1、5.5配电通信网络建设方案5.5.1建设原则配电通信网络是智能配电各类信息的传输载体，其建设应充分利用电力系统资源，与配电网的发展同步进行。石嘴山市应根据各种配电网业务的需求，结合通信技术的发展，考虑配网网架频繁变动的特点，以“可靠、安全、兼容、经济、开放“为原则，合理选择通信方式，最终在石嘴山建成一个能满足未来5-10年配电数据通信需求、智能终端通信覆盖率达到100% 的配电通信网络。石嘴山配电通信网络建设具体遵循原则如下：1. 可靠性：配电通信网络设计标准应满足配电自动化的通信业务需求，满足智能配电网发展需求，采用成熟、可靠的现代主流通信技术建设。2安全性：在建设配电通信网络时，应重视网络
2、信息安全，加强网络优化工作，优先使用专网通信，采用公网通信方式应采取相应的安全防护措施，构筑网架坚强、灵活可靠的通信网络，确保电网安全可靠运行。3兼容性：在采用多种通信方式进行配电通信网络的建设时，应建设配电通信综合接入平台，应统一技术标准，实现统一接入和统一规范。 4经济性：配电通信网络的建设和改造应充分利用现有通信资源，完善配电通信基础设施，避免重复建设。在满足现有配电自动化需求的前提下，充分考虑业务综合应用和通信技术发展前景，统一规划、分步实施、适度超前。5. 开放性：配电通信网络在满足近期应用的基础上，应考虑到智能电网的不断发展，在各方面为远期的扩充与发展预留条件，同时应在规划、设计、
3、建设、运行管理、维护等各环节建立健全保障机制，具备良好的可持续发展能力。5.5.2通信技术分析通信系统是配电自动化系统的重要组成部分，是整个系统的神经网络，其性能与可靠性的好坏直接决定整个系统功能的实现及自动化水平程度。而通信系统的建设是以来于通信技术的发展，当前配用电通信网中，各种通信方式都有应用，随着自动化应用的日益成熟，逐渐形成以光纤通信为主、辅以无线通信的现状，针对这一局面，结合配电网的需求对主流的光纤通信技术和无线通信技术进行分析。（1） 光纤通信技术光纤通信技术是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的通信手段。目前，光纤通信技术已很成熟，并且已在电力系统中广泛应用，对比于其他
4、通信方式主要有以下优点：光纤传输频带宽、通信容量大，传输损耗小，光电隔离，不受电磁干扰，组网方便、灵活。光纤通信接入从技术上可分为两大类：有源光网络和无源光网络，在配电网中有源光网络以光纤以太网交换机方式为代表、无源光网络以 EPON 为代表。A、有源光网络(AON)有源光网络是指局端设备（CE） 和远端设备（RE ）之间，通过有源光传输设备相连，在节点和节点之间需要经过光-电-光的转换，以工业以太网、SDH 技术为代主。B、无源光网络(PON)无源光网络在光分支点安装光分支器，可在树型、环型等多种拓扑结构下的纯光纤网络中，实现高速的光纤通信。在配电通信网中，目前应用的无源光网络主要是以太网无
5、源光网络（EPON ）技术。EPON 采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。具有低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组以及方便与现有以太网完全兼容等特点。EPON 工作原理:基于无源光网络 PON 的一种实用无源光网络技术，采用 WDM 技术及纯光缆介质传输，实现单纤双向传输，支持点对点、点对多点模式，是几种最佳技术和网络机构的结合，其传输示意见图 5-1 所示。图 5-1 EPON 传输示意图为了分离同一根光纤上多个用户来去方向的信号，采用以下两种复用技术： 下行数据流：采用广播技术，见图 5-2 所示。图 5-2 数据传输示意图 在 ONU 注册成动后分配一个唯一
6、的 LLID； 在每一个分组开始之前添加一个 LLID，替代以太网前导符的最后两个字节； OLT 接收数据时比较 LLID 注册列表，ONU 接收数据时，仅接收符合自己的 LLID 的帧或者广播帧。上行数据流：采用 TDMA 技术，见图 5-3 所示。图 5-3 数据传输示意图 OLT 接收数据前比较 LLID 注册列表； 每个 ONU 在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧； 分配的时隙补偿了各个 ONU 距离的差距，避免了各个 ONU之间的碰撞。配套设备：EPON 的系统结构简图如图 5-1 所示，一个典型的系统由 OLT、ONU、ODN 组成。OLT（Optical Line Termi
7、nal）是光线路终端，提供网络集中和接入的功能，还可以针对用户的 QoSSLA 的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。ONU（Optical Network Unit）是光网络单元，与用户端设备合为一体，负责下行数据的接收和上行数据的发送。ODN（Optical Distrib Network）是光分配网络，是一个连接OLT 和 ONU 的无源设备，负责下行数据的分发、上行数据的集中。组网模式：EPON 的组网模式非常灵活，支持星型、树型、总线型、环型、双环网自愈型。C、AON 技术与 PON 技术对比对比项目 AON（工业以太网） PON（工业以太网）传输速度 快 非常快，无光电转换技
8、术成熟度 高 高，电信行业已普及节点失效率 较高，单点失效影响全网 非常低，仅失效节点抗干扰能力 高，光电信号隔离传输 更高，光信号传输更高，无信号传输 低，双模光缆 高，单模光缆设备兼容性 一般，多厂家设备差异 一般，多厂家设备差异使用范围 配电通信网 配电通信网、用户接入网行业应用情况 较成熟 试点推广中设备供应厂家 多，但参差不齐 不多，多为成熟大厂家（2） 无线通信技术无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号在空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，主要包括微波通信和卫星通信，微波是依靠间隔几十千米建设的中继站进行传播的，频带宽、容量大、但距离有限，
9、卫星通信是利用卫星作为中继站与地面之间建立微波通信联系的。目前在城市配电网中应用的具有竞争力的无线技术包括 Wimax、McWiLL 、GPRS 和安全网管型GPRS。A、 Wimax 技术WiMAX 全称为全球微波接入互操作性，是基于 IEEE802.16 标准的一项无线城域网技术，可提供最后一公里的固定和移动宽带无线接入。WiMAX 通信技术能够在城域网范围内以一点对多点的方式实现宽带无线接入。WiMAX 工作频带可从 266GHz，信道带宽可在 1.520MHz 范围内灵活覆盖。WiMAX 最大覆盖范围达50km，支持高达 70Mbit/s 的共享数据传输速率。可以采用多扇区技术来提高系
10、统容量，一个扇区可同时支持 60 多个采用 E1/T1 的企业用户或数百个配网监测点。B、 McWiLL 技术McWiLL（Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路）是我国自主开发的宽带无线接入技术。McWiLL 技术源于同步码分多址（ SCDMA）技术，是在 SCDMA技术基础上的演进和革新。McWiLL 系统是完全基于 IP 分组交换的宽带无线系统，采用宏蜂窝网络结构，覆盖半径可达 1050km ，典型市内覆盖半径 1 3km，可以实现真正意义上的非视距传输。传输速率上，5MHz 的信道带宽下，R4 系统的最大净荷吞
11、吐量可达8Mbit/s，终端最大峰值数据速率 3Mbit/s，而 R5 系统的基站净荷吞吐量可达 15Mbit/s，终端最大峰值数据速率为 5Mbit。C、 GPRS 技术GPRS 即“通用分组无线业务”（General Packet Radio Service)，是基于 GSM 网络上开通的一种新型的分组数据传输技术。目前GPRS 提供高达 115kb/s 的传输速率(最高值为 171.2kb/s)，同时支持 TCP/IP 协议。GPRS 提供端到端的、广域的无线 IP 连接，实现依据数据传输量来收费，而不是单纯的以联机时间计费。适用于频繁传送小数据量和非频繁传送大量数据的应用，目前，在我国
12、电力配网中的适用范围为无线抄表系统、无功补偿系统、负荷控制系统等。传统解决方案（见方案拓扑图 5-4）：图 5-4 方案拓扑结构配网自动化终端由配网设备和 GPRS DTU InDTU132G 或GPRS 路由器 InRouter（以下统称移动数据终端）构成，移动数据终端采用 RS485/232 串口或 RJ45 网口和配网设备连接，将相应监控数据通过移动运营商提供的 GPRS 专线网络传输到用户行业应用中心。应用中心系统采用专线或隧道的方式，与移动运营商核心网络联接，并最终与现场移动数据终端组成无线专网。用户业务数据通过移动数据终端接收后，直接上传到应用中心系统。结合中国移动 WMMP 管理
13、平台解决方案（见方案拓扑图 5-5）：图 5-5 方案拓扑结构该方案结合中国移动 WMMP 管理平台，将业务数据与管理数据分开传输，用户可实现对下端设备的统一管理、统一配置等。配网自动化终端由配网设备和移动数据终端构成，移动数据终端采用 RS485/232 串口或 RJ45 网口和配网设备连接，将相应监控数据通过 GPRS 网络传输到移动的行业终端监控管理系统。应用中心系统采用专线或隧道的方式，与行业终端监控管理系统联接。行业终端监控管理系统负责接收配网设备上传的业务数据和网络管理数据。业务数据也可通过移动数据终端接收后，直接上传到应用中心系统。D、 安全网关型 GPRS 技术电力二次系统安全
14、防护规定 （电监会 5 号令）确定的“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”十六字方针及电力二次安全防护方案对“110kV 及以下的变电站安全防护”中提出的 “远程通信网络优先使用电力调度数据网，其次可以选用专线，再次可以选用公网，但是使用公网时通信必须加密（可软加密） ”等要求全面开展的安全防护工作，对加大网络与信息安全保障力度、保证正常生产运行信息畅通、保障电力二次系统安全具备重大的战略意义。现有中国移动推出的 GPRS 网络，支持无线方式的分组包交换功能，其永远在线，快速传输、按流量计费的特点，很好的满足了用户对数据业务的需求，同时已具备一定的安全性，其采用两个方面的防护措施：一是每个
15、终端插有一张 SIM 卡（具备一定的加密认证功能） 。二是在 GGSN（Gateway GPRS Support Node，网关GSN）和企业路由器之间建立 GRE 隧道（通用路由协议封装）以保证网络传输的安全性，但由于 GPRS 是基于 IP 的骨干网且目前许多黑客都对 TCP/IP 协议非常熟悉，这就使得它更容易受到来自黑客、管理人员、服务提供商、合作者等方面的攻击。结合国家对配电通信网安全性的要求及现有 GPRS 模式存在的潜在风险，提出了安全性更高、更可靠的安全网关型 GPRS 模式，其系统方案见图 5-6 所示。主站安全网关( 机架式 、 最大并发用户支持 2 0 0 0 0 )中国移动（ A P N 设备 ）2 M 光 纤网络S C A D A 服务器S C A D A 工作站前置机前置机数据库服务器接入 路由器配电自动化系统G P R S配电终端子站安全网关 （ 嵌入式 ， 安装与配电终端内部 ）配电终端子站安全网关 （ 嵌入式 ， 安装与配电终端内部 ）图 5-6 安全网关型 GPRS 通信模式配电终端通过串口与子站安全网关相连，安全网关基于电力调度数字证书对数据进行身份认证、协议封装加密后通过光纤网络发送到主站安全网关。配调系统专设 1 台主站安全网关。主站安全网关基于电力调度
