配電網中計算機通信技術的應用

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摘要：自動化配電網是電網智能化建設的重要組成部分。通過優(yōu)化網絡能夠平衡電網功率負載，可以最大程度地減少網絡通信損耗，從而提高電網運行效率。在配電網中常用的計算機銅錫技術包括現場總線技術（FB）技術和光纖通信技術。其中光纖通信技術憑借低損耗，長距離、抗干擾、體積小、寬頻帶、高帶寬等優(yōu)點逐漸取代微波網絡成為主要的配電網通信技術。文章的主要目的是研究光纖通信技術在配電網中的應用，介紹了計算機通信技術的概念以及配電網的常用計算機通信技術，在此基礎上探討了基于光纖通信技術的配電網通信網絡總體結構以及骨干層、接入層的設計方案，并進行總結。

關鍵詞：計算機通信技術；配電網；應用

隨著計算機通信技術的不斷發(fā)展，國家電網越來越多地使用計算機通信技術進行配電系統(tǒng)的優(yōu)化改造，以提高配電網自動化水平。計算機網絡技術已深度集成到電網系統(tǒng)中，催生了新的配電技術，可使配電網實現實時控制功能，確保配電操作的安全性和可靠性，提高配電網運行效益。所謂計算機通信技術是計算機技術與通信技術不斷發(fā)展相結合的產物。計算機通信不僅開始在各種類型的企業(yè)中得到廣泛使用，而且已經成為各個領域的領先技術。簡單來說，計算機通信是計算機或計算機與終端之間的數據交換行為。在計算機通信中，使用二進制數據進行信息通信，因此，也將計算機通信稱為計算機數據通信。今天，在計算機通信技術中，我們可以使用許多數據類型，例如音頻、視頻、圖像、文本進行通信。

1配電網中常用的計算機通信技術

1.1現場總線技術（FB）

現場總線技術即FB技術，通常應用于生產設備中，是實現微機測控設備之間多功能數字通訊的雙向串行系統(tǒng)。FB技術的優(yōu)點主要有以下幾點：一致且開放的系統(tǒng)標準；可以降低自動化成本，經濟性很好；支持雙絞線、同軸電纜、電力傳輸線等介質，具有很強的抗干擾能力；可以進行現場作業(yè)數據的遠程傳輸，并實時傳輸信息給管理人員，連接高層管理網絡進行信息共享；可以進行錯誤檢查，收集、管理算法和處理報文的；強大的信息整合能力。

1.2現場總線技術在配電網中的應用

（1）PROFIBUSPROFIBUS是自動化技術的現場總線標準，由PROFI-BUS-PA、PROFTBUS-DP和PROFIBUS-FMS這三種協議構成。PROFIBUS-DP替代了自動控制系統(tǒng)和I/O現場設備之間的通信協議，能夠實現配電網自動控制系統(tǒng)的數據高速傳輸，而且還具有很強的故障診斷與組態(tài)功能。允許創(chuàng)建一個主站或多個主站組成的系統(tǒng)，為自動化配電提供了有力的技術支持。PROFIBUS-PA將傳感器和驅動器連接起來，作為配電和數據傳輸的總線。由于它采用了配置文件傳輸協議來描述域設備的操作位置和參數，因此可以保證足夠的安全性，同時PROFIBUS-PA還負責通過總線向域設備傳輸電力。PRO-FIBUS-FMS被廣泛用于現場通信，并且可以用于更大和更復雜的系統(tǒng)。其應用層包括兩部分：總線報文規(guī)范、最低接口，可以為用戶提供功能強大且高度可訪問的通信服務?；谏鲜鋈齻€協議，通過在OS1模型中的級別1、2和7層的基礎上添加接口層，PROFIBUS可以提供快速數據傳輸功能，并為配電自動化控制提供了技術支撐。（2）以太網技術以太網是具備OSI特性和實時功能的數字網絡。由于其自身的優(yōu)勢，被廣泛應用于配電網。以太網在傳輸速率方面優(yōu)勢明顯?，F階段，以太網最大傳輸速率為每秒10吉比特。當前，各種增強技術都支持以太網，有許多開發(fā)工具和環(huán)境開發(fā)選項，例如VisualBasic、Java，C#等；以太網系統(tǒng)支持各種不同的硬件設備，網卡的成本僅為現場總線網卡（例成本的十分之一。以太網被廣泛用于自動化配電網系統(tǒng)中。（3）LonWorks是一種采用0SI級別的七層協議，適用于工業(yè)電源循環(huán)系統(tǒng)的高級數字化網絡，可以有效地連接傳感器網絡、設備網絡、站點網絡。LonWorks具有使用各種媒體進行通訊和分發(fā)的能力；因為LonWorks可以支持許多拓撲結構，在拓撲結構復雜的配網網絡中具有較高的應用價值。LonWorks使用48位地址空間，地址代碼可以在同一網絡區(qū)域內收集多達30,000個節(jié)點的數據，還具有通過添加網絡區(qū)域來擴展數據多樣性的功能。LonWorks是一種使用電力線作為媒介來通信和傳輸控制信號的技術，實際上已被廣泛用于配電網中，有效地改善了配電網通信系統(tǒng)的通信效率。

1.3光纖通信技術

（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載區(qū)域，可以解決多個點和長距離的通信問題。作為高速數據傳輸網絡，FCN具有強大的傳輸能力，可為配電網中的數據傳輸和通信提供基礎支持。FCN具有很強的抵抗外部干擾的能力，并且其誤碼率非常低?？梢栽诟蓴_因素較多的配電網中使用，有效解決干擾問題，確保電力供應的穩(wěn)定性。某些光纖通信網絡具有雙重通信網絡配置，從而具備自愈功能，可用于通信故障發(fā)生時自選路由，實現自動愈合，有效提高通信的穩(wěn)定性。FCN具有方便配置、擴展性好的優(yōu)點。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自動化提出的通信網絡擴展的要求，為建立高效，高質量和安全的配電網絡提供技術保證。（2）AONAON基于FCN改進得到，擁有比FCN更強的通信能力。當前，AON是大容量配電網發(fā)展的最佳解決方案。AON光節(jié)點取代現有網絡節(jié)點，互相連接構成網絡。AON不會對信息進行處理，從而構建真正透明的網絡。AON可以同時適應不同的傳輸速率信號，不同的協議，不同的調制頻率和不同的通信標準，因此，PDH，ATM和SDH可以位于同一光纖設施中。AON系統(tǒng)非常簡單，靈活性強，例如無源分路合成器可以隨時添加，AON的傳輸質量非常高，可以達到很高的傳輸速度，可以提供很高的傳輸容量，為實現配電網大容量數據傳輸提供了有力的技術支持。

2基于光纖通信技術的配電網中通信網絡設計

2.1總體設計思路

通信系統(tǒng)是配電網絡中傳輸數據所必需的系統(tǒng)，是配電網進行及時操作、錯誤響應、服務數據交互以及發(fā)電功能的基礎。因此，借助通信系統(tǒng)收集的信息可以第一時間發(fā)現電網故障，從而采取最合適的故障修復計劃，可以最大程度地保障配電網的運行穩(wěn)定，減少電力損耗。建立自動化配電通信系統(tǒng)的總體思路如下：第一層是基站層。它可以實現、控制、管理等多種通信方式的統(tǒng)一接入，分析配電網的工作狀態(tài)，協調配電網變電站之間的關系，基于以太網構建嫩能夠自愈的環(huán)狀光纖通信結。第二層是變電站層。大多數變電站交換機都位于變電站中，可以用例如光纖專用網絡、無線專用網絡、無線公網專線（GPRS/CDMA）、WiMAX、主從專用網絡、無源光網絡（PON）、電纜載波等通信模式可以執(zhí)行變電站的故障處理、數據傳輸、數據收集。變電站級別的通信應基于距離使用以太網，環(huán)形網絡、通信電纜的方式進行通信。第三層為終端層。配電網絡的終端層包括遠方監(jiān)控終端（RTU）、饋線開關測量和控制終端、小型變電站測量和控制終端。

2.2通信網絡骨干層的設計

2.2.1通信網絡的規(guī)模通信網絡的設計需要考慮用戶的需求。為了確保配電網絡的穩(wěn)定運行，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構，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，每個配電電路都連接到配電網絡終端。在本次設計中，接入層的終端結構由2個交換站、88個主分支交換機和分支交換機以及邊界交換機組成。

2.2.2骨干層設計通信網絡的骨干層是連接基站層、變電站層的通道，可以實現多種通信方式的統(tǒng)一輸出和輸入，還可以分析配電網的運行狀態(tài)，協調配電變電站之間的連接，基本設計方案是變電站安裝調試OLT傳輸設備，實現與配電通信主站的聯系。通過在變電站中添加MSTP設備，可以優(yōu)化配電網絡中的通信效率和速度。配電網通信網絡的總體結構如圖1所示。為了改善數據傳輸性能，該方案使用變電站上設置的MSTP傳輸設備為每個變電站調整已構建的主環(huán)網傳輸結構。在主環(huán)網的傳輸結構上安裝額外的環(huán)形備用電路，不僅增強了傳輸網絡通信的可靠性，而且節(jié)省了帶寬和主站接口，提高了配電網絡通信線路的性能和安全性。從圖1中可以看到，區(qū)域的光纖通信網絡是環(huán)形閉合結構。220KV東郊站、 KV天吉泰站、110KV中央控制站通過光纜連接。如果光纖工作不正常，則可以通過將光纖信號定向到另一根光纖來繼續(xù)傳輸。此功能稱為智能倒換SmartExchange，從而提高光纖網絡的可靠性。

2.3接入層設計

配電網通信系統(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)行數據交互。盡管終端層的數據傳輸量很小，但是接入層的數據終端站數量卻很大，且種類繁多、分布廣泛。因此，終端層是配電網中非常關鍵的部分，并在信息交互中起重要作用。在實踐中，接入層網絡有兩種設計方案：全部光纖和部分光纖。本次設計采用全光纖接入方案，EPON網絡層架構設計基于終端設備的實際位置，在通信系統(tǒng)的通信區(qū)域中鋪設連接150個終端設備的光纜，例如交換點和各種類型的交換機。所有使用以太網的終端設備和無源光網絡互接以實現數據交互。連接通信系統(tǒng)區(qū)域內終端設備的光纜結構使用環(huán)形網絡結構在配電網中進行數據傳輸。

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、油庫和農村地區(qū)的許多專變用戶。線路拓撲如圖2所示。該電力線路前半部分位于在城鎮(zhèn)中，后半部分位于農村地區(qū)，為農村用戶供電。因為線路非常重要，所以線路用戶不能輕易停電。一旦發(fā)生故障，應盡快隔離故障點，以最大程度地減少故障范圍。因此，該線路設計為自動關閉型，線路中兩個分支斷路器之一斷開連接，而另一個正在工作就可以繼續(xù)供電。原有線路設計為單光纖，并在分支線上安裝分路器，這種設計只能實現光纖通信，不能有效保障管線通信的可靠性。新設計需要重要的線路具備更高的可靠性，因此單根光纖線路無法滿足要求。因此，在新設計中，直接從sub-OLT設備引出兩根光纖，線路前半段，這兩根光纖同桿架設，在第一個分支處，一根光纖沿主干向東延伸到達聯豐分支斷路器，另一個分支沿著中石化油庫分支到達聯豐分支斷路器。兩條光纖在聯豐分支斷路器匯合，改造后的光纖通信線路結構如圖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通信可靠性。在分支處分為兩個光纖通信鏈路，匯合于聯豐分支斷路器，聯豐分支斷路器接入兩條光纖。在變電站中安裝OLT設備，并在所有重要用戶的箱變、斷路器、配電室安裝FTU終端，這樣的設計可以提高通信的可靠性，并實現互聯互通。當某段光纖發(fā)生故障，可以快速將其排除。如果在一路光纖出現故障，則可以使用另一路光纖以確保通信。

3結語

綜上所述，計算機通信技術在配電網絡系統(tǒng)中的應用是配電網自動化控制的基礎，可有效提高配電自動化水平和配電網絡的智能化程度。作為先進的計算機通信技術，光纖通信技術現在已經逐漸被應用到配電網的通信系統(tǒng)中，從而實現配電網通信的可靠性、實時性、雙向性、靈活性、可靠性。因此，對光纖通信技術在配電網中的應用進行探討對于提高配電網絡的通信效率至關重要。

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作者：牛霞 單位：運城學院