道建设的大量费用，投入较低。而且，后期可以由电信部门进行维护。同时，GPRS采用以数据流量的计费方式，传输速率可达115Kb/s，还支持双向传输。最重要的一点是资源丰富，覆盖范围很广。所以GPRS通信技术在配网自动化通信系统建设中有着较大的发展前景。目前也已经在我国部分地方的配网自动化系统中得到了应用。

3.多种通信方式并存的配网自动化通信系统

以江苏省连云港供电公司配网自动化通信系统的探索为例。介绍结合EPON和GPRS通信技术的多种通信方式共存的通信系统的建设。如建成后的配网自动化水平将得到很大的提高，一个中、低压配电系统的电力状态综合实时监控平台将得以建立，保障供电系统配电网络的安全、经济、可靠、高效的运行。总体而言，通信系统的建设取决于配电网的整体规划，拓扑结构的复杂程度以及将要达到的预期自动化水平等。因地制宜，采用多种通信技术相配合的方式，以安全、可靠、高效、经济为目的来进行建设。具体而言，配网自动化通信系统的建设要求主要包括以下几个方面：①抗干扰能力强以及防雷，防过电压；②通信速率；③经济性；④建立备用通信通道和确保在停电或故障时能正常通信；⑤双向通信能力及其可扩展性。（下转第155页）（上接第82页）

4.配网通信综合网管系统的建设

通信方式并存的通信系统需要有一个结构化综合网管系统来实现对不同类型的通信设备、通信网络的监管。因而，在配电网自动化系统中建设一个能监控EPON与GPRS两种通信方式的综合网管系统就显得十分重要。该系统主要包括一体化采集平台，系统综合监视模块和通信资源模块。其软件基本结构图如图4所示。通过该通信系统，主站能很好地实现配网自动化的“三遥”功能，实时监视线路电流、电压、有功和无功功率、电能质量以及电气设备和系统的运行状况，实现电能的分项计量，建立能耗动态数据平台，还能实现故障或扰动录波、自动故障定位与隔离的功能。

5.结论

配网自动化系统的建设是国家电网公司发展智能电网的重要部分。也是建设一流配电网的必要条件之一。坚强配网以网络合理分布，容量合理分配，调度灵活为基本条件。配网自动化实现是配网安全、经济、可靠运行的基本保障。目前，国内并没有形成统一的通信系统建设标准，本文通过对EPON和GPRS技术的介绍以及将其初步应用到江苏连云港供电公司的配网自动化通信系统这一实例，来说明EPON通信技术在配网自动化系统中的可行性及优势所在，该技术具有广阔的发展前景。此外通过此实例也说明了建设多种通信手段并存的通信系统也是未来发展配网自动化系统的大势所趋。

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