宋明刚，石文江

(大连供电公司电力调度控制中心，辽宁 大连 116011)

配电现场通信方案的分析与探讨

宋明刚，石文江

(大连供电公司电力调度控制中心，辽宁 大连 116011)

通过对比分析配电自动化终端安装现场所采用的实际通信方案，提出了纯光纤直连的高速配网现场总线通信，采用PAT技术接入电力调度数据专网与远方调度主站通信的设计方案。

配电自动化终端;EPON;WiMAX;PLC;电力调度数据专网

大连供电公司在开发区配电自动化试点工程中应用了EPON光纤网络、华为WiMAX 4G无线网络、大连易联科PLC电力线载波3种通信手段为配电自动化终端提供远动通道，通过现场施工和调试，发现如下一些问题:不同通信方式对通信质量影响很大;配电自动化终端与主站采用同一网段的局域网连接;通信通道点对点汇聚配电主站，造成主站交换机端口不足。本文在取得大量数据资料和运行经验的基础上，经过对上述三种配电通信方式的对比分析，讨论了配电自动化终端利用电力调度数据专网资源与远方配电主站通信的方法，提出了一种纯光纤配电现场过程总线的设计方案。

1 现有通信方案

1.1 工程概况及通信方式图

大连供电公司开发区配电自动化试点工程共接入47台配电自动化终端，其中采用EPON接入4台，采用WiMAX无线网络接入33台，载波PLC接入10台。配电现场设备的情况:箱式开关站占20座，配变站占18座，柱上开关占9座。通信方式见图1。三种通信方式均具有的相同缺陷是配电自动化终端与主站前置网络设备共处一个局域网，需要耗用大量的主站IP和交换机端口资源，现有的配电现场通信方式将成为配电自动化系统［1］发展的严重瓶颈。

1.2 各部分通信方式

1.2.1 EPON以太无源光网络配电现场通信方案

在66 kV变电站中来自10 kV环网箱的光缆连接于EPON［2］光分路器 (ODN)及局端光缆终端设备 (OLT)。OLT连接于光端机 (SDH)上的网口。在环网箱中光缆连接于ODN，光分路器通过光纤连接于用户端光节点设备 (ONU)，ONU设备通过网线连接于配电自动化终端的网卡。66 kV变电站的OLT设备经通信光端机网管系统被分配2路2M带宽至配电主站端的SDH网口下路，再经网线连接于配电自动化主站系统的1台前置交换机中。光缆采用24芯的ADSS(常用的还有48芯)，EPON使用1芯，其余23芯处于空闲状态。另外EPON现场的ONU设备需要外部供电。工程中EPON以太无源光网络现场实际接线情况见图2。

EPON采用波分复用技术，下行波长1 490 nm，上行波长1 310 nm。传输的特点是OLT通过ODN在下行方向广播数据包至ONU，ONU有选择的接收并传给配电自动化终端。配电自动化终端发送的数据首先被存储在ONU中，ONU根据OLT设置的时间窗将携带信号的光波通过无源光合路器发送给OLT，由于无源光合路器传输方向单一，配电自动化终端之间不能直接通信，而必须通过OLT设备，因此在上行方向的所有配电自动化终端均处于同一个冲突域中，EPON通信方案不能为一个配电区域内的自动化终端间提供快速的以太网通信条件，这将限制配电区域保护等功能的实现。

图1 大连开发区配电自动化试点工程通信方式

图2 配电EPON以太无源光网络设备现场情况

1.2.2 电力无线专网

大连供电公司开发区配电自动化试点工程在国内首次使用4G无线通信专网为配网自动化终端提供信号传输通道。共有1个中心站 (位于开发区供电分公司)和4个基站，工程中电力无线专网共覆盖包括环网箱、线路开关和变电亭28个端点，无线通信设备安装情况见图3。

基站的覆盖半径2 km左右，频率1 800 MHz，宽带10 MHz，单室外无线网络远端设备 (CPE)实地测量速率为下行6.20 Mbps，上行3.78 Mbps，这对于配电自动化终端的数据量 (1 000字节左右)来说，满足现场实时通信的要求。配电自动化终端通过网线连接于CPE，CPE通过无线电连接于基站，基站与中心站采用SDH的光纤网络相连，经通信网管系统配置路由，中心站被分配一个10M带宽至通信主站机房光端机的网口下路，再通过网线连接于配电自动化主站系统的1台前置交换机中。

图3 无线通信设备现场安装情况

大连供电公司建设的4G无线专网使用的是华为公司第四代无线通信系统 (WiMax［3］)，采用IEEE802.16e协议和OFDMA技术，工程中使用了无线网状网 (MESH网)进行基站系统回传。电力无线专网可以快速地为配电自动化终端提供一种高速通信的手段。

工程实施中遇到的主要问题:①无线频带的申请困难;②一次投资较大;③通信质量易受外部干扰，稳定性差 (见表1);④现场装置需要外部供电。

1.2.3 PLC［4］电力线载波

本工程采用了大连易联科信息技术有限公司的中压载波传输设备，核心器件为西班牙DS2 DSS9002芯片组，调制方式采用OFDM(正交频分多路复用)，1 536个子载波，10 kV线路传输距离2～3 km，380 V及以下低压电缆传输距离1 km，工作频率为2～34 MHz。载波主站选择在3个箱式开关站，载波从站分布在10个配变站中。10 kV现场载波耦合器安装接线情况见图4。

表1 通信性能测试表

图4 10 kV电力载波耦合器现场安装

PLC通信系统由PLC主设备 (头端)和PLC从设备 (中继和末端)组成，配电自动化终端通过网线连接于PLC从设备，PLC从设备经电力线耦合器的载波信号连接于PLC主设备 (安装在66 kV变电站)。PLC主设备通过网线连接于SDH光端机的网口，经通信网管系统配置2个2M带宽将载波网络信息传输至通信主站机房的光端机网口下路，网线连接于配电自动化主站系统的1台前置交换机。

工程中遇到的主要问题:①中压电力线载波耦合器的安装较困难，安装不良将影响一次供电安全;②通信质量不甚理想 (见表1);③载波通信易受线路负荷和外部电磁干扰的影响。

1.2.4 三种通信方式的网络性能测试

在配电自动化主站端的前置采集服务器上采用1 000字节包的ping命令，具体测试命令为:ping-1 1000目的IP地址。对全部配电自动化终端进行了测试，选取具有典型意义的7台终端的测试数据列于表1中。

通过表1可以看出，EPON光纤网络通道质量最好，其次是WiMAX无线网络，最后是PLC载波网络。PLC载波网络的通信质量普遍不佳，WiMAX无线网络存在接入盲点问题。

2 新的配电现场通信方案

2.1 充分利用电力调度数据专网资源

大连供电公司电力调度数据专网自2003年全面推广建设以来，已实现66 kV及以上电压等级变电站的大部分覆盖，采用双路由、双交换机、双2 M通道至汇集点的可靠配置。网络划分2个VLAN，分别用于实时业务和非实时业务。在SDH等光纤网络中采用MPLS VPN隧道加密传输，并且配置了完整的网络安全防护设备。

由于一个区域的配电自动化终端的数量较多，直接利用电力调度数据专网进行配电装置远动信息的远传将会遇到的困难是IP地址池容量问题和电力调度数据专网接入层交换机的端口数量限制。

解决的方法之一是采用配电网关，汇集现场配电自动化装置的实时信息。集中打包上传至配电主站，但该方案由于增加了1层104规约双边表，从而导致配电自动化终端接入时的“四遥”试验的工作量加倍，即增加了维护的难度。

另一种方法是增加1台PAT路由器和1台接入交换机，通过采用内部服务器端口映射配置将配电主站 (104远动规约的网络客户端)点对点连接至不同的配电自动化终端 (104远动规约的网络服务器端)，但该方案的缺点增加了较为复杂的路由器配置与管理工作量，加PAT路由器的配置文件需要被严格可靠地备份。目前最佳的解决方法是采用PAT路由器的内部服务器端口映射技术将大量的配电自动化终端通过电力调度数据专网接入配电自动化主站，由于配电自动化终端采用私网IP，配电自动化主站前置服务器只需要1根网线连至电力调度数据专网，这样既可以解决配电自动化系统的IP地址规划问题，又可大量释放主站前置采集网络交换机的端口数量。

2.2 纯光纤的配电现场通信方案

配电现场通信光缆有大量的余芯，因此完全可以利用它们和位于66 kV变电站的光纤交换机形成配电现场通信总线。另外，随着“五网融合”等光纤到户PFTTH工程及光纤复合低压电缆OPLC的不断推广应用，配电现场光通信网络将迅速扩大，从经济性、可靠性、传输速率、网络安全性等多方面进行综合考虑，采用纯光纤通信将是配电自动化终端通信方案的首选。大连金石滩优山美地智能小区五网融合工程中OPLC现场接线情况见图5。

为此提出了配电站之间形成手拉手环网的纯光纤配电现场通信总线，如图6所示。

图5 光纤复合低压电缆OPLC现场实际接线图

图6 新型配电现场通信总线

3 结束语

配电现场光纤通信的应用范围将逐步扩大，采用纯光纤的配电现场通信总线将变为现实，这将有利于满足IEC 61850标准的配电测控和配电区域保护等 IED 设备的研发和推广应用［5］［6］。

［1］ Q/GDW382—2009，配电自动化技术导则 ［S］.

［2］ IEEE 802.3ah，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD)Access Method and Physical Layer Specifications Amendment［S］.

［3］ 邓志巍.IEEE 802.16标准与WiMAX技术浅析 ［J］.电信工程技术与标准化，2006，19(8):29-36.

［4］ 李晓亮.PLC电力线载波通信研究 ［D］.西安:西安电子科技大学硕士学位论文，2009.

［5］ 石文江，冯松起，夏燕东.新型智能配电自动化终端自描述功能的实现［J］.电力系统自动化，2012，36(4):105-109.

［6］ 石文江，冯松起.符合IEC61850标准的配电自动化终端设计 ［J］.低压电器，2012(8):36-40.

Analysis and Discussion on Distribution On-site Communications Solutions

SONG Ming-gang，SHI Wen-jiang
(Dalian Power Company Dispatching Center，Dalian，Liaoning 116011，China)

In this paper，through a comparative analysis of present distribution on-site communication methods，a new design are provided of high-speed distribution communication fieldbus with pure fiber-optic directly connected and a method that distribution automation terminals connecting to master station through SPDnet by PAT technology.

Distribution Automation Terminal;EPON;WiMAX;PLC;SPDnet

TM727

A

1004-7913(2013)03-0015-04

宋明刚 (1978—)，男，学士，工程师，从事调度自动化管理工作。

2012-11-20)