CN110798263A - 一种智能配电网通信多维度组网结构 - Google Patents

一种智能配电网通信多维度组网结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能配电网通信多维度组网结构，所述配电网通信网包括配电网通信专网和配电网公网两部分，所述配电网通信专网至少包括骨干网通信和接入网通信两个层面，所述配电网通信专网至少采用光纤通信组网架构、光纤通信数据网组网架构、EPON星型组网架构、中压载波组网架构、基于无线专网的配网自动化组网架构以及无线宽带接入组网架构中之一种；所述配电网公网通信采用GPRS或3G，实现配电终端与主站直接通信。实施本发明，可以提高当前智能配电网的通信可靠性以及组网灵活性。

Description

一种智能配电网通信多维度组网结构
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种智能配电网通信多维度组网结构。
背景技术
智能配电网，是配电网自动化发展的高级形态，由电力设备和通信设备组成。智能配电网既满足了分布式能源与储能设备等新能源新设备的接入需求，也满足了用户与电网互动式用电的需求，从而实现了配电网的精细化管理，使整个智能电网能满足对建设与运行的灵活性、可靠性和经济性的高层次要求。
从技术层面上看，智能配电网通过先进的计算机技术和电力电子技术，并融合了高效的通信技术和传感器技术，构建了具备集成、互动、自愈、优化等特征的智能配电系统，从而实现了配电网对电力、信息和业务流的高效双向运作与整合。此外，智能配电网还可以通过对配电网的灵活调控，全面提升电网的电能质量，并使各类应用系统成为一个有机整体。
但是，我国智能配电网在建设中还存在很多的问题，如配电网自动化的点多量大、涉及面很广，而早期系统只解决了少数馈线的自动化而没有对整个配电网实现科学管理，投入产出比效果不好；系统建设上，信息标准化工作重视不够，相关系统和信息的整合和关联缺乏整体的考虑，难以实现与其它生产信息系统之间的互联或共享，造成信息孤岛。
此外，GIS在配电网自动化中的应用也不成功。GIS是配电网自动化的重要基础平台之一，是配电网建模和图形的来源，也是实现故障定位，停电管理等功能的重要基础平台。但是，早期开发厂商对GIS(Geographic Information System)建模缺乏深入研究，导致GIS未能满足配电网动态应用的需求，未能做到实时分析计算等工作。而且，由于GIS和配电SCADA主站之间的模型和接口等没有经过精密的设计，导致后期应用无法实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种智能配电网通信多维度组网结构，可以提高当前智能配电网的通信可靠性以及组网灵活性。
为了解决上述的技术问题，本发明的一方面，提供一种智能配电网通信多维度组网结构，所述配电网通信网包括配电网通信专网和配电网公网两部分，所述配电网通信专网至少包括骨干网通信和接入网通信两个层面，其中：
所述骨干通信网用于实现110k V/35k V变电站到主站系统通信；
接入网通信用于实现35k V变电站以下，10k V配电房/开关至380V用电的通信；
所述配电网通信专网至少采用光纤通信组网架构、光纤通信数据网组网架构、EPON星型组网架构、中压载波组网架构、基于无线专网的配网自动化组网架构以及无线宽带接入组网架构中之一种；
所述配电网公网通信采用GPRS或3G，实现配电终端与主站直接通信。
优选地，所述骨干层利用光纤传输网，接入层汇聚信息后通过MSTP专线传输至主站系统；或者骨干层采用新建的配网专用数据网，采用光纤直连，组成IP数据网。
优选地，所述光纤通信组网架构，其骨干层利用光纤传输网，接入层汇聚信息后通过MSTP专线传输至主站系统，其接入层采用EPON或以太网交换机。
优选地，所述光纤通信数据网组网架构，其骨干层部署配网专用数据网，采用光纤直连，组成IP数据网；其接入层采用EPON或以太网交换机。
优选地，所述EPON星型组网架构，主要采用星型和手拉手组网两种类型。
优选地，所述中压载波组网架构，其中压载波主要采用“1主载波机+N个从载波机”的主从通信方式；中压载波通信基于主从体系，采用轮询方式通信，一台主载波管理多台从载波；主载波安装在具有上行光纤通道的变电站，从载波安装在10k V配电站，各配电站的终端用于通过RS232和从载波连接，终端采集到的数据用于通过从载波上传至主载波，然后通过光纤通道上传至应用平台。
优选地，所述基于无线专网的配网自动化组网架构，其采用的无线专网技术包括：TD-LTE、Wi MAX或Mc WiL。
实施本发明，具有如下的有益效果：
本发明提供一种智能配电网通信多维度组网结构，所述配电网通信网至少采用光纤通信组网架构、光纤通信数据网组网架构、EPON星型组网架构、中压载波组网架构、基于无线专网的配网自动化组网架构以及无线宽带接入组网架构中之一种；重点提出EPON组网模式以及无线公网组网模式等，并针对在 GPRS通信存在通信困难的前提下，提出一种无线宽带接入架构。可以根据不同地区电网自身通信特点提出组网架构，并在整体组网模式的基础上，给出部分组网应用的实例，从而为当前智能电网的通信提供了实例。从而可以提高当前智能配电网的通信可靠性以及组网灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种智能配电网通信多维度组网结构的架构示意图；
图2是本发明提供的一种智能配电网通信多维度组网结构的原理图；
图3是本发明相关的光纤通信组网架构的结构示意图；
图4是本发明相关的光纤通信数据网组网架构的结构示意图；
图5是本发明相关的EPON星型组网架构的结构示意图；
图6是本发明相关的基于中压载波组网架构的结构示意图；
图7是本发明相关的基于无线专网的配网自动化解决架构的结构示意图；
图8是本发明相关的GPRS组网通信解决架构的结构示意图；
图9是本发明相关的无线宽带接入架构的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种智能配电网通信多维度组网结构，其中包括：针对当前智能配电网的通信可靠性要求，提出一种多维度的组网模式，含配电通信网的骨干网组网架构、配电通信网接入层的组网架构，并重点提出EPON组网模式、无线公网组网模式等，并针对在GPRS通信存在通信困难的前提下，提出一种无线宽带接入架构。
如图1所示，示出了图1是本发明提供的一种智能配电网通信多维度组网结构的架构示意图；一并结合图2至图9所示，本发明提供的一种智能配电网通信多维度组网结构，所述配电网通信网包括配电网通信专网和配电网公网两部分，所述配电网通信专网至少包括骨干网通信和接入网通信两个层面，其中：
所述骨干通信网用于实现110k V/35k V变电站到主站系统通信，骨干网可以实现全光纤覆盖，一般采用传输网或数据网模式；
接入网通信用于实现35k V变电站以下，10k V配电房/开关至380V用电的通信，接入网一般可采用的通信技术包括光纤通信(EPON、工业以太网交换机)、中压电力线载波、电力无线宽带专网等；
所述配电网通信专网至少采用光纤通信组网架构、光纤通信数据网组网架构、EPON星型组网架构、中压载波组网架构、基于无线专网的配网自动化组网架构以及无线宽带接入组网架构中之一种；
所述配电网公网通信采用GPRS或3G，实现配电终端与主站直接通信。
更具体地，所述光纤通信组网架构，其骨干层利用光纤传输网，接入层汇聚信息后通过MSTP专线传输至主站系统，其接入层采用EPON或以太网交换机。
所述光纤通信数据网组网架构，其骨干层部署配网专用数据网，采用光纤直连，组成IP数据网；其接入层采用EPON或以太网交换机。
所述EPON星型组网架构，主要采用星型和手拉手组网两种类型。
所述中压载波组网架构，其中压载波主要采用“1主载波机+N个从载波机”的主从通信方式；中压载波通信基于主从体系，采用轮询方式通信，一台主载波管理多台从载波；主载波安装在具有上行光纤通道的变电站，从载波安装在 10k V配电站，各配电站的终端用于通过RS232和从载波连接，终端采集到的数据用于通过从载波上传至主载波，然后通过光纤通道上传至应用平台。
所述基于无线专网的配网自动化组网架构，其采用的无线专网技术包括： TD-LTE、Wi MAX或Mc WiL。
下述结合图2至图9对每种组网架构进行说明如下：
对于所述光纤通信组网架构，其骨干层利用光纤传输网，接入层汇聚信息后通过MSTP专线传输至主站系统，其接入层采用EPON或以太网交换机。
具体请参见图3所示；
对于所述光纤通信数据网组网架构，其骨干层部署配网专用数据网，采用光纤直连，组成IP数据网；其接入层采用EPON或以太网交换机，具体请参见图4所示。
而EPON技术在配电网通信接入层技术应用中，组网方案主要采用星型和手拉手组网两种类型。其中星型组网可参见图5所示：
星型链路拓扑适用于线路主线采用星型拓扑结构条件下的配电网光纤组网。为了后续扩容或升级为手拉手环网结构，终端应采用双上行口。每个OLT的 PON口所带ONU数量不超过10个。
对于中低压电力载波解决架构，其中，电力载波通信是一种成熟的电力网络通信技术，其传输原理是将信号调制后利用耦合设备连到输电线进行传输。配电网载波通信的传输利用现有的输电线，不需另架设通信线路，这样既降低通信建设成本，又可以利用配电线路通信到配电网关心的任何测控点。除此外，由于载波信号加载在电力线上，不必经过无线电管理委员会的许可；不需要通信部门的审批或介入；运行过程中，设备的检修在电力部门内部，无需通信部门的配合，安全可以得到保证。
中压载波主要采用“1主载波机+N个从载波机”的主从通信方式，网络结构如图6所示。中压载波通信基于主从体系，采用轮询方式通信，一台主载波管理多台从载波。主载波安装在具有上行光纤通道的变电站，从载波安装在10k V 配电站，各配电站的终端通过RS232和从载波连接，终端采集到的数据通过从载波上传至主载波，然后通过光纤通道上传至应用平台，具体可参见图6所示。
对于无线专网通信解决架构，其中，为了电网业务的发展需求，采用电力无线专网通信能保障电网业务的安全、保证产业链的成熟发展。目前可采用的无线专网技术TD-LTE、Wi MAX、Mc Wi L可以满足三遥节点通信需求，具体可参见图7所示。
对于无线公网通信解决架构，目前主要通过GPRS实现延时不敏感、安全性要求不高的业务。大部分“遥测”、“遥控”业务采用GPRS组网。图8示出一种GPRS组网通信解决方案。而图9示出了一种无线宽带接入方案。
为了便于说明本发明，下述以一个具体的例子进行说明：
为验证上述通信组网模式的可行性和实用性，本发明以某市电力企业通信组网作为具体案例进行详细阐述：
一、某市配电网概况及组网问题分析
截至2018年底，某市辖区500k V变电站1座，220k V变电站12座，110k V变电站46座。全部变电站配出的10k V线路1009条，线路总长 6250km，其中电缆线路4401km、架空线路1849km，公用线路754条。主城区共有开关站1318面，符合“三遥”标准的开关柜23面，自动覆盖率1.21％。柱上开关1119台，其中自动化开关42台。
关于目前该市配电网通信技术现状存在问题：
(1)目前某市供电局在配电网业务上主要租用GPRS公网来实现对延时要求不敏感的、通信次数少的“遥测、遥信”业务。但是目前GPRS是按流量计费，随着配电网业务增加，对于大数据量运行费用较高。
(2)除此外GPRS无线公网不能完全满足电力系统的特殊要求。如在为电力客户提供数据传输的过程中，其数据的安全性得不到有效保障，可能导致数据的丢失、修改或泄密。
(3)由于某市处于沿海地带，自然灾害频发，当遇到紧急情况或者自然灾害时，GPRS网络或CDMA网络无法实现生产/应急调度指挥、现场视频监控等增值业务功能，因此无法成为现有光纤网络的有力补充，无法通过无线技术手段对网络进行及时有效的恢复，整个网络应急抗灾能力差。
(4)由于GPRS/CDMA网络技术本身的局限性，使得使用时的准确性和及时性得不到有效保障，不能确保信息24小时在线服务。同时该系统也受到网络、周边环境的限制，接通率、稳定性均不能满足电力系统的特殊要求。
以上情况造成了制约某市供电局智能电网发展的主要原因。因此，有必要建设一套电力无线宽带专网解决现阶段某市供电局对配电网业务需求。根据本文前面章节的分析得出的结论，无论从技术优势、产业成熟度以及全世界无线宽带城域网建设积累的成功经验等方面综合考虑，TD-LTE无线宽带接入技术完全符合本次项目的建设要求，这必将大大改进某市供电局现有的以“光纤+铜缆”为主，以GPRS为辅的传输方式。成为光纤通信的有力补充，也为未来配电网业务的扩容或升级做准备。
二、具体组网方案
结合以上的问题，本文将该TD-LTE无线宽带接入方案设计为如图8所示。
三、本发明的方法验证结果
本次测试通过实际的路测对TD-LTE网络覆盖范围进行准确评估，获取覆盖范围的信息。测试需要的设备：笔记本电脑1台、华为dongle卡+2天线1 套、华为PROBE路测软件1套、GPS(holux GR-213u)1套。具体测试步骤为：
(1)确认所有基站工作正常，无异常告警；
(2)将路测板卡与测试PC连接好；
(3)按拟订测试路线行驶，将测试路测板卡天线和GPS固定在窗外，驾驶测试车沿着基站天线覆盖方向行驶；
(4)路测软件采集的信号强度、SNR(Signal To Noise Ratio)值、GPS 信息，整合到地图上，得出基站覆盖范围；
(5)对每个基站进行路测，得出每个基站的覆盖范围和所有基站的覆盖范围。
(6)采集的数据进行处理，制作区域覆盖效果图。
通过测试，得到以下的结果：
(1)30米站高情况下，一般遮挡的普通城区覆盖可达2.5km以上，严重遮挡的密集区域(近距离无明显阻挡)覆盖可达1.5km以上。
(2)20米站高情况下，一般遮挡的普通城区覆盖可达1.5km
以上，严重遮挡的密集区域覆盖可达1km以上。
实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供一种智能配电网通信多维度组网结构，所述配电网通信网至少采用光纤通信组网架构、光纤通信数据网组网架构、EPON星型组网架构、中压载波组网架构、基于无线专网的配网自动化组网架构以及无线宽带接入组网架构中之一种；重点提出EPON组网模式以及无线公网组网模式等，并针对在 GPRS通信存在通信困难的前提下，提出一种无线宽带接入架构。可以根据不同地区电网自身通信特点提出组网架构，并在整体组网模式的基础上，给出部分组网应用的实例，从而为当前智能电网的通信提供了实例。从而可以提高当前智能配电网的通信可靠性以及组网灵活性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能配电网通信多维度组网结构，所述配电网通信网包括配电网通信专网和配电网公网两部分，其特征在于，所述配电网通信专网至少包括骨干网通信和接入网通信两个层面，其中：
所述骨干通信网用于实现110kV/35kV变电站到主站系统通信；
接入网通信用于实现35kV变电站以下，10kV配电房/开关至380V用电的通信；
所述配电网通信专网至少采用光纤通信组网架构、光纤通信数据网组网架构、EPON星型组网架构、中压载波组网架构、基于无线专网的配网自动化组网架构以及无线宽带接入组网架构中之一种；
所述配电网公网通信采用GPRS或3G，实现配电终端与主站直接通信。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述骨干层利用光纤传输网，接入层汇聚信息后通过MSTP专线传输至主站系统；或者骨干层采用新建的配网专用数据网，采用光纤直连，组成IP数据网。
3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，所述光纤通信组网架构，其骨干层利用光纤传输网，接入层汇聚信息后通过MSTP专线传输至主站系统，其接入层采用EPON或以太网交换机。
4.如权利要求3所述的结构，其特征在于，所述光纤通信数据网组网架构，其骨干层部署配网专用数据网，采用光纤直连，组成IP数据网；其接入层采用EPON或以太网交换机。
5.如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述EPON星型组网架构，主要采用星型和手拉手组网两种类型。
6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，所述中压载波组网架构，其中压载波主要采用“1主载波机+N个从载波机”的主从通信方式；中压载波通信基于主从体系，采用轮询方式通信，一台主载波管理多台从载波；主载波安装在具有上行光纤通道的变电站，从载波安装在10kV配电站，各配电站的终端用于通过RS232和从载波连接，终端采集到的数据用于通过从载波上传至主载波，然后通过光纤通道上传至应用平台。
7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述基于无线专网的配网自动化组网架构，其采用的无线专网技术包括：TD-LTE、Wi MAX或Mc WiL。
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