配電網(wǎng)中計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：自動(dòng)化配電網(wǎng)是電網(wǎng)智能化建設(shè)的重要組成部分。通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)能夠平衡電網(wǎng)功率負(fù)載，可以最大程度地減少網(wǎng)絡(luò)通信損耗，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。在配電網(wǎng)中常用的計(jì)算機(jī)銅錫技術(shù)包括現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FB）技術(shù)和光纖通信技術(shù)。其中光纖通信技術(shù)憑借低損耗，長(zhǎng)距離、抗干擾、體積小、寬頻帶、高帶寬等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代微波網(wǎng)絡(luò)成為主要的配電網(wǎng)通信技術(shù)。文章的主要目的是研究光纖通信技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，介紹了計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的概念以及配電網(wǎng)的常用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，在此基礎(chǔ)上探討了基于光纖通信技術(shù)的配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)以及骨干層、接入層的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)通信技術(shù)；配電網(wǎng)；應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)越來(lái)越多地使用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行配電系統(tǒng)的優(yōu)化改造，以提高配電網(wǎng)自動(dòng)化水平。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已深度集成到電網(wǎng)系統(tǒng)中，催生了新的配電技術(shù)，可使配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制功能，確保配電操作的安全性和可靠性，提高配電網(wǎng)運(yùn)行效益。所謂計(jì)算機(jī)通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)不斷發(fā)展相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)通信不僅開(kāi)始在各種類(lèi)型的企業(yè)中得到廣泛使用，而且已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)通信是計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)交換行為。在計(jì)算機(jī)通信中，使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行信息通信，因此，也將計(jì)算機(jī)通信稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信。今天，在計(jì)算機(jī)通信技術(shù)中，我們可以使用許多數(shù)據(jù)類(lèi)型，例如音頻、視頻、圖像、文本進(jìn)行通信。

1配電網(wǎng)中常用的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)

1.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FB）

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)即FB技術(shù)，通常應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)備中，是實(shí)現(xiàn)微機(jī)測(cè)控設(shè)備之間多功能數(shù)字通訊的雙向串行系統(tǒng)。FB技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：一致且開(kāi)放的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；可以降低自動(dòng)化成本，經(jīng)濟(jì)性很好；支持雙絞線、同軸電纜、電力傳輸線等介質(zhì)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力；可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，并實(shí)時(shí)傳輸信息給管理人員，連接高層管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息共享；可以進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，收集、管理算法和處理報(bào)文的；強(qiáng)大的信息整合能力。

1.2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

（1）PROFIBUSPROFIBUS是自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，由PROFI-BUS-PA、PROFTBUS-DP和PROFIBUS-FMS這三種協(xié)議構(gòu)成。PROFIBUS-DP替代了自動(dòng)控制系統(tǒng)和I/O現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)高速傳輸，而且還具有很強(qiáng)的故障診斷與組態(tài)功能。允許創(chuàng)建一個(gè)主站或多個(gè)主站組成的系統(tǒng)，為自動(dòng)化配電提供了有力的技術(shù)支持。PROFIBUS-PA將傳感器和驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)，作為配電和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€。由于它采用了配置文件傳輸協(xié)議來(lái)描述域設(shè)備的操作位置和參數(shù)，因此可以保證足夠的安全性，同時(shí)PROFIBUS-PA還負(fù)責(zé)通過(guò)總線向域設(shè)備傳輸電力。PRO-FIBUS-FMS被廣泛用于現(xiàn)場(chǎng)通信，并且可以用于更大和更復(fù)雜的系統(tǒng)。其應(yīng)用層包括兩部分：總線報(bào)文規(guī)范、最低接口，可以為用戶提供功能強(qiáng)大且高度可訪問(wèn)的通信服務(wù)?；谏鲜鋈齻€(gè)協(xié)議，通過(guò)在OS1模型中的級(jí)別1、2和7層的基礎(chǔ)上添加接口層，PROFIBUS可以提供快速數(shù)據(jù)傳輸功能，并為配電自動(dòng)化控制提供了技術(shù)支撐。（2）以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)是具備OSI特性和實(shí)時(shí)功能的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。由于其自身的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)。以太網(wǎng)在傳輸速率方面優(yōu)勢(shì)明顯。現(xiàn)階段，以太網(wǎng)最大傳輸速率為每秒10吉比特。當(dāng)前，各種增強(qiáng)技術(shù)都支持以太網(wǎng)，有許多開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境開(kāi)發(fā)選項(xiàng)，例如VisualBasic、Java，C#等；以太網(wǎng)系統(tǒng)支持各種不同的硬件設(shè)備，網(wǎng)卡的成本僅為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡（例成本的十分之一。以太網(wǎng)被廣泛用于自動(dòng)化配電網(wǎng)系統(tǒng)中。（3）LonWorks是一種采用0SI級(jí)別的七層協(xié)議，適用于工業(yè)電源循環(huán)系統(tǒng)的高級(jí)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，可以有效地連接傳感器網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。LonWorks具有使用各種媒體進(jìn)行通訊和分發(fā)的能力；因?yàn)長(zhǎng)onWorks可以支持許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。LonWorks使用48位地址空間，地址代碼可以在同一網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)收集多達(dá)30,000個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，還具有通過(guò)添加網(wǎng)絡(luò)區(qū)域來(lái)擴(kuò)展數(shù)據(jù)多樣性的功能。LonWorks是一種使用電力線作為媒介來(lái)通信和傳輸控制信號(hào)的技術(shù)，實(shí)際上已被廣泛用于配電網(wǎng)中，有效地改善了配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的通信效率。

1.3光纖通信技術(shù)

（1）FCN光纖通信適用于主站和變電站之間的區(qū)域、城市中心地帶以及主要負(fù)載區(qū)域，可以解決多個(gè)點(diǎn)和長(zhǎng)距離的通信問(wèn)題。作為高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)CN具有強(qiáng)大的傳輸能力，可為配電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸和通信提供基礎(chǔ)支持。FCN具有很強(qiáng)的抵抗外部干擾的能力，并且其誤碼率非常低?？梢栽诟蓴_因素較多的配電網(wǎng)中使用，有效解決干擾問(wèn)題，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。某些光纖通信網(wǎng)絡(luò)具有雙重通信網(wǎng)絡(luò)配置，從而具備自愈功能，可用于通信故障發(fā)生時(shí)自選路由，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)愈合，有效提高通信的穩(wěn)定性。FCN具有方便配置、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)。可以拆分光纖通信環(huán)路以形成的新光纖環(huán)路，完全可以滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化提出的通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的要求，為建立高效，高質(zhì)量和安全的配電網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)保證。（2）AONAON基于FCN改進(jìn)得到，擁有比FCN更強(qiáng)的通信能力。當(dāng)前，AON是大容量配電網(wǎng)發(fā)展的最佳解決方案。AON光節(jié)點(diǎn)取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，互相連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。AON不會(huì)對(duì)信息進(jìn)行處理，從而構(gòu)建真正透明的網(wǎng)絡(luò)。AON可以同時(shí)適應(yīng)不同的傳輸速率信號(hào)，不同的協(xié)議，不同的調(diào)制頻率和不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，因此，PDH，ATM和SDH可以位于同一光纖設(shè)施中。AON系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，例如無(wú)源分路合成器可以隨時(shí)添加，AON的傳輸質(zhì)量非常高，可以達(dá)到很高的傳輸速度，可以提供很高的傳輸容量，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)大容量數(shù)據(jù)傳輸提供了有力的技術(shù)支持。

2基于光纖通信技術(shù)的配電網(wǎng)中通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)思路

通信系統(tǒng)是配電網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)所必需的系統(tǒng)，是配電網(wǎng)進(jìn)行及時(shí)操作、錯(cuò)誤響應(yīng)、服務(wù)數(shù)據(jù)交互以及發(fā)電功能的基礎(chǔ)。因此，借助通信系統(tǒng)收集的信息可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)故障，從而采取最合適的故障修復(fù)計(jì)劃，可以最大程度地保障配電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定，減少電力損耗。建立自動(dòng)化配電通信系統(tǒng)的總體思路如下：第一層是基站層。它可以實(shí)現(xiàn)、控制、管理等多種通信方式的統(tǒng)一接入，分析配電網(wǎng)的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)配電網(wǎng)變電站之間的關(guān)系，基于以太網(wǎng)構(gòu)建嫩能夠自愈的環(huán)狀光纖通信結(jié)。第二層是變電站層。大多數(shù)變電站交換機(jī)都位于變電站中，可以用例如光纖專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線公網(wǎng)專(zhuān)線（GPRS/CDMA）、WiMAX、主從專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、電纜載波等通信模式可以執(zhí)行變電站的故障處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)收集。變電站級(jí)別的通信應(yīng)基于距離使用以太網(wǎng)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、通信電纜的方式進(jìn)行通信。第三層為終端層。配電網(wǎng)絡(luò)的終端層包括遠(yuǎn)方監(jiān)控終端（RTU）、饋線開(kāi)關(guān)測(cè)量和控制終端、小型變電站測(cè)量和控制終端。

2.2通信網(wǎng)絡(luò)骨干層的設(shè)計(jì)

2.2.1通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)需要考慮用戶的需求。為了確保配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，通信系統(tǒng)將覆蓋所有基站層、變電站層、終端層?；九c變電站，變電站與終端之間都采用分層結(jié)構(gòu)，即基站、變電站之間為骨干層，子站、終端之間為接入層。在接入層中，每個(gè)配電電路都連接到配電網(wǎng)絡(luò)終端。在本次設(shè)計(jì)中，接入層的終端結(jié)構(gòu)由2個(gè)交換站、88個(gè)主分支交換機(jī)和分支交換機(jī)以及邊界交換機(jī)組成。

2.2.2骨干層設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的骨干層是連接基站層、變電站層的通道，可以實(shí)現(xiàn)多種通信方式的統(tǒng)一輸出和輸入，還可以分析配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，協(xié)調(diào)配電變電站之間的連接，基本設(shè)計(jì)方案是變電站安裝調(diào)試OLT傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與配電通信主站的聯(lián)系。通過(guò)在變電站中添加MSTP設(shè)備，可以優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)中的通信效率和速度。配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了改善數(shù)據(jù)傳輸性能，該方案使用變電站上設(shè)置的MSTP傳輸設(shè)備為每個(gè)變電站調(diào)整已構(gòu)建的主環(huán)網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)。在主環(huán)網(wǎng)的傳輸結(jié)構(gòu)上安裝額外的環(huán)形備用電路，不僅增強(qiáng)了傳輸網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，而且節(jié)省了帶寬和主站接口，提高了配電網(wǎng)絡(luò)通信線路的性能和安全性。從圖1中可以看到，區(qū)域的光纖通信網(wǎng)絡(luò)是環(huán)形閉合結(jié)構(gòu)。220KV東郊站、 KV天吉泰站、110KV中央控制站通過(guò)光纜連接。如果光纖工作不正常，則可以通過(guò)將光纖信號(hào)定向到另一根光纖來(lái)繼續(xù)傳輸。此功能稱為智能倒換SmartExchange，從而提高光纖網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.3接入層設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的接入層是連接變電站、終端的通道，主要功能是在變電站層和終端層之間執(zhí)行數(shù)據(jù)交互。盡管終端層的數(shù)據(jù)傳輸量很小，但是接入層的數(shù)據(jù)終端站數(shù)量卻很大，且種類(lèi)繁多、分布廣泛。因此，終端層是配電網(wǎng)中非常關(guān)鍵的部分，并在信息交互中起重要作用。在實(shí)踐中，接入層網(wǎng)絡(luò)有兩種設(shè)計(jì)方案：全部光纖和部分光纖。本次設(shè)計(jì)采用全光纖接入方案，EPON網(wǎng)絡(luò)層架構(gòu)設(shè)計(jì)基于終端設(shè)備的實(shí)際位置，在通信系統(tǒng)的通信區(qū)域中鋪設(shè)連接150個(gè)終端設(shè)備的光纜，例如交換點(diǎn)和各種類(lèi)型的交換機(jī)。所有使用以太網(wǎng)的終端設(shè)備和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)互接以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。連接通信系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)終端設(shè)備的光纜結(jié)構(gòu)使用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在配電網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.4原有光纖通信線路改造

如圖2所示，953建平線上包括污水處理廠、油庫(kù)和農(nóng)村地區(qū)的許多專(zhuān)變用戶。線路拓?fù)淙鐖D2所示。該電力線路前半部分位于在城鎮(zhèn)中，后半部分位于農(nóng)村地區(qū)，為農(nóng)村用戶供電。因?yàn)榫€路非常重要，所以線路用戶不能輕易停電。一旦發(fā)生故障，應(yīng)盡快隔離故障點(diǎn)，以最大程度地減少故障范圍。因此，該線路設(shè)計(jì)為自動(dòng)關(guān)閉型，線路中兩個(gè)分支斷路器之一斷開(kāi)連接，而另一個(gè)正在工作就可以繼續(xù)供電。原有線路設(shè)計(jì)為單光纖，并在分支線上安裝分路器，這種設(shè)計(jì)只能實(shí)現(xiàn)光纖通信，不能有效保障管線通信的可靠性。新設(shè)計(jì)需要重要的線路具備更高的可靠性，因此單根光纖線路無(wú)法滿足要求。因此，在新設(shè)計(jì)中，直接從sub-OLT設(shè)備引出兩根光纖，線路前半段，這兩根光纖同桿架設(shè)，在第一個(gè)分支處，一根光纖沿主干向東延伸到達(dá)聯(lián)豐分支斷路器，另一個(gè)分支沿著中石化油庫(kù)分支到達(dá)聯(lián)豐分支斷路器。兩條光纖在聯(lián)豐分支斷路器匯合，改造后的光纖通信線路結(jié)構(gòu)如圖3所示。污水處理廠配電室接入兩條光纖，目的是提高主要用戶的配電網(wǎng)通信可靠性。在分支處分為兩個(gè)光纖通信鏈路，匯合于聯(lián)豐分支斷路器，聯(lián)豐分支斷路器接入兩條光纖。在變電站中安裝OLT設(shè)備，并在所有重要用戶的箱變、斷路器、配電室安裝FTU終端，這樣的設(shè)計(jì)可以提高通信的可靠性，并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。當(dāng)某段光纖發(fā)生故障，可以快速將其排除。如果在一路光纖出現(xiàn)故障，則可以使用另一路光纖以確保通信。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用是配電網(wǎng)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)，可有效提高配電自動(dòng)化水平和配電網(wǎng)絡(luò)的智能化程度。作為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，光纖通信技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)通信的可靠性、實(shí)時(shí)性、雙向性、靈活性、可靠性。因此，對(duì)光纖通信技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討對(duì)于提高配電網(wǎng)絡(luò)的通信效率至關(guān)重要。

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作者：牛霞 單位：運(yùn)城學(xué)院