电力配网通信面临的挑战及其解决思路

电力配网通信面临的挑战及其解决思路

雍瑞雪

（国网陕西省电力公司安康供电公司陕西安康725000）

摘要：当前，智能电网已成为世界电网体系技术革新的新动向，是改变未来电力系统面貌的发展新模式之一。我国电力企业高度关注智能电网的发展与建设，并有序推进，尤其是处于智能电网末端的配用电网络，更是近年来建设的重点。随着自动化技术和电力设备智能化水平的提高，电力系统对通信网络的安全性、可靠性、易运维等方面提出了更高要求，配网通信系统已逐渐成为整个智能电网建设的关键环节。

关键词：配网自动化；配网通信；电力工程

1目前在电力配网工作上常见到的技术

1.1EPON技术

1.1.1EPON技术特点

以太网无源光网络（英文简称为EPON），主要指的从点到多点的一种单纤双向光纤通信网络技术，在实现上一般以树形的网络结构来体现，在技术层面主要运用单纤波的分复用技术，在上行与下行信号（上行的波长为1310nm、下行的波为1490nm的传输上，一般在同一光纤上实现。因此具有传输带较为宽大、传送距离较远以及拓扑结构较为灵活等优点，目前在接入网的组网中得到广泛的使用，主要由OLT，ODN，ONU与光纤线路等组成。图1显示的是其网络结构。

1.1.2EPON应用于配网通信的优势

（1）高带宽。目前EPON通信技术在上下行信号上，已经具备10G带宽技术，完全符合我国在配电自动化方面对带宽的技术需求。

（2）组网方式灵活。EPON技术的组网方式极为灵活多变，与我国电力的配电网线缆的分布情况高度的吻合。目前较为常见的星型、树型以及混合型等组网方式都可以成熟的运用到EPON技术。

（3）节省光纤资源。由于属于点到多点的通行网络技术，因此在组网工作上可以利用“手拉手”环网拓扑与非等分分光器串联等实现设备的单纤接入，进而达到节省光纤资源的作用。

（4）系统可靠性高。在安全保护方面可以运用多种网络方案，降低网络出现单点故障的现象。无论是哪个端口或者线路出现故障，都不会直接的影响到整个系统的正常运转。

（5）带宽分配灵活，服务有保证。EPON技术在业务带宽的分配上，可以实现灵活的分配措施，对网口、业务以及用户的带宽可以灵活分配，保证服务的质量。

1.2工业以太网交换机

1.2.1工业以太网技术特点

工业以太网技术，一般指的是在商业运用上与技术实现上以太网（IEEE802.3标准）为主要兼容点，其结构图如图2所示。而其交换机和常见的商用以太网式交换机有着较为明显的区别，其一般在工业地域与环境较为恶劣的地方得到使用。

1.2.2工业以太网交换机的技术优点

（1）其元器件属于工业级别，选用无风扇冷却技术。因此在宽温度与强电磁辐射等情况下一样照常使用，所需功耗较低（5-10W）。

（2）依靠其所组建的环网具备自愈的能力，其自愈时间低于5Oms。

（3）其网络的容量较大，对于每个环网的站点在使用上并不存在特别的限制，但是从业务与保护倒换时间上考虑，一般建议低于50个。

（4）对其进行网络扩展较为可行，进行节点增加时，一般打开环网就可以实现。

（5）其所能传输的距离较远，一般配置的长距离光口可以达到40-80km之间或者更远。

2配电通信网建设面临的挑战

2.1可靠性需求

据不完全统计，在我国用户的停电故障中，80％的故障是由配网故障引起的。每停一度电，就会导致50元的损失。依此推算，每年将近有超过2000亿的停电损失。随着近年来分布式电源大量接入电网，配电网从无源走向有源，从被动走向主动，新的发展模式对配网系统的可靠性提出了更高要求。（1）自然环境恶劣。每年因雷击、火灾等原因导致的站点设备故障或报废、线路故障，是造成停电的主要原因。因此，要求电力通信设备应具备高防雷、抗震、宽温域的工作能力。（2）随着配网自动化程度的逐渐加强，要求通信网络满足DSCADA对电力设备实现实时、全天候的监测与控制。（3）通信网络因通信线路故障引发的自身故障，如通信光纤断裂等故障导致的通信网络故障。因此，通信网络必然需要具备多重保护与抗多点失效的能力，保证通信网络的可靠性。

2.2安全性需求

电力配网设备通常布放在户外、路边，面临人为破坏、非法接入等风险，直接影响配电网的安全性。这给电网企业带来巨大损失的同时，也使电力安全面临巨大威胁。

2.3部署与维护

配电网络终端多、数量大，且配网站点多分布于户外、街边，施工复杂，加之不断的扩容、网络结构变动，无论对设备的布放、调试，还是后续的维护管理，都面临着严峻挑战。

3基于EPON的配网通信组网

3.1组网方案

通信网络可以协助配网系统完成对通信通道业务的优化和完善，实际应用中将不同的OLT分别放置在对应的配电主站系统、配电子系统和变电站自动化系统中，这是实施组网方案过程中务必要重视的一点。此外，主干通信网的构建要以不同的OLT为基础，以变电站自动化系统为根本出发点进行对组网方案的实施，要将对分支通信网络的优化放到首位。通信网络、现场终端、配电主站系统等是配网通信系统的主要组成部分，结构如图3所示：

环网形式的保护协议主要用于主干通信网络，该环网由多个节点通过多种形式组成，但在实际应用过程中，需要选择一个主节点。一般情况下，配电子站的OLT担任该传输主节点的角色，完成对通信业务的快速传递和切换，一方面可以弥补单点高故障率的出现，另一方面可以使主干网络的可靠性提高。树形拓扑是用于配电子站到不同监测终端之间的一种常见结构，其中变电站与不同监测终端之间也采用该结构，这种结构可以确保网络高速安全地运行，提高网络的时效性。即使在运行过程中某一个终端出现异常状况，其他设备的运行也不会受到太大的影响。也就是说，系统的独立运行能力较之前有所提高。此外，这种结构也提高了全网通信的效率。硬件设备会增大电力企业的建设成本，但运用这种技术，在系统中增加多个子站时，也不用投入更多的硬件设备，这恰恰是这种技术的最大优势所在，它可以建立多个子系统，使得通信通道更加完善，建立出如图4所示的EPON配网通信系统：

人机交互主要在主站系统完成，配网自动化系统运行效率的提高需要通信系统的协助，这样也可以将自动化系统的可靠性推向更高的台阶，网络数据链路的建立由前置机负责，确保信息数据的收发中转。完善的网络监控系统可以保证监控数据的实时性，为网络维护工作实施奠定基础，不同数字量和模量信息的采集由配网监控终端负责。

3.2DBA算法分析

DBA算法分析应以带宽的实际需求量为基础，带宽分配包括静态分配和动态分配两个部分。其中，动态分配的应用较为广泛，根据不同ONU带宽的实际动态分配，结合丰富的带宽信息资源，可以实现对数据业务的进一步分析，增强自动化系统网络通道的应用效果，提高信息传输的速度。目前，在配网监测系统中应用较为广泛的是监测终端，不同的数据业务由不同的监测终端进行完成。随着社会各方面的发展，电力工业也取得快速发展，以往单一的电力分配方式已经不能满足用户用配网业务的需求，为了进一步实现带宽在不同ONU之间的合理分配，风机调度的分配方法比较可靠，同时也将整个电力系统的综合性能提高。（1）ONU内部调度分配。ONU内部业务可划分为高优先级、中优先级和低优先级三个级别。高优先级侧重点是时延和抖动问题，重在对这两个问题的改善，中优先级则侧重于宽带问题，保证数据信息的可靠传送，低优先级重在实现对网络最大通信能力的扩大，保证数据的准确传输。（2）ONU间的调度分配。通常忽略ONU间不同的内部信息，将其看作一个整体的系统列队，分为轻负载和重负载。其中，前者为将一些未被利用的带宽重新被利用，主要通过向OLT提出请示、OLT同意请求、设计特定的分配方案、划分上行周期、上行发送等途径实现。在配网自动化过程中，为了提高通信的安全性，需结合实际情况，采用具体方案，如将终端设备两端的线路接到OLT设备上等方法。

结束语

综上所述，为了确保我国电力配网系统安全稳定地运行，需要对配网系统实施全面的维护和升级，使其更具有时代发展的特色。

参考文献：

[1]张鹏．EPON技术在电力系统中的应用[D]．西安：西安电子科技大学，2012.

[2]葛永亮，缪刚，李庆彪．配网自动化通信系统设计中EPON技术的应用[J]．电气技术，2013，（7）.

[3]薛莲，刘宁宁．浅析EPON技术在配电自动化网络中的应用[J]．电子制作，2013，（10）.