浅析城区配网自动化通信探究

浅析城区配网自动化通信探究

董志会

董志会

（国网浙江杭州市余杭区供电公司311100）

摘要：智能配电网的通信支撑网，以电力系统通信专网为基础，向外延伸，它的骨干网覆盖10kV开关站，接入网覆盖配变和电表，微网覆盖电网所有用户，由此，形成一体化、覆盖电网全部的通信支撑网。应此，规划智能配电网的通信支撑网，需充分考虑智能化配网业务对通信主网的扩展需求，按智能配电网通信支撑网骨干网、接入网和微网三个层次分别描述光纤基础网的组织架构、设备组网原则、网络拓扑结构、网络容量选择、不同现场环境的技术选择标准、网络扩展原则和方法、设备技术规范、面向业务的接口标准以及分年度建设计划。从而有效、充分地利用企业资源，实现智能化配电网信息、自动化、通信协调、可持续发展。

关键词：智能电网；通信支撑网；网络规划

1.概述

智能配电网的通信支撑网，以电力系统通信专网主网为基础，向外延伸，它的骨干网覆盖10kV开关站，接入网覆盖配变和电表，微网覆盖电网所有用户，由此形成一体化、覆盖电网全部的通信支撑网。规划智能配电网通信支撑网，使其能为配电网的信息化、自动化、互动化提供安全、可靠、优质的通信服务。支持信息化，实现实时和非实时信息的高度集成、分析与利用；支持数字化，清晰表述电网对象、结构、特性及状态，实现各类信息的精确高效传输；支持自动化，有效提升电网自动运行控制与管理水平；支持互动化，通过信息的实时沟通及分析实现配网自动化系统的良性互动，并能建立用户与电网之间实时连接、互动开放的宽带网络，满足电网双向互动营销的需求。能满足智能化配电网调控一体化、配网自动化可视化、远程集中抄表、电能质量分析、负荷控制、防窃电及防盗（视频）、智能电器、用户和电网智能交互等应用对通信数据网通道需求。甚至可以进行应用拓展，实现面向社会开展三表集抄（水表、煤表、电表）、家庭智能交互等功能。

2.规划目标及技术策略

2.1规划目标

规划配电网通信支撑网，使技术规范统一、接口标准统一，覆盖电网的全部，为配电网提供统一业务支撑平台[1]。

智能配电网的通信支撑网规划，按骨干网、接入网和微网三个层次分别描述光纤基础网的组织架构、设备组网原则、网络拓扑结构、网络容量选择、不同现场环境的技术选择标准、网络扩展原则和方法、设备技术规范、面向业务的接口标准以及分年度建设计划。

2.2技术策略

(1)无源光网络EPON技术

EPON技术能组织树形、链型手拉手、环形等结构，与配网结构一致。有高带宽和高QOS保障，上行达1.25Gbps，利用光纤作为传输介质，运行可靠稳定。具备有效的隔离保障机制、VLAN隔离、保护端口、MAC地址绑定、IP地址绑定、端口限速、队列技术、流控技术等为多业务融合的开展起到了技术保障，能平滑升级扩容。

以杭州供电公司为例，配网通信数据网的骨干网主要采用EPON技术，覆盖110kV变电所至10kV开关站，拓扑结构以“手拉手”全保护倒换型为主。

(2)IP无线宽带自组网技术

IP无线宽带自组网技术基于时分复用实现同频点对点、点对多点无线传输，可提供4M带宽，点与点之间可自发组网，方式灵活、抗干扰能力强、频谱利用率高、传输距离远，支持非视距传输和高速移动应用。另，该技术支持加密算法和用户自我加密，能确保数据空中传输的安全。配网通信数据网的骨干网，光缆确实难以布放，地域空旷的开关站之间可选择此技术。

(3)中低压数字载波技术

中低压载波技术分窄带和宽带两种。窄带可提供19.2K速率，单工，信号承载于电缆屏蔽层，该技术目前使用已较为成熟。该技术优点是利用电力线不必受限于管线布放困难，缺点是带宽窄，稳定性一般。配网通信数据网的骨干网，光缆确实难以布放，高楼密布的开关站之间选择此技术。

宽带载波通信占用1～34MHZ频带，具有较宽的通信频段范围，采用信道自适应的OFDM技术，具有高通信速率、低误码率、双向通信的特点。配网通信数据网的接入网和微网，覆盖开关站至配变至用户，以宽带载波技术为主。

(4)无线传感网（WSN）技术

WSN技术具有绕射能力强、可组织的网络规模大、自组网、网络可靠性高、耗电省、设备安装方便的特点。电磁兼容性强，对周围环境具有较强的抗干扰能力。单个网络容量多于1000个节点。在19.2K速率下，可视距离大于1.5KM。同时支持加密算法和用户自我加密，能确保数据空中传输的安全。配网通信数据网的接入网和微网，以无线传感网（WSN）技术为次。

(5)3G、4G公网

3G、4G公网网络覆盖面广，技术相对较新，但带宽和安全性不能得到保证。接入网和微网可适当利用公网3G、4G技术。为保障安全，公网与电力通信专网在主局设置统一接口，任何基于公网的通信应用，均应通过此接口。

(6)气吹光缆敷设技术和复合光缆技术

针对城市管道不宜开挖，疏通困难的特点，研究电缆复合光缆技术和气吹光缆敷设技术，城市风景区、要害部门等不适宜开挖管道的区域，宜采用吹缆的光缆敷设方式。有条件的新建小区，敷设电缆复合光缆，使得电缆和光缆一次性到位。

3.实践研究

3.1智能配电网通信统一支撑网

以杭州地区电力通信主网为例，目前已覆盖到110kV变电所和35kV变电所，传输设备预留网络带宽资源和标准接口。智能配电网通信支撑网以此为核心拓展，其骨干网以光纤技术为主，无线和宽带载波为辅；接入网以宽带载波为主，光纤为辅，微网以WSN无线传感网技术和宽带载波为主。

3.2智能配电网通信光纤基础网

杭州地区智能配电网通信光纤基础网以110kV变电所为中心，充分利用配网管线资源，根据开关站的地理分布形态，结合10kV电力线出线的电气接线结构，组织光缆路径，两点接入两个110kV变电所。在管道路径和电力线电气结构不一致时，优先考虑管道资源和地理形态。110kV变电所至10kV开关站光缆采用G.652单模光纤，芯数安排12芯，开关站接入6芯。

图一双站点EPON“手拉手”组网结构

杭州地区电力通信配网自动化光缆通信管线与电力管沟同沟（体）、同管孔，但通信检查操作孔与电力隔开。城市风景区、要害部门等不适宜开挖管道的区域，宜采用吹缆的光缆敷设方式。有条件的新建小区，敷设电缆复合光缆，使得电缆和光缆一次性到位。

3.3智能配电网通信支撑网传输骨干

配网通信支撑网传输骨干网主要采用以太网无源光网络(EPON)技术为主。EPON系统由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。

骨干网组织模式：以110kV变电所为汇聚点，根据开关站的地理分布形态，结合10kV电力线出线的电气接线结构，各开关站串接成链状两点接入110kV变电所。同时，为了保证骨干网的安全可靠，采用典型的“手拉手”全保护倒换结构，如图所示，OLT1和OLT2分别安装在不同的110kV变电所，ONU安装在开关站，光缆中断或OLT设备失效均能实现保护，由ONU选择OLT。如图所示，OLT主和OLT备分别安装在不同的110kV变电所，ONU安装在开关站，光缆中断或OLT设备失效均能实现保护。

当因自动化设备原因不满足两点接入不同的变电所时，应开关站链路的两端组织俩条不同的光路，实现“手拉手”保护单点接入一个变电所，结构图如下所示：

图二单站点EPON“手拉手”组网结构

(1)组网原则：

一个手拉手单环，光缆线路最长距离不超过20km，起止点最大光链路衰减(dB)-29DB，上下行1.25Gbps高速通信。

每台OLT连接ONU最大不超16个，目前按8－10个组织。

每台OLT连接到110kV变电所，110kV变电所为配网预留45M带宽，目前按一个2M上联。

ONU设备提供RS232接口和RJ45口。

变电所内的OLT设备采用19英寸机架式，双直流－48电源接入。

开关站的ONU设备采用壁挂式安装，分光器（ODN）内置在ONU设备当中，双直流－24V电源接入。

开关站的光纤终端设备采用壁挂式安装，与ONU并列或上下布置，形成一个整体。

(2)其他技术的选择原则：

在光缆不能敷设但地域空旷、建筑物不密集的区域，可采用IP无线自组网技术。在光缆不能敷设建筑物密集的区域，可采用宽带载波技术。

(3)网络变更原则：

随着电网的变化，开关站的增加和减少，通信网也需要及时调整。增加网络节点：以电力线的开断方案和管道组织路径为依据，就近选择断点开断，光缆和ONU设备均就近接入两个开关站。减少网络节点：以电力线接线方案和管道组织路径为依据，删减网络节点，就近连接两端光缆。

3.4智能配电网通信支撑网微网

(1)配网通信支撑网微网组网方式一：采用无线传感网技术（WSN）

使用500MHz频段，发射功耗50mW,在普通住宅楼中可以绕射8层楼；在19.2K速率下，可视距离大于1.5KM。每一个微网以配变为汇聚点，敷设半径为1公里范围的几幢楼房，布点到达的每一户，单个网络的节点不超过1000个节点。自组网能组成优越于星型网络的对等网状网，支持长距离的多跳数据传输。在路由选择上，保留多条冗余路径的同时，采用综合评估信号强度，丢包率的链路质量指标的方法优化路由选择，同时结合运用信道编码纠错和重传机制，使得网络抗干扰能力强，网络健壮可靠。

数据接口为RS232接口和RJ45口。

(2)配网通信支撑网微网组网方式二：宽带载波（低压）

宽带载波通信占用1～34MHZ频带，具有较宽的通信频段范围，采用信道自适应的OFDM技术，具有高通信速率、低误码率、双向通信的特点。配网通信支撑网的接入网和微网，覆盖开关站至配变至用户，以宽带载波技术为主。

(3)配网通信支撑网微网组网方式三：合理利用3G公网

接入网和微网可适当利用公网3G技术。公网与局通信专网在局端设置统一接口，任何基于公网的通信应用，均应通过此接口。

电信运营商为杭州供电公司提供一个专网域名，用于与其他的专网或公网（如连接互联网或其他专网）进行区分。通信终端将附带有专网域名的无线接入帐号通过无线拨号方式送入到无线接入服务器PDSN上，PDSN通过识别出此专网域名，将其帐号数据（用户名、密码等）转发到指定的VPDN平台进行下一步处理。VPDN平台内的VPDN网关设备与AAA服务器共同配合，完成用户身份的认证工作，检查用户名、密码、IMSI等信息是否匹配，认证通过后由AAA服务器分配给无线数据终端指定的IP地址，VPDN网关将对无线接入用户进行PPP最后终结，并将与其对应的单位内部网络实现互连。

图三利用3G公网接入示意图

4规划原则展望

建设技术先进、安全可靠、适应电力市场需求的信息网络体系，是电网企业推进现代化建设的保障[2]。以智能化配电网发展为依据，在现有通信主网的基础上，以业务需求为中心，体现配网自动化、智能化用电网、通信技术的发展趋势，优化网络结构，技术适度超前。

4.1“四统一”原则

坚持“四统一”原则，即“统一领导、统一规划、统一标准、统一组织实施”。

4.2安全可靠原则

安全可靠是保障。通信网络是智能化配电网的基础，通信网的建设必须坚持N-1的可靠性原则，保证承载业务的安全可靠运行，保证不同安全区域信息的安全隔离。

4.3集约化标准化原则

建设必须遵循统一技术政策，应遵循有关国际标准、国家标准和行业标准，具有开放性、可扩性、实用性，具有与配电网各类业务系统按标准互联的能力。

4.4科学发展原则

坚持科学发展原则。积极采用各种成熟的新技术，把握技术发展方向；技术基础设施和应用系统建设并重，系统建设和管理并重；有效、充分地利用企业资源，实现智能化配电网信息、自动化、通信协调、可持续发展。

参考文献

[1]国家电网公司.国网公司配网调控一体智能技术支持系统功能规范.

{2]国家电网公司.加快实施信息化“SG186”工程?集团企业CIO年会.