配网自动化系统的多种通信方式研究

沈丽敏

（上海市电力公司浦东供电公司，上海201300）

0 引言

配电网在电力系统中的作用就是分配电能，它是电力系统的重要组成部分。配网自动化系统集合了电子技术、通信技术、计算机技术等众多现代先进的技术，其通过对各种信息与参数的集成来实现配电网的正常运行和事故情况下的监测、保护、控制、管理等。当前，配网自动化系统在我国虽然有了较大的发展，但依旧存在一些问题。配电网络复杂导致光缆无法预埋，各地区之间的通信标准与模式不统一等情况导致了配网自动化通信系统的建设与完善受到阻碍。本文主要对配电终端与子站之间的通信系统进行研究，通过EPON通信为主、GPRS无线通信为辅的多种通信方式并存的手段来解决配网自动化系统中的通信问题。

1 EPON技术

1.1 EPON技术的原理

光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）、光分配网（ODN）是EPON系统的3个组成部分。EPON与业务节点的连接是通过业务节点，与用户设备的连接是通过用户网络接口。

光线路终端是EPON的核心，其利用主干光缆来实现与其他部分的连接，具有广播数据发送、测距监控、带宽分配等功能，能够进行实时监控管理与维护。光网络单元能够实现信息光电转换和接入各类业务。光分配网是一点到多点的结构，用于光线路终端与光网络单元的连接，其结构有星形、环线、总线形等，其中，无源分光器具有多种分路比，能够进行多级连接，机构相对简单，并且适应环境的能力较强。光分配网主要的作用是分发下行数据与收集上行数据。

EPON中，从光线路终端向光网络单元传输下行数据一般采用TDM广播模式，当下行数据传输到光分配网之后，光分配网将其分配给光网络单元，每个光网络单元根据自己的需要对信息进行选择性读取。而从光网络单元向光线路终端传输上行数据采用的方式为TDMA，光网络单元将信号按照设备设定的时间间隔发送给光分配网，光分配网汇总、仲裁之后传送给光线路终端处理。EPON的实际应用中，要对分光器的级数和分光比进行慎重选择，虽然EPON系统对分光器的级数与分光比没有理论上的限制，但对光网络单元光通道衰减的规定对分光器的级数与分光比提出了要求。在适当的范围之内，分光器级数越高，越能节约主干光纤，但是超过范围之后，过多的级数也会带来损耗增加、网络拓扑结构复杂等负面影响。在光纤通道与光功率的预算中，要考虑到后期光网络单元增加时扩容的问题，因此要预留一定的冗余。光纤长度、分光器数量、光活动连接器数量等都会对光分配网的光衰减造成影响，在通信系统的设计中要对光分配网的最大衰减值进行控制，同时要兼顾光线路终端、光网络单元光功率衰减的要求。

1.2 EPON技术在配网自动化系统中应用的可行性

1.2.1 扩展性

我国建成的电力调度网以光纤通信为主，EPON系统拥有数量较为庞大、分布较为分散的终端用户，而且非常方便铺设，能够适应不同的光纤种类。EPON通信系统能够提高配网自动化系统的兼容性与扩展性。

1.2.2 高效性

配电网终端节点众多、分布广泛、通信距离短、通信数据量小、实现性强、不同终端速率要求不同的现状，都能够被EPON提供的宽带及带宽分配系统所解决。随着以太网技术的发展，高速率的宽带完全能够满足配网自动化通信系统对宽带业务的需求。

1.2.3 可靠性

在EPON系统中，光网络单元设备之间的连接方式为并联，而且配网自动化系统中配电终端之间的连接关系也为并联，光网络单元与配电终端之间也是并联关系。这种并联的连接方式，可以在一个或多个终端发生故障时，保证整个通信系统不受到影响，能够正常运行，因而具有较高的可靠性。

2 GPRS技术

2.1 GPRS技术的原理

通过GSM网络中没有使用的TDMA信道为用户提供中速数据传递功能的无线通信技术就是GPRS技术。这种技术与其他通信方式相比，具有无需铺设光缆、维护简便、覆盖范围广、实时传输等特点，在无线覆盖完整且信号较好的地方都可以使用，但在安全性与可靠性方面稍有欠缺。GPRS技术在配电网中有着较为广泛的应用，GPRS系统包括站端设备、GPRS网络和终端设备3个部分。

2.2 GPRS技术在配网自动化系统中应用的可行性

GPRS是无线通信和网络技术的完美结合，在配网自动化通信系统中利用GPRS技术能够减少投资。GPRS的运营商有着非常专业的维护团队，这些团队能够保证GPRS网络的正常运行，不需要电力公司在运行维护队伍的建设方面投入过多的人力与物力。GPRS采用的计费方式是按照数据流量来收费，传输速率较快，一般可以达到115 kb/s，能够实现双向传输。最重要的一点就是，GPRS系统具有丰富的资源和广泛的覆盖范围。由于具有上述特点与优势，GPRS通信技术在配网自动化通信系统的建设中具有非常大的发展前景，且目前已经在部分地区得到了实际应用。

3 多种通信方式并存的配网自动化通信系统构建

现以某配网自动化通信系统的建设为例，介绍配网自动化系统中EPON技术与GPRS技术共存的应用模式。该配网自动化系统以EPON通信为主，GPRS无线通信为辅，提高了配网自动化水平，保障了电力系统的安全、高效、经济运行。配网自动化通信系统的构建具体要求如下：一是具备较强的抗干扰能力与防雷、防过电压能力；二是通信速率较高；三是具有经济性；四是在停电或故障时能通过建立备用通信通道来确保正常通信；五是能实现双向通信及可扩展性好。

3.1 总体方案

配网自动化通信系统3层结构模式：第一层为主站，主要负责对整个配电系统的监控与自动化管理；第二层为子站，一般放置在变电站中，对各种指令和信息进行上传下达；第三层为终端，负责对主要设备进行数据的采集与监控，主要设备包括线路、开闭所、环网柜、配电室、配电变压器等。

3.2 EPON通信系统设计

在整个配网自动化通信系统中，核心层为主站到子站，该层采用的是环网结构，信息传输利用现有的专用SDH/STP光纤网络，各配电终端通过TCP/IP协议接入EPON系统中。EPON通信系统能够使用多种方式灵活地进行组网。

3.3 GPRS通信系统设计

该实例中原无线网建设就很完善，通信系统的可靠性与安全性极高。GPRS通信的实现过程如下：首先是将GPRS模块加装到配电主站、子站及配电终端，安装SIM卡，保证终端检测到的数据先通过内部GPRS无线网络传输到GGSN，经过GGSN的处理之后再传输到路由器，最后到配电主站，这样就实现了自动化。

4 结语

电力系统的配网自动化是国家电网公司智能电网建设的一个非常重要的组成部分，目前，国内并没有形成统一的构建标准。本文对基于配网自动化系统的多种通信方式进行了探讨，同时分析了EPON通信技术与GPRS通信技术的原理及其在配网自动化系统中应用的可行性，说明多种通信手段并存是配网自动化通信系统的发展趋势所在。

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［2］董雪源.基于互联网技术的电力系统广域保护通信系统研究［D］.西南交通大学，2012

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