光纤接入网技术在配电网自动化中的应用

2021-10-30张轶

智能城市 2021年18期

张轶

（江苏金卓能技术有限公司，江苏南京 210000）

现阶段，智能电网技术快速发展，特高压电网建设稳步推进，现代电网自动化程度和复杂性不断提高[1]。随着智能电网技术的发展，配电网自动化程度也不断提高，通信干扰问题已成为配电网稳定运行的瓶颈。配网自动化设计应具有较强的抗干扰性和远距离稳定传输能力，光纤接入网技术作为配电网稳定运行的重要通信技术，可以帮助配电网实现稳定运行[2]。另外，光纤通信采用光信号传输方式，具有信道容量大、实时传输量大的特点，由于传输介质光纤没有导电性，光纤网络本身具有抗雷击的能力。

1 光纤接入网技术配电网自动化通信研究

1.1 通信网骨干层

通信网的主干层是连接主站与子站的通道，能够统一输出与输入，调节与管理各种通信方式，分析配电网的运行状况，协调配电网各变电站间的关系。传输设备方面，SDH将逐步被新型多业务传输平台设备替代，增加MSTP设备，使配电网的传输效率和速度达到最优[3]。为了对通信数据传输方案进行优化，在新建变电站的多业务平台上，分别在各变电站子传输设备间设置主环网结构的配电网通信和传输网。在主环网上增设备用环网电路，增强配电网通信的可靠性，节省带宽和主接口，提高配电网电信线路的利用率，使通信数据传输更安全。光纤通信网络是封闭的环形结构，220 kV变电所均设有110 kV变电所电缆，光纤发生故障时可以继续将光信号传送给其他光纤，即智能倒换，能够使光纤通信网络具有更高的可靠性。其他地区出现故障时，可使用远距离光纤进行传输，保证信号畅通。

1.2 通信网接入层

配电网自动化体系中通信网接入层是链接子站与各个终端设备的媒介，作用是实现子站与各个终端设备之间大量信息的双向传输以及少量信息端到端的单独传输。通常终端设备通信网接入层处理终端的数据量较大、分布广泛，与用户直接通信概率较高，是配电网自动化体系设计中必不可少的通道。从配电网自动化体系实际应用效果分析，通信网接入层具有全光纤接入和有限光纤接入两种方式，配电网通信系统设计中采用光纤接入层设计方案，在通信区域内的通信系统中根据终端设备的实际位置，铺设由连接开关和各类开关电缆组成的终端设备，连接所有终端设备与以太网无源光网络，保证彼此间的数据传输。在通信系统区域内铺设的光缆结构，在分布网络中采用普通环形网络结构进行数据通信。

（1）单电源辐射网。

单电源辐射网拓扑结构如图1所示。

图1 单电源辐射网拓扑结构

单源辐射网络连接方式简单易行、操作方便、建设投资少，在供电可靠性低的地区得到广泛应用。该接线方式一旦出现大范围停电检修，会造成该范围内用户停电，且不能迅速恢复供电，系统可靠性差、灵活性差。此接线方式需要在断路器上设置3～4根分接线柱，出现停电检修情况，也能够有效缩短停电时间。

（2）“手拉手”环网。

“手拉手”环网拓扑结构如图2所示。

图2 “手拉手”环网拓扑结构

手拉手环网可解决单电源辐射网供电可靠性差的问题。环形网是城市地区常见的一种布线方式，连接两个不同变电所的线路来，采用一个断开的互联断路器定义。故障时，任何一条线路都可以断开，互连的断路器可与另一条线路闭合供电，实现互联和传输，可有效缩小故障范围，大幅度提高供电可靠性。

2 光纤接入网技术在配电网自动化中的具体应用

2.1 光纤接入网应用原理

一种基于点对多点结构的单光纤双向光纤接入网，其典型拓扑有树型、星型、总线型和环型。该系统包括三个主要部分，即光终端、光网络单元和无源光分配器。光缆接入网络技术的节点通过光缆连接，其核心网络为IP网、ATM网、SONET网、DWDM网。

光路终端设在中心局终端，负责分配和控制通道的连接，具有实时监测、管理和维护的功能。无源光分路器是一种不需要电源就能够自动工作的设备，通常分路器的碎片率是2%、4%、8%，可以连接多个层次，任务是分配来自上行和下行的数据，并进行合并处理。

光线接入的光网络单元设置在用户端，用户从该单元中接收并选择相关数据后，根据光网机的功率控制情况及时进行响应和相应调整，通过缓存大量以太网数据后，可在相应时间间隔内发送数据。

2.2 基于光纤接入网技术的配电网自动化研究

光纤接入网络采用时分多址技术，结合激光技术和码分多址技术提高现有光缆主干网络的带宽，采用点竞争模式和广播模式，在接入层实现信道的双向传输。

光纤接入网技术扩展良好，可以随时增加新的用户，无须改变网络。将以太网技术和无源光网络技术结合起来，使光纤接入更高效。在配电网自动化系统中，结合传统的网络接入方式，增加了一种新的物理层，即通过光线接口根据MAC多点控制协议，实现点到多点的时分多址分路器设计。

（1）便于扩展。

技术结构传送时采用无源元件，不需要配置电源，布设简单，基本不需要维护，节约了大量的运行成本，配电网自动化系统采用模块化设计，易于推广。

（2）带宽非常大。

光纤接入网技术可为上行和下行数据传输提供1.5 Gbit/s带宽，随着网络技术不断进步，光纤接入网提供的带宽可升级为10 Gbit/s，能够满足配电网自动化通信业务对带宽的需求。

（3）可靠性最高。

光纤通信损耗低、频带宽、传输距离远、无电磁干扰，保证了光纤信号的传输质量，分站与终端间采用光纤，故障点少，网络安全可靠。

（4）安全可靠性高。

在光纤接入网技术系统中，每个ONU都是并联的，连接光纤接入网技术的配电网络终端设备也是并联。若某一终端发生故障，不会影响系统的整体稳定运行。光纤接入网技术还采用了一套安全加密机制，确保数据平面、控制平面和管理平面的安全运行。

（5）带宽分配灵活。

光纤接入技术能够静态、动态地为配电网自动化中的每一个用户平均分配带宽，保证每一个用户都能够有效地进行通信。作为点到点网络结构的光纤接入技术，可以利用本地光纤资源，还能够结合光模块，为分散的用户提供带宽。

2.3 基于光纤接入网技术的数据传输与保护

配电网络自动化一般指充分利用各种通信技术和电子技术，在高性能配电设备基础上，对配电网络进行有效离线、在线监测和管理的一种先进技术手段。

配电网自动化能够极大地提高供电质量，通过实施配电网自动化技术，使配电网处于安全稳定、良好的运行状态，是实现电力系统高效率运行的最佳解决方案。

光线接入技术的无源光网络基础为以太网，在配电网自动化中得到了广泛应用，无须进行光电转换，通过WDM、光信号传输数据，只需要一根光纤即可完成。按照配电网二次系统相关业务划分的原则，配电网自动化系统一般属于区域性生产控制。配电网通信站一般设在110 kV以上的变电站，变电站调度数据网络带宽一般为2 MB/s。

从配电网层带宽分析，达到了100 MB/s，带宽有限，不占用配电网，可采用3层交换机与自动主站前端交换机进行通信。此外，在通信分站中，光纤接入端是配电网自动化体系数据汇聚的焦点，通过1000MSFP与SDH设备相连，与终端下位机无源光网络单元组合，形成冗余网络，覆盖全部终端，实现数据的有效传输和严格保护。随着配网自动化通信网的建设，电网调节水平明显提高，供电质量、程度、平均分配用户指标都进一步提高，为开展配网供电等一系列新业务创造了条件。