電力系統(tǒng)大作業(yè)

1、目錄,引言配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)的現(xiàn)狀EPON 技術EPON 應用于配電網(wǎng)通信小結參考文獻,引言,2009 年我國大力開展智能電網(wǎng)建設， 明確了建設“以堅強網(wǎng)架為基礎，以信息平臺為支撐，實現(xiàn)‘電力流、信息流、業(yè)務流’的高度一體化融合，構建貫穿發(fā)電、線路、變電、配電、用電服務和調度全部環(huán)節(jié)和全電壓等級的電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展體系”的發(fā)展思路。其中，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)直接決定著電力消費者對于電能質量的體驗，其覆蓋面積廣、技術實施手段多樣化、系統(tǒng)

2、建設周期長且難度較大，成為了我國建設智能電網(wǎng)的一個重要問題。 作為配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分———配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)， 負責信息的處理、命令的發(fā)送和返回，一個網(wǎng)架牢固、組網(wǎng)靈活、擴展性強的配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡是智能電網(wǎng)建設的重要環(huán)節(jié)。,配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)的現(xiàn)狀,基于電力線載波的有線通信基于SDH/MSTP 的光通信基于“RS232/485 光貓”的光通信基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機的光通信基于GPRS 的無線

3、通信,基于電力線載波的有線通信,電力線載波通信（PLC）是電力系統(tǒng)特有的通信方式，它利用現(xiàn)有的電力線將數(shù)據(jù)調制成載波信號或擴頻信號， 然后通過耦合器耦合到交/直流電力線上。PLC 具有易維護、易使用、成本低等優(yōu)點，但其電力線間歇性噪聲較大、信號衰減嚴重、線路阻抗經(jīng)常波動、大規(guī)模組網(wǎng)非常困難，通常應用于實時性、可靠性要求不高的系統(tǒng)中。,基于SDH/MSTP 的光通信,SDH/MSTP 技術是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的主流技術，在主干電力傳輸網(wǎng)中的應

4、用非常廣泛，它以高傳輸帶寬、支持多種環(huán)網(wǎng)保護協(xié)議、抗干擾性強等性能為電力通信提供了一個健壯的平臺。但在配電網(wǎng)自動化通信中，SDH 設備對其工作環(huán)境要求較高、帶寬利用率較低、施工難度較大、成本較高，使得SDH/MSTP 技術在配電網(wǎng)中自動化系統(tǒng)中的應用有些不切實際。,基于“RS232/485 光貓”的光通信,采用光貓（Modem） 組網(wǎng)是利用光貓設備將RS232/485 信號進行長距離延伸，從而將配電自動化終端以RS232/485 總線方

5、式連接起來，上行通信接口通過協(xié)議轉換設備在通信子站進行匯聚。大量的配電自動化終端設備通過光纖進行串接，組網(wǎng)簡單、成本低廉、配置靈活，但它無法實現(xiàn)和子站設備間的統(tǒng)一網(wǎng)管、通信效率低、無法承載大容量以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、抗電磁干擾能力差、光纖資源利用率低。,基于工業(yè)以太網(wǎng)交換機的光通信,工業(yè)級以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)是通過在配電網(wǎng)中各個監(jiān)測點布放工業(yè)級交換機，進行光纖連接組建基于EAPS 協(xié)議的光纖以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機具備高帶寬、環(huán)網(wǎng)保護、IP 化趨勢等

6、優(yōu)點，但其對配電網(wǎng)光纖走向要求較高，無法滿足配電網(wǎng)通信的點到多點通信結構、擴容性、抗多點失效等要求。,基于GPRS 的無線通信,GPRS 技術依靠租借駐地移動運營商的無線資源組建電力無線專網(wǎng)， 不需要電力投資線纜資源，組網(wǎng)靈活。但它帶寬較低，最大帶寬114kbps，很難滿足配電網(wǎng)終端接入需求，其實時性和擴展性較差，適合遙測、遙信上行采集信號傳輸，不滿足主站下發(fā)遙控、遙調控制信號的可靠性傳輸要求。通過上述分析可知，目前配電網(wǎng)自動化通信以光

7、纖＋載波通信為主、無線等其他方式為輔，其發(fā)展和建設的重點和難點在探索和選擇最適合電力配電網(wǎng)自動化的通信要求的，能夠良好應用與自動化終端到配電子站間的通信技術。,EPON 技術,基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（EPON）是一種采用點到多點（P2MP）結構的單纖數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)墓饫w通信技術。EPDN 技術始于上世紀90 年代，如今已發(fā)展到大規(guī)模商用階段。EPON 系統(tǒng)設備由三部分組成， 分別是線路側設備（OLT）、中間分光設備（POS）、用戶側設備（O

8、NU）。EPON 系統(tǒng)基本組成如圖1所示。,EPON 系統(tǒng)的技術特性有以下幾點,資源利用率高：采用“單纖雙向”技術，主干線路只需要一芯光纖，通過無源分光設備，最大可以輻射出64 路光信號。P2MP 通信方式：通過EPON 分光器可以形成點到多點網(wǎng)絡模式，適應復雜的線路資源情況。無源分光：EPON 分光器不需要電源， 對惡劣的環(huán)境的適應能力非常強，工作穩(wěn)定、不易損壞。靈活的擴展能力：EPON 網(wǎng)絡在擴展新終端和新線路的時候對網(wǎng)絡的影響很

9、小，無源分光器的設計使EPON 網(wǎng)絡擴容變得簡單、靈活。強大的網(wǎng)管能力：單點或多點故障不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行，彼此間有明確的業(yè)務界點，在OLT 設備的網(wǎng)管上可以清晰地區(qū)分出不同的ONU 設備。,EPON 應用于配電網(wǎng)通信,通信介質組網(wǎng)結構設備取電帶寬及接口網(wǎng)絡性能EPON 系統(tǒng)在配電網(wǎng)自動化中的應用方案,通信介質,各省市電力公司已建成以光纖通信網(wǎng)絡為主的調度通信網(wǎng)，光纜布放隨著電纜走向實施，所轄電網(wǎng)內35 kV、110 kV 及

10、以上變電站基本實現(xiàn)光纖全覆蓋， 光纖網(wǎng)絡具備向110 kV 或35 kV 以下的配電線路延伸的網(wǎng)絡基礎，具備了EPON 組網(wǎng)的通信介質條件。,組網(wǎng)結構,光纜布放是隨著配電網(wǎng)電纜走向實施的，通信網(wǎng)絡的結構應與電力配電網(wǎng)纜線結構相符合，結合現(xiàn)有幾種常用的配電網(wǎng)絡拓撲結構，設計EPON 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構如下。 圖2 所示為EPON 鏈形組網(wǎng)，其結構契合單電源輻射網(wǎng)絡，在配電子站布放OLT，通過OLT 的1個PON 口級聯(lián)多個POS，PO

11、S 可置于每一個分段開關處（例如桿塔或纜線分支箱），每個ONU置于FTU 或其他箱體內。,圖3 所示為EPON 全鏈路保護組網(wǎng)，其結構契合雙電源手拉手網(wǎng)絡， 在2 個配電子站分別布放OLT，通過2 個方向利用POS 進行級聯(lián)延伸，每個ONU 的上行鏈路都通過雙PON 口進行鏈路1＋1冗余保護。設備布放位置同鏈形組網(wǎng)方式。 圖4 所示為EPON 雙T 組網(wǎng)，其結構契合雙電源雙T 網(wǎng)絡，在2 個配電子站分別布放OLT，相對于手拉手網(wǎng)

12、絡，其OLT 的光方向基本一致，設備布放位置也區(qū)域相同。,設備取電,在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，EPON 設備的取電通?？梢酝ㄟ^電壓互感器變換電壓、二次側可輸出220VAC，就近配電變壓器取電等方式進行，工程實際中，開閉所、負荷中心、用戶電表處取電相對方便，環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關、變壓器等處可靠電壓互感器+蓄電池（UPS）方式取電。目前市場上的ONU設備基本能夠采用寬泛的電壓設計或者交直流雙備份的方式實現(xiàn)電源保障。,帶寬及接口,現(xiàn)有配電網(wǎng)通信終端（

13、FTU/DTU/RTU）的通信接口以RS232/485 為主，隨著以太網(wǎng)技術應用的不斷發(fā)展，以太口（RJ45）最終會取代絕大部分的電力通信設備的接口。與傳統(tǒng)的調度自動化系統(tǒng)相比，配電系統(tǒng)自動化終端節(jié)點數(shù)量極大， 并且節(jié)點分散、通信距離短、每個節(jié)點的數(shù)據(jù)量較小、實時性要求高， 各種不同類型終端的速率要求大致分布在300 bps～2 Mbps 之間， 而EPON 系統(tǒng)基本可提供1.25 Gbps 的上下行速率， 并提供以以太口為主、RS23

14、2/485 口為輔的數(shù)據(jù)接口，滿足配電自動化系統(tǒng)的帶寬和接口的發(fā)展要求。,網(wǎng)絡性能,業(yè)務保護：網(wǎng)絡的抗單點、多點失效性直接決定著整個配電自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡健壯性。EPON 系統(tǒng)中各個ONU 設備通過POS 采用并聯(lián)方式組網(wǎng)，每臺ONU 設備收到OLT 設備以點到多點的方式發(fā)送的光信號，當網(wǎng)絡同時出線單纖中斷、PON 口損壞或OUN 死機等故障時，不會影響其他ONU 的正常工作； 同時，ONU 設備通常能夠支持雙PON口，能夠形成主干光纖1

15、+1 保護和支路1+1 保護，當ONU 檢測到主干主用光纖中斷或多條分支主用光纖失效時能迅速切換到備用光纖上工作。,信息安全：配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)是一個綜合通信平臺，業(yè)務的隔離和信息安全是一個十分重要的問題。EPON 系統(tǒng)上行采用TDMA 方式，各ONU只在屬于自己的時隙內發(fā)送數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)的碰撞，實現(xiàn)了通道的隔離；在OLT 側和ONU 側可以使用VLAN 等方式進行劃分， 實現(xiàn)業(yè)務邏輯的隔離；在EPON 的上行和下行數(shù)據(jù)中可以對業(yè)務

16、數(shù)據(jù)進行三重攪動加密等，防止非法的ONU 獲取數(shù)據(jù)。擴容性。配電網(wǎng)自動化是一個長期工程，其通信系統(tǒng)必需具備很好的擴容性。相對于常見的光傳輸網(wǎng)絡，EPON 系統(tǒng)的網(wǎng)絡擴容在設備上只需添加分光器和ONU，節(jié)點設備數(shù)量沒有限制，擴容成本低廉。一般，光接口板及SFP 光模塊的價格一般為無源分光器的5 倍以上， 單臺工業(yè)交換機、小型SDH/MSTP 設備的成本一般為ONU 設備的5 倍以上。,EPON 系統(tǒng)在配電網(wǎng)自動化中的應用方案,電網(wǎng)自動化系

17、統(tǒng)包括主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)和RTU 等， 根據(jù)其系統(tǒng)結構設計EPON 分層應用方案如圖5 所示。 該系統(tǒng)通信介質為光纖，根據(jù)網(wǎng)架結構，按照“分區(qū)、分級、分層、就近接入”的原則規(guī)劃EPON 網(wǎng)絡，采用OLT 和ONU 兩級通信網(wǎng)的方式，使每個子站接入的RTU、FTU 的數(shù)量大致相似。子站通信系統(tǒng)核心網(wǎng)利用現(xiàn)有的MSTP/SDH 傳輸網(wǎng)絡，節(jié)省了主干網(wǎng)絡和線路的投資。子站接入層以變電站為中心，采用EPON 核心設備OLT，終端按照就近

18、接入的原則，根據(jù)實際分布特點選擇組網(wǎng)方式。,小結,通過上述分析可知，EPON 技術作為一種施工簡單、成本低廉、性能優(yōu)越的光纖通信方式，能良好地滿足配電子站到自動化終端這個層面通信可靠、投資經(jīng)濟的需求， 利用EOPN 技術建設的智能、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟、實用的基礎通信平臺，在配電網(wǎng)自動化建設和智能電網(wǎng)的建設中具有良好的發(fā)展前景和較高的實用價值。,參考文獻,肖世杰.構建中國智能電網(wǎng)技術思考［J］.電力系統(tǒng)自動化,2009,9 EP

19、RI.Profiling and mapping of intelligent grid R &D programs，1014600［R］.Palo Alto，CA and EDF R&D，Clamart，F(xiàn)rance：EPRI,2006李文偉,邱利斌. 配網(wǎng)自動化及通信系統(tǒng)的規(guī)劃建設［J］.電力系統(tǒng)通信,2009,196徐曉軍,李立剛. PON 在寬帶光接入網(wǎng)絡中的應用［J］．通信管理與技術，2006張繼東，陶智