第３２卷第２２８期 ．电力 系统通信 Ｖｏｌ３２ ＮＯ．２２８ ０ｃｔ．１０。２０１ １ １６． ２０１１年１０月１０日 Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ 配电自动化通信网建设方案设计 赵荣峥’，高翔 ，何彩云 （１．天津电力没计院，天津３００２００；２．天津静海供电有限公司，天津３０１６００； ３．天津市电力公司，天津３０００１０） 摘要：近年来，国家电网公司在智能电网方面进行了一系列的试点工程，但基本上都是城市 智能电网的建设项目。文章根据农村智能电网的特点，在对通信业务的需求、种类、流量等分 析的基础上，结合天津团泊农村电网建设的实际情况，并考虑系统安全、高效及节省投资，提 出一套适合智能农电配网自动化建设和发展的通信网设计方案。 关键词：电力系统通信；智能电网；自动化；设计 中圈分类号：ＴＮ９１５．８５３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００５—７６４１（２０１１）１Ｏ－００１６—０５ Ｏ 引言 围家电网公司发布智能电网战略以来，配电 自动化是坚强智能电网建设的重要工作内容之 一的配网试点项目．采用无线通信技术作为数据传 输的主要技术。但这些通信技术无法满足配电自 动化系统的实时性和可靠性需求，因而无法很好 的支撑配电自动化业务的开展。 光纤通信技术由于其具有电磁兼容性好、带 。配电自动化以一次网架和设备为基础，以配 电自动化系统为核心，综合利用多种通信方式， 实现对配电系统的监测与控制．并通过与相关应 宽高、实时性好等优点，逐步开始应用于配电网， 特别是ＥＰＯＮ技术随着运营商Ｆ１ＴＸ的战略小断 推进．到目前为止已成为世界上最受欢迎的Ｆ ｒｒＨ 用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理。 １ 配电通信技术的发展 配电自动化系统是实现配电网的运行监视和 控制的自动化系统．具备ＤＳＣＡＤＡ（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｓｕ— ｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉ— 技术。ＥＰＯＮ现已发展成ＧＥＰＯＮ。作为中国运营商 的首选，ＥＰＯＮ技术在未来几年仍将维持其 中 国的地位，其相关的芯片、设备和Ｔ程等方而的技 术已经成熟。国家电网公司的《配电自动化技术导 则》和《基于以太网方式的无源光网络（ＥＰＯＮ）技 ｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，配电网安全监控和数据采集系统）、 ＦＡ（Ｆｅｅｄｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，馈线自动化）、电网分析应 术要求》等标准的推 进一步规范 该技术在曲 电通信网络中的应用。 用及与相关应用系统互连等功能，主要由配电主 站、配电终端、配电子站和通信通道等部分组成。 ２配电通信网系统结构 团泊智能农网配网自动化试点项｝ｊ位ｒ天津 市静海县团泊镇 本次团泊智能农网配网自动化 配电终端主要包括ＦＴＵ（Ｆｅｅｄｅｒ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔ，馈 线终端）、 ＩＴｒＵ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔ，配变终 端）、ＤＴＵ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔ，站所终端） 等。配电自动化系统属于电力Ｉ／ＩＩ区的生产业务 系统的光通信网将全部采用光缆作为通信介质的 通信系统，实现配网自动化系统主站至子站、于站 至变电所的通信联络 配电自动化系统主要由配电主站、配电终 系统，该系统对数据通信网络的电磁兼容性、覆盖 度、实时性、可靠性和稳定性等要求较高。目前，国 内配电自动化所采用的通信技术主要有运营商专 线、ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ、２３０ ＭＨｚ无线专用数传网。早期 端、配电子站和通信通道等部分组成，配网系统结 构如图１所示 ・网络建设・ 赵荣峥等 配电自动化通信网建设方案设计 ・１７－ ３通信技术路线选择 ３．１ 配网通信技术选型对比分析 在ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ，光网络单元）侧通 过多级光分路分送给最多６４个用户，因此，可大 大降低ＯＬＴ和主干光纤的成本压力，成本较低。 此方案适合呈带状或链状分布的配网线路。 ２）基于工业以太网交换机的有源串行模式。 此种组网模式每一级都需要进行一次光电转换． 通信网节点较多，维护量大。 ３．１．２ ＥＰＯＮ和工业交换机技术的具体比较 配网通信网络指配网开关站和系统主站之间 的数据通信通道。通过远程通信，系统主站与配网 开关站等设备间建立联系，下达指令和参数信息， 收集信息。 目前，通信技术从线路方式上总体分为有线 方式和无线方式。有线方式主要指光纤专网技术， ＥＯＰＮ和工业交换机技术比较见表１所列。 通过以上对比以及网络实际结构和规模的分 包括工业以太网和ＥＰＯＮ ２种主要技术：无线方 式主要有２３０ ＭＨｚ无线技术、ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ、３Ｇ等 技术。无线技术无法满足未来智能配电网对通信 析，ＥＰＯＮ技术与工业交换机相比，在组网可靠 性、带宽分配、维护成本低、网络可扩展性等方面 通道实时性、安全性及保密性需求，因此，一般仅 作为数据采集的补充技术使用。根据《配电自动 均有优势。适合于对可靠性要求较高的配电接入 应用。 化技术导则》规定，配网通信骨干层原则上应采 用以光纤传输网为主，结合静海团泊小区工程的 实际情况，配电通信网接人层主要考虑在ＥＰＯＮ 和工业以太网２种光纤通信技术中选择。 ３．１．１ ＥＰＯＮ和工业以太网组网说明 ３．２配电通信技术选型结论 国家电网公司已制定《基于以太网方式的无 源光网络（ＥＰＯＮ）技术要求》，并将此技术要求作 为国家电网公司的企业标准，用于国家电网公司 的配用电通信系统的建设。目前国家电网公司范 围内已经有相关试点单位采用ＥＰＯＮ等技术建设 配用电通信系统。证明ＥＰＯＮ技术可以满足配用 １）基于ＥＰＯＮ的无源串行模式。无源串行模 式采用单纤波分复用技术（下行１ ４９０ ｎｍ，上行 １ ３１０ ｉｒｍ），仅需１根主干光纤和１个ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ 电通信系统的各种要求，可以为配用电通信系统 构建一个先进、安全、可靠的数据传输平台。 Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ。光线路终端），传输距离可达２０ ｋｍ。 圭 蚰 系 ｌ Ｌ… 墙 管 ｍ Ｉ … 一 ＩＬ …上…ｊ ｌ 潮 ｌ一一 Ｉ一一 ｌ一一 ～一 Ｉ ＳＣＡ［ 删＆务器 打。印机 嚣 『 一 信 网 Ｉ 霉 蠹 …～ 孽 三一 — 一 ７ 图１配网系统结构 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 删 ・网络建设・ 赵荣峥等配电自动化通信网建设方案设计 ・１９・ 将网关信息设置到网络设备上，这样信息网络设 备会面临众多安全隐患：广播风暴、ＡＲＰ攻击等， 对整个网络产生巨大的影响。因此建议将ＯＩＪＴ设 置为三层设备，这样可以避免二层设备带来的安 全隐患；另外可以利用ＯＬＴ设备自身具备的安全 特性，如ＭＰＬＳ ＶＰＮ，ＭＣＥ功能特性来确保业务 的安全，从而实现现有网络和配电自动化系统的 安全稳定运行。 ４．２配电通信网络拓扑设计 ４．２．１设计依据 ４．２．１．１设计原则 总的光路预算≥总的光路损耗＋系统余量 （ｔｙｐｉｃａｌ≥２ ｄＢ，ｍｉｎ≥１）。否则会带来业务的误 码和中断。光路损耗都以最差情况计算时，系统 余量可不考虑。总的光路预算应根据２６ ｄＢ计 算。 总的光路损耗＝光纤损耗＋溶纤点损耗＋连接 器插损＋分光器插损。光纤的光路损耗参考值：下 行１ ４９０ ｎｍ波长时为０．３ ｄＢ／ｋｍ，上行１ ３１０ ｎｍ 波长时为０．４ ｄＢ／ｋｍ；因此一般情况下ＥＰＯＮ的光 传输瓶颈在上行光功率。实际计算时以最差的情 况上行损耗为准。 另外，光缆每２ ｋｍ会有１个熔纤点，造成 ０．０５ ｄＢ的光损耗，每对光连接器会造成０．２ ｄＢ 的光损耗。 因此，总的光路损耗＝所有分光器插损值之 和＋光纤长度（ｋｍ）ｘ０．４＋熔纤点数目ｘ０．１＋法兰盘 个数×０．２。 ４．２．１．２其他原则 对于支路的分支点（只有１个ＯＮＵ），尽量用 分光器１：２（５％），其次用１：２（２５％），再次用１：２ （４０％）、１：２（５０％）；这样做是为了使干线光纤的光 更强，传输的距离更远，分的支路更多。 在分光器级连数较小的情况下，要考虑最后 一个ＯＮＵ的光损不能太小，接收光功率不能大于 ＯＮＵ的接收功率饱和度。 静海团泊自动化系统ＥＰＯＮ光路设计根据以 上设计原理进行设计。 ４．２．２ ＥＰＯＮ光路典型设计 以为配电自动化系统构建先进、安全、可靠的 数据传输平台为原则，认真讨论、分析应该采用何 种ＥＰＯＮ网络结构方案。下面着重讨论、分析２种 典型ＥＰＯＮ光纤方案，选出最适合的方案。 ４．２．２．１ ＯＬＴ ＰＯＮ口、分光器、ＯＮＵ、主干光纤冗余 保护 ＯＬＴ：采用２个ＰＯＮ端口，主、备用的ＯＬＴ ＰＯＮ端口可工作在主备方式，也可以工作在负载 分担状态。 ＯＮＵ：采用２个单ＰＯＮ的ＯＮＵ上行，ＯＮＵ互 连热备，由ＯＮＵ检测线路状态，决定主用线路，倒 换应由ＯＮＵ完成。 分光器：采用２个分光器。 此方式光纤通道切换工作由ＯＮＵ完成，切换 ＯＮＵ和光纤通道；ＯＬＴ依据ＯＮＵ切换信息，进行 相关配合；实现了ＯＬＴ ＰＯＮ口、分光器、ＯＮＵ、主 干光纤冗余保护。结合配网自动化的实际需求， ＯＬＴ设备一般部署在各主要变电站节点，为了避 免任何一台ＯＬＴ设备的故障导致网络出现故障， 在此基础上，优化得到的基于“手拉手”架构的电 力系统ＥＰＯＮ保护解决方案应运而生。 ４．２．２．２“手拉手”架构 ＯＬＴ：采用主、备２个ＯＬＴ。 ＯＮＵ：采用２个单ＰＯＮ的ＯＮＵ上行，ＯＮＵ互 连热备，由ＯＮＵ检测线路状态，决定主用线路，倒 换应由ＯＮＵ完成。 分光器：采用２个分光器。 按照电力配网输电线路“手拉手”结构，ＯＬＴ 分布位于２个高压变电站，与位于变压器的ＯＮＵ 形成两串连接架构。通过ＯＮＵ检测两个上行ＰＯＮ 的光路来决定“向左”或者“向右”到不同的ＯＬＴ， 并实现故障链路的动态切换以及负载分担。 此外．各变电站之间的ＯＬＴ通过快速环网保 护等技术实现“手拉手”的环路保护，因此各ＯＬＴ 之间可以相互配置备份及保护关系。实现了ＯＬＴ、 分光器、主干光纤冗余保护。同时，只有１个 ＯＮＵ，节省了成本。 配电通信网络的设计以满足团泊配网自动化 的需求为出发点，综合考虑配用电线路的实际情 况，ＥＰＯＮ网络采用“手拉手”结构。ＯＬＴ安装在２ 个不同地理位置的变电站；双ＰＯＮ的ＯＮＵ采用 ・２Ｏ・ 电 力 孽 饶 通 秸 手拉手方式分别由２路光纤至不同的变电站节 点，配电终端ＯＮＵ分别从２个方向到ＯＬＴ，正常 以某一路光纤为主用，另一路作为备份；一旦发现 络，具有可靠性高、实时性强、扩展性好等优点，由 于配电ＥＰＯＮ是高带宽网络且配电自动化业务所 占带宽较少，网络带宽仍有较大富余，剩余带宽可 开展配网的视频监控业务，以对重点区域的供电 设施进行“遥视”．真正实现可视化配电网．但需要 主用光纤故障或ＯＬＴ故障便自动切换。各变电站 的ＯＬＴ之间，通过两两“手拉手”形成环路保护，因 此，各ＯＬＴ之问可以相互配置备份及保护关系。 ４．３ 配电ＶＬＡＮ规划 充分考虑核心的配电自动化业务优先转发以保证 该业务的实时性。由于配电自动化属于电力Ｉ／ＩＩ 配电一次线路是分区分线路进行管理的，即 按整条线路和按不同区域进行管理和维护，所以 区生产业务，安全性要求非常高，配电通信的Ｅ— ＰＯＮ网络不适用于电力用户交互的相关业务（如 ＶＬＡＮ划分需要考虑管理的因素，在ＶＬＡＮ规划 中要有所标识。 用电信息采集和智能用电服务等）。 划分ＶＬＡＮ主要控制网络的二层广播域和网 参考文献 …郑力明，刘伟平，黄红斌，等．以太无源光网络技术及 其系统设计ｌ Ｊ１．电信科学，２００４，２０（４）：８－１ １． ＺＨＥＮＧ Ｌｉ—ｍｉｎｇ，ＬＩＵ Ｗｅｉ—ｐｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｈｉｎ，ｅｔ 段的划分，为控制广播风暴的影响范围，推荐按 “手拉手”的一次线路进行划分，即不同的一次线 路划分为不同的ＶＬＡＮ。 ４．４通信网络安全方案 配电自动化是电力Ｉ／Ⅱ区的生产业务，安全 ａ１．ＥＰＯＮ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎｌＪＩ．Ｔｅｌｅｃｏｍ— ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，２０（４）：８－１ １． 【２］李玉行，姜涛，金智慧，等．ＥＰＯＮ在ＦｒＩｒ『１Ｈ中的应用 性要求非常高，除与信息网、营销网要求物理隔 离，随着配电自动化网络延伸至环网柜、开闭所． 优势【Ｊ］．电信快报：网络与通信，２０１０（３）：７－９． ＬＩ Ｙｕ—ｘｉｎｇ，ＪＩＡＮＧ Ｔａｏ，ＪＩＮ Ｚｈｉ—ｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ 配电通信网络的安全性尤为关键。为了确保系统 的安全性和可靠性，首先应做到统一规划，全面考 虑；应采用多种先进技术，如环网保护技术、ＶＰＮ 业务隔离技术、虚拟交换网与ＥＰＯＮ融合技术、防 火墙技术、加密技术、网络存储与备份技术、网络 管理与配电终端统一管理技术等，在系统的各个 层面（操作系统、数据库系统、应用系统、网络系统 等）加以防范。 ｈａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＥＰＯＮ ｉｎ丌ＴｒＨ ｌ Ｊ１．Ｔｅｌｅｃｏｍｎｍｎｉ— ｃａｔｉｏｎｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．２０１０（３）：７—９． 赵荣峥（１９８１一），男，安徽合肥人，工程师，从事电力 系统通信工程的设计工作 高翔（１９８１一），男，天津静海人，工程师，从事电力系 统通信运行管理工作 何彩云（１９６３一），女，天津人，工程师，从事电力系统 通信工程管理工作 ５ 结语 本方案设计支撑配电自动化的ＥＰＯＮ通信网 （收稿日期：２０１１—０７—０５；修回日期：２（）１１—０９一（）５） （编辑：张京娜） Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｕａｎｂｏ ＺＨＡ０ Ｒｏｎｇ－ｚｈｅｎｇ ，ＧＡ０ Ｘｉａｎｇ￣，ＨＥ Ｃａｉ—ｙｕｎ （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｊｉｎｇｈａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０１ ６００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，Ｔｈｅ ＳＴＡＴＥ ＧＲＩＤ ｈａｓ ｌａｕｎｃｈｅｄ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｉｌｏｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ ａｒｅａ，ｂｕｔ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｒｅ ａｌｍｏｓｔ ｆｏｒ ｃｉｔｙ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ，ｃｏｎｓｉｄｅｒ— ｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｕａｎｂｏ，ｗｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｕｉｔ— ａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｓｍａｒｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅ— ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｕｓｉｎｅｓｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓａｆｅｔｙ，ｈｉｇｈ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｓａｖｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ；ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ；ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ
