Analysis and Research on the Construction Scheme of Distribution Network Communication Network
HUO Chuyan
Guangdong Power Grid Limited Liability Company Foshan Power Supply Bureau,Foshan 528000,China
摘要：随着智能配电网的快速发展，配电网的通信安全性和可靠性要求越来越高。本文对传统配网通信网的建设方案进行了分析，提出了存在的带宽低、缺乏业务保护等问题。介绍了配网通信的相关通信方式和技术，还结合实际提出了基于光电一体化设备和工业交换机的配网通信网的建设方案，对未来的配网通信网的建设提出了展望。
关键词：配网通信；电力通信；建设方案；光电一体化；工业以太网
0 引 言
随着我们国民经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，配电网的可靠性要求也越来越高，国家也进一步加大了对35KV及其以下电压等级的配电网的智能化建设和改造升级。智能电网技术快速发展，出现以信息化、自动化、互动化的特征，配电网的各个生产环节都应用了大量的通信技术。智能配电网的安全稳定运行要求必须利用先进的通信设备，在经济性与可靠性的基础上，通过改造或新建等方式，搭建起安全可靠的配网电力通信网。
1 配网通信网现状分析
1.1 通信需求：配网通信网主要是涉及到110kV变电站以下的35kV变电站及大量10kV开关所 [1]。这些站点主要业务类型为：调度电话（2W语音）、站内远动（RS232）、站内自动化（E&M/V.24）、站内OA、视频控（FE）等，而且目前对于高带宽以太网业务的需求正在逐步加大。
1.2 现有网络结构：地区调度中心一般覆盖所属县调、集控站、供电所以及110kV（66kV）、35kV变电站等，其业务主要有数字（或模拟）远动、调度电话、OA和视频会议（或监控）等。
在建设之初，因业务容量较低，加之当时的通信技术，其网络建设主要思想是以110kV及以上站点为主站点，通过SDH传输形成环网，然后再以环上各点为一个大型汇聚点，通过链状网、星状光纤网络结构延伸，接入其临近的35kV变电站和供电所等[2]。如下图1所示：
图1 传统配网通信网结构
1.3 存在问题：传统网络结构及接入模式，在早期很多地区调度网中都在应用。在地调中心，往往放置机架式PCM、机架式协转用于汇聚下游站点的业务，而线路传输往往通过SDH光端机和传输网进行[3]。在110kV变电站，其站点业务也是用于地调中心对应的PCM提高接入，当一些数据业务，诸如OA、视频业务等，因PCM设备功能有限，故往往还需要架设协议转换设备（下简称协转设备）或是通过MSTP技术来提供高带宽的以太网通道。其下游的站点，往往通过点对点的PDH光端机进行延伸。所有业务会通过E1连接到SDH光端机上，再通过传输网络向地调中心汇聚。35kV变电站和供电所这些站点，通过PDH光端机接入后，也采用PCM或协转等设备来提供语音、RTU和OA、视频业务。当其临近有新建的35kV站点及供电所时，仍然会通过点对点的方式成链状、星状网络提供接入。这样就逐步形成了目前大多数地调网络的结构。
这种方案在网络建设之初是有效率的，但是随着业务发展和35kV站点的不断新建，尤其是逐步纳入农网的站点时，其弊端亦逐步暴漏出来，这也就是当下对网络进行改造接入模式的驱动力。从图1中不难看出，配网业务多样，涉及多种业务接口，包括：SDH、PDH、E1、FXS、FXO、RS232、E&M、V.24、FE等，很难实现各种业务的统一接入。而且目前有很多业务诸如OA、视频等，对于带宽的需求越来越高，提速的呼声不断，而早期使用的PCM中的以太网技术又不足以提供高带宽以太网通道，使用协转又会增加维护成本，那么又产生了如何接入高带宽IP业务、如何平滑地向IP网络过渡的问题。
现有通信网所使用的设备包括SDH、PDH、PCM、协转、收发器等一系列功能单一的设备，而且PDH设备存在网管盲区，这些必会形成多厂家采购、分别管理，同时带来如何实现统一网管的问题[4]。设备种类多、功能单一，势必也会增加投资成本，增加故障点，加大维护难度，所以又带来了如何降低建设成本、维护成本的问题。
配网这些设备大多不具备网络保护能力，对于配网各种业务传输的安全性、可靠性也存在很大问题。
另外，随着目前电力骨干传输网络的高速发展，现有SDH/MSTP技术已经很难满足对实际带宽和网络维护管理的需求，开始了新技术应用的尝试，通过OTN技术、PTN技术进行骨干网的搭建，那么对于接入侧网络来说，就引出了如何保护已有建设投资，如何平滑接入骨干网的兼容问题[5]。综上所述，形成了目前对配网通信网改造的驱动力，如图2所示。
2 配网通信技术
近年来通信技术快速发展，在配网中建设电力通信网可以采用更多的通信方式，主要有以下几种技术:
1.1 光纤通信：光纤的通信速度快、容量大、抗干扰强，并且几乎不受电磁波、高压输电线及雷电的影响，它的可靠性高、损耗小。配网光纤可与电力电缆一起敷设，是一种较好的通信方式。它可以配合现在大多数的光纤通信设备共同使用，建立通信网络。
1.2 载波通信：以载波的方式在电力线路上传输通信信号，该技术在高压电力系统中的应用已十分成熟。配电网中存在大量分支线和配电变压器，使载波技术的应用需要解决信号衰减、干扰等问题，它主要是速度较低，缺乏相关通信环网保护机制。
1.3无线通信：目前可供接入的无线通信方式主要是电信运行商的2G、3G及4G网络，其主要区别为传输速率的不同。但是由于网络是公用网络，同时也存在覆盖盲区，因此在可靠性方面还需要加强。
在设备等方面还出现了光电一体化机、工业以太网交换机和EPON，一体化机提供了多种数据接口，以太网交换机和EPON主要是数据结构，但是在统一通信等技术的支撑下，也可以提供多种多样的语音和数据业务应用。
在同一区域应选择一种技术组网，不宜混合使用，在光缆成环时宜采用工业以太网交换机技术。
3 光电一体化的建设方案
目前，全国开始了进行新一轮的配网改造升级项目，进行光缆的铺设，对于大量35kV变电站和10kV开关所以及供电所等站点缺少传输资源的局面正在逐步改善，通过光缆资源搭建传输通信网络是发展的必然趋势，因此结合提出光电一体化的建设方案，如图3所示。
图3 光电一体化组网方案
本方案根据现有网络布局，整合功能单一、数量众多的原有接入设备，在各变电站及调度中心根据网络架构及业务量放置相应的光电一体化产品，通过其强大的业务接入能力、高可靠的设备级和网络级安全可靠性，很好的满足了配网通信网的网络需求。
它具有丰富的业务接口，可提供SDH、PDH光口，语音、E&M、RS232等业务接口，也可以提供大颗粒的以太网业务接口，满足各种业务需求。设备安全可靠，重要部件如交叉、网管及电源部分，均可冗余备份；组网方式多样，可组建链型、环型拓扑结构，网络级的安全保护机制，提高网络安全性。精简了网络结构，减少故障点，便于运维管理。业务接入与传输合一，实现全网设备统一网管[6]。
我们可以在上面光电一体化解决方案的基础上，将方案进一步演进，充分考虑到将来网络发展的趋势，做好平滑升级的准备。初步考虑在35kV变电站这个级别实现业务分流，目前IP宽带业务可以接入综合数据网进行传输，窄带类业务可以走传统的SDH网[7]；随着将来网络的进一步发展，在具备了PTN、OTN设备组建的高带宽网络时，也可以通过光电一体化产品友好的PTN、OTN支持能力，平滑接入相应网络，实现业务的分流传输。
4 工业以太网的建设方案
佛山供电局在2012年就开始建设了配网通信系统（广东金融高新区示范区），用来承载和传输配网自动化、计量自动化等业务，采用的是工业以太网的技术。
配网通信网利用随配电电缆敷设的光缆光纤网络，实现通信设备组网。配网光纤通信数据通信技术主要采用工业以太网交换机和EPON技术，在光缆成环时宜采用工业以太网交换机技术。佛山在配网通信建设区域内的光缆都实现了成环保护，为了更好地实现业务保护，因此选择工业以太网交换机来实现数据网络通信。
由于配电网自动化通道要求实现两个独立通道的要求，必须要分别通过两套独立光纤数据网络进行传输，并且A、B网所采用设备厂家和型号不能相同，因此选择了华为和H3C的路由器以及多个不同厂家的二、三层工业以太网交换机进行组网。
两张配网通信专网均采用核心层、汇聚层和接入层三层的方式组网。其中A网核心层设备部署在三个节点，分别是向下连接汇聚层节点的佛山供电局调度大楼和旧局大楼，以及作为数据处理中心的配网主站机房。三个核心层节点相互成环。汇聚层设备节点由该配电片区的1个220kV变电站和3个110kV变电站组成，它们与两个核心层节点形成一个大环，并且与各10kV配电房的工业以太网交换机组成的接入层相连接，具体结构见图4。
图4配网调度数据网A拓扑结构
B网的汇聚层以上互联链路由佛山局地区通信传输网承载，接入层采用新建光缆实现接入层站点间的互联。
采用工业以太网的建设方案时必须还要注意采取合理的路由规划及关键技术。本次组网中由于相关设备不支持MPLS VPN技术，直接采用OSPF（开放式最短路径优先）路由协议作为业务连接和设备管理的基础路由。另外还必须要做好网络管理及安全，提高网络的安全可靠性。
5 结语
智能电网计划中提到坚强的智能电网是以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，建立的现代化电网，电力通信网络的建设进入到了一个新的快速发展的时期，可以说是迎来了“电力通信网络建设的春天”。本文分析了现有传统网络建设方案中存在的具体问题，也研究了相关的通信技术和方向，还提出光电一体化和工业以太网的两个方案，其中都已经实践运行检验过的，具有很好的借鉴意义。针对规模日益增长的配电网，必须要结合本地实际和现有网络结构，因地制宜采用PTN、OTN、EPON等先进通信技术和组网方式，建设安全可靠、技术先进、管理规范的新型配网通信网。
参考文献
[1] 郝景昌,张子云,陈利. 农网改造升级中通信传输网的建设及应用[J]. 农村电气化. 2012(05)
[2] Steven S Gorshe,,Trevor Wilson.Transparent generic framing procedure (GFP): A protocol for efficient transport of block-coded data through SONET/SDH networks. IEEE Communications Magazine .2002
[3] 韦乐平编著,中国通信学会主编.光同步数字传送网[M]. 人民邮电出版社, 1998
[4] 刘振栋.电力通信网络系统建设方案研究[D]. 华北电力大学（北京） 2011
[5] 史国炜,刘昭,曾烈光,王松梅,于春水.用于千兆以太网数据传输的SDH虚级联技术[J]. 电子技术应用. 2002(12)
[6] 付慧娟.云浮移动基于GPON技术的宽带接入网建设设计与实施[D]. 北京邮电大学 2010
[7] 周全.基于GPON技术的家庭宽带接入网研究与应用[D]. 大连理工大学 2015)
作者简介：霍楚妍，1985—，女，工学学士，工程师，主要从事电力通信技术管理工作
论文作者:霍楚妍
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
标签：以太网论文; 业务论文; 网通论文; 网络论文; 设备论文; 变电站论文; 技术论文; 《电力设备管理》2017年第6期论文;