配电网中计算机通信技术的应用

摘要：自动化配电网是电网智能化建设的重要组成部分。通过优化网络能够平衡电网功率负载，可以最大程度地减少网络通信损耗，从而提高电网运行效率。在配电网中常用的计算机铜锡技术包括现场总线技术（FB）技术和光纤通信技术。其中光纤通信技术凭借低损耗，长距离、抗干扰、体积小、宽频带、高带宽等优点逐渐取代微波网络成为主要的配电网通信技术。文章的主要目的是研究光纤通信技术在配电网中的应用，介绍了计算机通信技术的概念以及配电网的常用计算机通信技术，在此基础上探讨了基于光纤通信技术的配电网通信网络总体结构以及骨干层、接入层的设计方案，并进行总结。

关键词：计算机通信技术；配电网；应用

随着计算机通信技术的不断发展，国家电网越来越多地使用计算机通信技术进行配电系统的优化改造，以提高配电网自动化水平。计算机网络技术已深度集成到电网系统中，催生了新的配电技术，可使配电网实现实时控制功能，确保配电操作的安全性和可靠性，提高配电网运行效益。所谓计算机通信技术是计算机技术与通信技术不断发展相结合的产物。计算机通信不仅开始在各种类型的企业中得到广泛使用，而且已经成为各个领域的领先技术。简单来说，计算机通信是计算机或计算机与终端之间的数据交换行为。在计算机通信中，使用二进制数据进行信息通信，因此，也将计算机通信称为计算机数据通信。今天，在计算机通信技术中，我们可以使用许多数据类型，例如音频、视频、图像、文本进行通信。

1配电网中常用的计算机通信技术

1.1现场总线技术（FB）

现场总线技术即FB技术，通常应用于生产设备中，是实现微机测控设备之间多功能数字通讯的双向串行系统。FB技术的优点主要有以下几点：一致且开放的系统标准；可以降低自动化成本，经济性很好；支持双绞线、同轴电缆、电力传输线等介质，具有很强的抗干扰能力；可以进行现场作业数据的远程传输，并实时传输信息给管理人员，连接高层管理网络进行信息共享；可以进行错误检查，收集、管理算法和处理报文的；强大的信息整合能力。

1.2现场总线技术在配电网中的应用

（1）PROFIBUSPROFIBUS是自动化技术的现场总线标准，由PROFI-BUS-PA、PROFTBUS-DP和PROFIBUS-FMS这三种协议构成。PROFIBUS-DP替代了自动控制系统和I/O现场设备之间的通信协议，能够实现配电网自动控制系统的数据高速传输，而且还具有很强的故障诊断与组态功能。允许创建一个主站或多个主站组成的系统，为自动化配电提供了有力的技术支持。PROFIBUS-PA将传感器和驱动器连接起来，作为配电和数据传输的总线。由于它采用了配置文件传输协议来描述域设备的操作位置和参数，因此可以保证足够的安全性，同时PROFIBUS-PA还负责通过总线向域设备传输电力。PRO-FIBUS-FMS被广泛用于现场通信，并且可以用于更大和更复杂的系统。其应用层包括两部分：总线报文规范、最低接口，可以为用户提供功能强大且高度可访问的通信服务。基于上述三个协议，通过在OS1模型中的级别1、2和7层的基础上添加接口层，PROFIBUS可以提供快速数据传输功能，并为配电自动化控制提供了技术支撑。（2）以太网技术以太网是具备OSI特性和实时功能的数字网络。由于其自身的优势，被广泛应用于配电网。以太网在传输速率方面优势明显。现阶段，以太网最大传输速率为每秒10吉比特。当前，各种增强技术都支持以太网，有许多开发工具和环境开发选项，例如VisualBasic、Java，C#等；以太网系统支持各种不同的硬件设备，网卡的成本仅为现场总线网卡（例成本的十分之一。以太网被广泛用于自动化配电网系统中。（3）LonWorks是一种采用0SI级别的七层协议，适用于工业电源循环系统的高级数字化网络，可以有效地连接传感器网络、设备网络、站点网络。LonWorks具有使用各种媒体进行通讯和分发的能力；因为LonWorks可以支持许多拓扑结构，在拓扑结构复杂的配网网络中具有较高的应用价值。LonWorks使用48位地址空间，地址代码可以在同一网络区域内收集多达30,000个节点的数据，还具有通过添加网络区域来扩展数据多样性的功能。LonWorks是一种使用电力线作为媒介来通信和传输控制信号的技术，实际上已被广泛用于配电网中，有效地改善了配电网通信系统的通信效率。

1.3光纤通信技术

（1）FCN光纤通信适用于主站和变电站之间的区域、城市中心地带以及主要负载区域，可以解决多个点和长距离的通信问题。作为高速数据传输网络，FCN具有强大的传输能力，可为配电网中的数据传输和通信提供基础支持。FCN具有很强的抵抗外部干扰的能力，并且其误码率非常低。可以在干扰因素较多的配电网中使用，有效解决干扰问题，确保电力供应的稳定性。某些光纤通信网络具有双重通信网络配置，从而具备自愈功能，可用于通信故障发生时自选路由，实现自动愈合，有效提高通信的稳定性。FCN具有方便配置、扩展性好的优点。可以拆分光纤通信环路以形成的新光纤环路，完全可以满足配电网自动化提出的通信网络扩展的要求，为建立高效，高质量和安全的配电网络提供技术保证。（2）AONAON基于FCN改进得到，拥有比FCN更强的通信能力。当前，AON是大容量配电网发展的最佳解决方案。AON光节点取代现有网络节点，互相连接构成网络。AON不会对信息进行处理，从而构建真正透明的网络。AON可以同时适应不同的传输速率信号，不同的协议，不同的调制频率和不同的通信标准，因此，PDH，ATM和SDH可以位于同一光纤设施中。AON系统非常简单，灵活性强，例如无源分路合成器可以随时添加，AON的传输质量非常高，可以达到很高的传输速度，可以提供很高的传输容量，为实现配电网大容量数据传输提供了有力的技术支持。

2基于光纤通信技术的配电网中通信网络设计

2.1总体设计思路

通信系统是配电网络中传输数据所必需的系统，是配电网进行及时操作、错误响应、服务数据交互以及发电功能的基础。因此，借助通信系统收集的信息可以第一时间发现电网故障，从而采取最合适的故障修复计划，可以最大程度地保障配电网的运行稳定，减少电力损耗。建立自动化配电通信系统的总体思路如下：第一层是基站层。它可以实现、控制、管理等多种通信方式的统一接入，分析配电网的工作状态，协调配电网变电站之间的关系，基于以太网构建嫩能够自愈的环状光纤通信结。第二层是变电站层。大多数变电站交换机都位于变电站中，可以用例如光纤专用网络、无线专用网络、无线公网专线（GPRS/CDMA）、WiMAX、主从专用网络、无源光网络（PON）、电缆载波等通信模式可以执行变电站的故障处理、数据传输、数据收集。变电站级别的通信应基于距离使用以太网，环形网络、通信电缆的方式进行通信。第三层为终端层。配电网络的终端层包括远方监控终端（RTU）、馈线开关测量和控制终端、小型变电站测量和控制终端。

2.2通信网络骨干层的设计

2.2.1通信网络的规模通信网络的设计需要考虑用户的需求。为了确保配电网络的稳定运行，通信系统将覆盖所有基站层、变电站层、终端层。基站与变电站，变电站与终端之间都采用分层结构，即基站、变电站之间为骨干层，子站、终端之间为接入层。在接入层中，每个配电电路都连接到配电网络终端。在本次设计中，接入层的终端结构由2个交换站、88个主分支交换机和分支交换机以及边界交换机组成。

2.2.2骨干层设计通信网络的骨干层是连接基站层、变电站层的通道，可以实现多种通信方式的统一输出和输入，还可以分析配电网的运行状态，协调配电变电站之间的连接，基本设计方案是变电站安装调试OLT传输设备，实现与配电通信主站的联系。通过在变电站中添加MSTP设备，可以优化配电网络中的通信效率和速度。配电网通信网络的总体结构如图1所示。为了改善数据传输性能，该方案使用变电站上设置的MSTP传输设备为每个变电站调整已构建的主环网传输结构。在主环网的传输结构上安装额外的环形备用电路，不仅增强了传输网络通信的可靠性，而且节省了带宽和主站接口，提高了配电网络通信线路的性能和安全性。从图1中可以看到，区域的光纤通信网络是环形闭合结构。220KV东郊站、 KV天吉泰站、110KV中央控制站通过光缆连接。如果光纤工作不正常，则可以通过将光纤信号定向到另一根光纤来继续传输。此功能称为智能倒换SmartExchange，从而提高光纤网络的可靠性。

2.3接入层设计

配电网通信系统的接入层是连接变电站、终端的通道，主要功能是在变电站层和终端层之间执行数据交互。尽管终端层的数据传输量很小，但是接入层的数据终端站数量却很大，且种类繁多、分布广泛。因此，终端层是配电网中非常关键的部分，并在信息交互中起重要作用。在实践中，接入层网络有两种设计方案：全部光纤和部分光纤。本次设计采用全光纤接入方案，EPON网络层架构设计基于终端设备的实际位置，在通信系统的通信区域中铺设连接150个终端设备的光缆，例如交换点和各种类型的交换机。所有使用以太网的终端设备和无源光网络互接以实现数据交互。连接通信系统区域内终端设备的光缆结构使用环形网络结构在配电网中进行数据传输。

2.4原有光纤通信线路改造

如图2所示，953建平线上包括污水处理厂、油库和农村地区的许多专变用户。线路拓扑如图2所示。该电力线路前半部分位于在城镇中，后半部分位于农村地区，为农村用户供电。因为线路非常重要，所以线路用户不能轻易停电。一旦发生故障，应尽快隔离故障点，以最大程度地减少故障范围。因此，该线路设计为自动关闭型，线路中两个分支断路器之一断开连接，而另一个正在工作就可以继续供电。原有线路设计为单光纤，并在分支线上安装分路器，这种设计只能实现光纤通信，不能有效保障管线通信的可靠性。新设计需要重要的线路具备更高的可靠性，因此单根光纤线路无法满足要求。因此，在新设计中，直接从sub-OLT设备引出两根光纤，线路前半段，这两根光纤同杆架设，在第一个分支处，一根光纤沿主干向东延伸到达联丰分支断路器，另一个分支沿着中石化油库分支到达联丰分支断路器。两条光纤在联丰分支断路器汇合，改造后的光纤通信线路结构如图3所示。污水处理厂配电室接入两条光纤，目的是提高主要用户的配电网通信可靠性。在分支处分为两个光纤通信链路，汇合于联丰分支断路器，联丰分支断路器接入两条光纤。在变电站中安装OLT设备，并在所有重要用户的箱变、断路器、配电室安装FTU终端，这样的设计可以提高通信的可靠性，并实现互联互通。当某段光纤发生故障，可以快速将其排除。如果在一路光纤出现故障，则可以使用另一路光纤以确保通信。

3结语

综上所述，计算机通信技术在配电网络系统中的应用是配电网自动化控制的基础，可有效提高配电自动化水平和配电网络的智能化程度。作为先进的计算机通信技术，光纤通信技术现在已经逐渐被应用到配电网的通信系统中，从而实现配电网通信的可靠性、实时性、双向性、灵活性、可靠性。因此，对光纤通信技术在配电网中的应用进行探讨对于提高配电网络的通信效率至关重要。

参考文献：

[1]叶静,曹春萍,景如霞.计算机通信技术在配电网中的应用研究[J].中国新通信,2016,18(08):49-49.

[2]刘庆安,李平.计算机通信技术在配电网中的应用分析[J].城市建设理论研究(电子版),2016,000(010):1356-1356.

[3]廉哲浩.计算机通信技术在配电网中的应用分析[J].工业C,2016(4):77-77.

作者：牛霞 单位：运城学院