配网自动化系统的通信方式研究

董 骋

（国网陕西省电力有限公司白水县供电分公司，陕西 渭南 715600）

0 引 言

配网自动化系统汇集了用户数据、新型通信技术以及配电等部分，是保证配网系统安全高效运作的核心内容，使配网系统可以更快地检测到事故的发生，更好地实现系统自身保护与控制的功能[1-4]。配网自动化系统中，通信系统的存在具有非常重要的意义[5-8]。为进一步提升配网通信系统技术水平，文章经过分层设计，提出一个针对配网自动化通信系统的最佳组网方案。

1 配网自动化通信系统方案研究

1.1 配网通信系统方案组网原则

针对以下5 点内容来设计配网自动化通信系统：一是，由于系统的终端设备接口彼此间差异大，应从经济性的角度出发选择合适的组网方式；二是，按照分区的策略划分网络，每一个通信分区单独选择不同的无线局域网络（Wireless Local Area Network，WLAN）通信策略，该操作可以保证高效率安全通信；三是，衡量通信信息速率、带宽以及容量3 个方面的性能，旨在更好地让配网自动化系统传送数据；四是，基于无线通信技术，可以实现遥信即“一遥”功能，还可以实现“遥信、遥测”即“二遥”功能，基于光纤通信，进一步可以实现“遥测、遥信、遥控”功能，即“三遥”功能；五是，数据的传输、采集具有一定的特性，就地取材可以减少建设成本，因此尽量用已拥有的管线搭建数据传输通道。

1.2 配网自动化通信系统方案设计

系统由接入层、主站层、终端层组成。首先，主站层以调度中心为核心；其次，接入层选取的接入目标一般是变电站；最后，将终端设置在配网中的柱上开关或者各个环网。

文章采取分层结构，具体包括接入层、骨干层以及终端层。通信系统需要建立通信终端和与其对应的通信子站之间的通信，该环节一般由接入层负责。接入层采用基于长期演进（TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-LTE）技术和无源光线网络（Passive Optical Network，PON）的无线专用网完成数据通信[9,10]。骨干层由核心层和汇聚层2 个子层组成，采用光纤传输技术连接主站与子站，光纤的通信传输设备网络为系统提供了相应的数据传输信道。终端层主要负责通信终端、应用设备间的通信连接。

通信子站主要负责收集从通信终端发出的各项信息，然后将数据源传输给通信主站。同时，通信主站收集并汇总从子站传输过来的信息，并传输给配网主站。通信终端主要负责定期上传终端设备信息、用户数据，并接收通信变电站传输来的控制信息。终端数据一般由通信子站上传到配网通信主站。文章根据不同层次，采取不同通信技术，管理和使用通信资源。配网自动化通信网络结构如图1 所示。

图1 配网自动化通信网络结构

1.3 骨干层通信方案设计

1.3.1 骨干层通信组网方案

所有的通信子站都会发送相应的信息，系统需要对其进行汇总传输，该功能由骨干层通信网络负责完成。由于数据量庞大，选择基于光纤的软件定义网（Software Defined Network，SDN）或分组传送网（Packet Transport Network，PTN）等传输设备进行组网。想要高效地完成数据交换，就须依赖核心层网络。首先，核心层网络与地区核心路由器连接；其次，由相应的传输设备高速交换数据；最后，由网络将数据汇集、打包、转发。

通信稳定性是评判电力通信业务水平高低的最重要的因素，因此文章提出利用传输网实现“1+1”的目标，即让配网通信业务基于2 套传输网交叉承载，如果其中一个设备出现故障，那么业务就会自动转移到另一个设备，可以防止业务发生中断。

文章又提出一个新的组网结构方案。该方案采取汇聚层与核心层双环型的结构。首先，汇聚层负责汇聚多台接入设备的信息，并基于环形结构与核心层相接；其次，在核心层形成传输设备组网；最后，处理接入层传输来的通信数据。骨干层通信网络架构方案如图2 所示。采取该结构的好处是可以多重接入数据，维持通信网络的正常运行，实现数据传输的“1+1”备用方案。

图2 骨干层通信网络架构方案

1.3.2 骨干层通信保护方案

文章选取通信系统保护模式是子网连接保护（Sub Network Connection Protection，SNCP）模式。该模式能够保证一条通信线路发生故障时，通信依旧正常传输。

1.4 接入层通信方案设计

1.4.1 接入层通信组网方案

终端和通信变电站之间的通信具有线路分布广等特点，为保证大面积覆盖通信和通信安全，采用基于以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）+无线专用网通信的策略设计接入层通信方案。

1.4.2 接入层的通信安全分区

配网系统中，为满足根据不同通信业务分配不同安全分区的策略要求，需要先将数据业务通过逻辑信道虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）分类，再利用传输设备进行传输。如何在逻辑、物理2个层面划分接入层设备与核心层网络，是通信方案研究的重点。逻辑层面，由于网际互连协议（Internet Protocol，IP）通信具有灵活性高、可配置性高以及建设网络成本低的优点，本研究将其应用到终端设备的逻辑划分操作；物理层面，本研究将不同的通信业务分配给与其对应的通信接口。

1.4.3 无线专网的频带及带宽选择

为进一步满足用户需求，希望系统覆盖面极广、频率低，频率在0.2 ～2.5 GHz 变化，频段带宽（路由器的发射频率宽度）选择应在5 MHz 以上，最好达到10 MHz 水平。而TD-LTE 技术可以基于目前应用广泛的正交频分复用技术/多入多出技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Multiple-Input Multiple-Output，OFDM/MIMO）无线宽带技术实现该目标。TD-LTE 技术具有频谱灵活性高等优点，因此采用该技术进行设计。

1.5 终端层通信方案设计

1.5.1 终端层的通信方案

多个终端设备构成终端层，主要承担检测各种终端设备的状态与采集信息等任务。基于无线专网，可以将接入层、终端设备连接在一起，配网自动化终端层接入示意如图3 所示。

图3 配网自动化终端层接入示意图

1.5.2 配置终端层

配网自动化通信系统中，无线通信是终端设备需要拥有的基础功能，因此需要给终端层设备安装客户前端设备（Customer Premises Equipment，CPE），具体的通信配置方案如下：一是，若建筑条件允许，则将天线安装到室外，将无线CPE 安装到室内，若实际情况不允许，则需要安装3 m 的抱杆固定天线；二是，由于终端设备自身的蓄电池可以持续供电，将无线CPE 和终端设备连接，可以保证在断电时通信不间断；三是，虽然终端设备和无线CPE 用线路连接，但是无线CPE 可以把有线信号转化为无线信号；四是，室外的天线可能会遭受雷击，对系统造成破坏，因此需要采用一定的防雷策略；五是，不同的系统终端设备采用不同的无线CPE，终端层的CPE 安装如图4 所示。

图4 终端层的CPE 安装

2 结 论

随着科技的进步，配网朝着智能化方向发展，同时其发展必须依赖安全可靠的通信技术支持。为了进一步提升配网通信技术水平，对骨干层组网方案与通信方案的具体选择进行分析探讨，并进一步选择接入层与终端层的通信方案，提出一个针对配网自动化通信系统的最佳组网方案。与传统组网方案相比，该方案具有更强的通信稳定性与灵活性。