配電網(wǎng)中計算機通信技術的應用

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摘要：自動化配電網(wǎng)是電網(wǎng)智能化建設的重要組成部分。通過優(yōu)化網(wǎng)絡能夠平衡電網(wǎng)功率負載，可以最大程度地減少網(wǎng)絡通信損耗，從而提高電網(wǎng)運行效率。在配電網(wǎng)中常用的計算機銅錫技術包括現(xiàn)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(wǎng)絡成為主要的配電網(wǎng)通信技術。文章的主要目的是研究光纖通信技術在配電網(wǎng)中的應用，介紹了計算機通信技術的概念以及配電網(wǎng)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(wǎng)通信網(wǎng)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(wǎng)；應用

隨著計算機通信技術的不斷發(fā)展，國家電網(wǎng)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(wǎng)自動化水平。計算機網(wǎng)絡技術已深度集成到電網(wǎng)系統(tǒng)中，催生了新的配電技術，可使配電網(wǎng)實現(xiàn)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(wǎng)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(chǎn)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(jīng)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(shù)據(jù)交換行為。在計算機通信中，使用二進制數(shù)據(jù)進行信息通信，因此，也將計算機通信稱為計算機數(shù)據(jù)通信。今天，在計算機通信技術中，我們可以使用許多數(shù)據(jù)類型，例如音頻、視頻、圖像、文本進行通信。

1配電網(wǎng)中常用的計算機通信技術

1.1現(xiàn)場總線技術（FB）

現(xiàn)場總線技術即FB技術，通常應用于生產(chǎn)設備中，是實現(xiàn)微機測控設備之間多功能數(shù)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(jīng)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(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)的遠程傳輸，并實時傳輸信息給管理人員，連接高層管理網(wǎng)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(xiàn)場總線技術在配電網(wǎng)中的應用

（1）PROFIBUSPROFIBUS是自動化技術的現(xiàn)場總線標準，由PROFI-BUS-PA、PROFTBUS-DP和PROFIBUS-FMS這三種協(xié)議構成。PROFIBUS-DP替代了自動控制系統(tǒng)和I/O現(xiàn)場設備之間的通信協(xié)議，能夠實現(xiàn)配電網(wǎng)自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€。由于它采用了配置文件傳輸協(xié)議來描述域設備的操作位置和參數(shù)，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(xiàn)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(xié)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(shù)據(jù)傳輸功能，并為配電自動化控制提供了技術支撐。（2）以太網(wǎng)技術以太網(wǎng)是具備OSI特性和實時功能的數(shù)字網(wǎng)絡。由于其自身的優(yōu)勢，被廣泛應用于配電網(wǎng)。以太網(wǎng)在傳輸速率方面優(yōu)勢明顯。現(xiàn)階段，以太網(wǎng)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(wǎng)，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(wǎng)系統(tǒng)支持各種不同的硬件設備，網(wǎng)卡的成本僅為現(xiàn)場總線網(wǎng)卡（例成本的十分之一。以太網(wǎng)被廣泛用于自動化配電網(wǎng)系統(tǒng)中。（3）LonWorks是一種采用0SI級別的七層協(xié)議，適用于工業(yè)電源循環(huán)系統(tǒng)的高級數(shù)字化網(wǎng)絡，可以有效地連接傳感器網(wǎng)絡、設備網(wǎng)絡、站點網(wǎng)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(wǎng)網(wǎng)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(wǎng)絡區(qū)域內(nèi)收集多達30,000個節(jié)點的數(shù)據(jù)，還具有通過添加網(wǎng)絡區(qū)域來擴展數(shù)據(jù)多樣性的功能。LonWorks是一種使用電力線作為媒介來通信和傳輸控制信號的技術，實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

（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(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，F(xiàn)CN具有強大的傳輸能力，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。可以在干擾因素較多的配電網(wǎng)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(wǎng)絡具有雙重通信網(wǎng)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(xiàn)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?？梢圆鸱止饫w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)自動化提出的通信網(wǎng)絡擴展的要求，為建立高效，高質量和安全的配電網(wǎng)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(wǎng)發(fā)展的最佳解決方案。AON光節(jié)點取代現(xiàn)有網(wǎng)絡節(jié)點，互相連接構成網(wǎng)絡。AON不會對信息進行處理，從而構建真正透明的網(wǎng)絡。AON可以同時適應不同的傳輸速率信號，不同的協(xié)議，不同的調(diào)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(xiàn)配電網(wǎng)大容量數(shù)據(jù)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(wǎng)中通信網(wǎng)絡設計

2.1總體設計思路

通信系統(tǒng)是配電網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)所必需的系統(tǒng)，是配電網(wǎng)進行及時操作、錯誤響應、服務數(shù)據(jù)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(xiàn)電網(wǎng)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(wǎng)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(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)變電站之間的關系，基于以太網(wǎng)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(shù)變電站交換機都位于變電站中，可以用例如光纖專用網(wǎng)絡、無線專用網(wǎng)絡、無線公網(wǎng)專線（GPRS/CDMA）、WiMAX、主從專用網(wǎng)絡、無源光網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)收集。變電站級別的通信應基于距離使用以太網(wǎng)，環(huán)形網(wǎng)絡、通信電纜的方式進行通信。第三層為終端層。配電網(wǎng)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(wǎng)絡骨干層的設計

2.2.1通信網(wǎng)絡的規(guī)模通信網(wǎng)絡的設計需要考慮用戶的需求。為了確保配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡的骨干層是連接基站層、變電站層的通道，可以實現(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)的運行狀態(tài)，協(xié)調(diào)配電變電站之間的連接，基本設計方案是變電站安裝調(diào)試OLT傳輸設備，實現(xiàn)與配電通信主站的聯(lián)系。通過在變電站中添加MSTP設備，可以優(yōu)化配電網(wǎng)絡中的通信效率和速度。配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡的總體結構如圖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置的MSTP傳輸設備為每個變電站調(diào)整已構建的主環(huán)網(wǎng)傳輸結構。在主環(huán)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡的可靠性。

2.3接入層設計

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，且種類繁多、分布廣泛。因此，終端層是配電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的終端設備和無源光網(wǎng)絡互接以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。連接通信系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)終端設備的光纜結構使用環(huán)形網(wǎng)絡結構在配電網(wǎng)中進行數(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、油庫和農(nóng)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(nóng)村地區(qū)，為農(nóng)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(xiàn)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(lián)豐分支斷路器，另一個分支沿著中石化油庫分支到達聯(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(wǎng)通信可靠性。在分支處分為兩個光纖通信鏈路，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(xiàn)互聯(lián)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(xiàn)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(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用是配電網(wǎng)自動化控制的基礎，可有效提高配電自動化水平和配電網(wǎng)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(xiàn)在已經(jīng)逐漸被應用到配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)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(wǎng)中的應用進行探討對于提高配電網(wǎng)絡的通信效率至關重要。

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作者：牛霞 單位：運城學院