地區級配電網自動化通信網絡設計研究

黃鎮宏

（廣東嶺南設計院有限公司，廣東 廣州 510655）

0 引 言

電力系統的穩定運行依賴于準確且實時的信息傳輸，而地區級配電網直接面向最終用戶，其通信網絡設計的合理性直接影響到自動化管理系統的整體性能[1]。自動化通信網絡的設計不僅要考慮數據的實時性和準確性，還需確保系統在各種環境下能夠穩定運行，如極端氣候和復雜地形等。此外，隨著分布式能源和可再生能源的日益集成，地區級配電網的通信網絡需要具備高度的靈活性和擴展性，以便有效地整合新興資源。因此，文章深入探討地區級配電網自動化通信網絡的設計原則與實施方案，并采用科學的設計方法和細致的結構規劃，以提升整個電力系統的性能和響應能力，為同領域的研究與實踐提供堅實的理論基礎與參考。

1 地區級配電網的自動化通信網絡設計原則

1.1 整體規劃原則

在地區級配電網的自動化通信網絡設計中，應遵循整體規劃原則，符合國家電網發展戰略與實際工作需求，確保通信網絡規劃與配電網業務發展緊密結合。按照“因地制宜、統一規劃、適度超前、分步實施”的總體思路，制定配電通信網的發展藍圖[2]。首先，根據地區具體情況，綜合考慮地形、氣候、現有基礎設施等因素，確保規劃的可行性與適應性。其次，統一規劃應滿足各類業務發展需求，確保通信網絡設計的全面性與系統性。適度超前的規劃則需預見未來技術發展趨勢，以為配電網的長期發展預留足夠的空間。最后，在技術規范方面，高壓配電網通信技術必須嚴格遵循《中國南方電網有限公司35 kV 及以上電網二次系統規劃技術原則》（Q/CSG1201002—2015），確保技術方案的標準化與一致性[3]。

1.2 網絡建設原則

在地區級配電網自動化通信網絡的建設中，必須確保建設規模與配電終端的信息處理能力相匹配，充分考慮智能分布式配電終端的數據處理需求與遙測、遙信、遙控終端的通信需求。一方面，建設規模的確定要基于對配電數據流層次的深入分析，明確區分數據流的匯聚層和接入層，以確保數據傳輸的高效性和準確性[4]。另一方面，對于配電通信網絡的技術選擇，將以太網技術作為接入層設備的首選技術，并積極探索和試點應用分組傳送網（Packet Transport Network，PTN）技術，以提升網絡的承載能力和服務質量。同時，在使用工業以太網時，要特別關注通道的自愈保護機制，優先考慮采用環形拓撲結構，以增強網絡的穩定性和可靠性。

2 地區級配電網的自動化通信網絡設計方案

2.1 總體結構設計

通過設計地區級配電網的自動化通信網絡，確保終端與主站之間形成一個實時、可靠的信息交互系統，從而推動配電網的自動化高效管理，使配電網通信系統實現高速傳輸[5]。因此，將配電網自動化通信網絡系統分為配電通信接入網、配電網通信骨干網、配電網通信主站3 個層次，層次邏輯結構如圖1 所示。

圖1 地區級配電網自動化通信網絡邏輯結構

2.2 通信網主站方案

通信網主站的設計核心在于確保終端之間信息交互的實時性與可靠性。主站不僅是信息處理的樞紐，還承擔著監控、控制及管理的功能，是推動配電網高效管理的關鍵節點。因此，通信網主站的設計采用了先進的互聯網協議/多協議標記交換（Internet Protocol/Multi-Protocol Label Switching，IP/MPLS）技術，以確保多種業務類型的高效傳輸。主站核心采用高性能服務器，如HPE ProLiant DL380 Gen10，其配備有高速處理器和大容量內存，能夠確保數據處理的高效性和穩定性。為確保網絡的可靠性和安全性，主站還設有多個冗余設計，包括冗余電源系統、雙機熱備服務器、同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）以及雙網絡架構。數據中心通過高速光纖連接至骨干網，并通過光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設備與接入網層的各配電自動化終端相連，如華為技術有限公司的MA5800 系列。此外，主站還配備有先進的網絡管理軟件，如Cisco Prime Infrastructure，用于網絡配置、監控及性能管理，以確保整個通信網絡的可視化，并優化運維。通過應用這些先進設備和技術，構成了一個高效、可靠的通信網主站，為地區級配電網的自動化管理提供堅實的技術支持。

2.3 配電網通信骨干網方案

在配電網自動化通信網絡的設計中，骨干網是實現高速傳輸和信息交互的核心部分。因此，骨干網的設計方案應著重考慮網絡的帶寬、穩定性和可擴展性。骨干網通常采用高可靠性的SDH 或IP/MPLS 技術，以支持各類業務數據的高速傳輸和優先級管理。配電網通信骨干網的主干傳輸可采用華為技術有限公司OSN 8800 系列或中興通訊股份有限公司ZXMP M900 系列的SDH 設備。這些設備能夠滿足大容量的傳輸需求，并提供靈活的網絡拓撲結構選項，如環形或網狀結構，從而增強網絡的冗余性和故障恢復能力。同時，為提高數據傳輸的效率和靈活性，骨干網應配備IP/MPLS 路由器，如思科系統公司的ASR 9000 系列，有效地管理和調度不同類型的業務流量，確保業務的分級和質量保障。此外，為了提升通信網的覆蓋能力并滿足地形復雜區域的通信需求，骨干網還結合無線傳輸技術，如通用無線分組業務/碼分多址（General Packet Radio Service/Code Division Multiple Access，GPRS/CDMA），通過虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）建立安全的遠程通信通道。此種混合通信模式能夠確保在有線通信受限的區域也能實現可靠的數據傳輸。

2.4 配電通信接入網方案

配電通信接入網是實現地區級配電網自動化通信網絡的最后一環，主要負責收集各配電終端的數據并將其傳輸到骨干網。在設計配電通信接入網時，采取的關鍵技術包括光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）和無線接入技術，以提高網絡的覆蓋范圍和傳輸質量。對于光纖接入，選擇華為技術有限公司的MA5600T 系列OLT 設備作為接入點。該設備能夠提供高密度的無源光網絡（Passive Optical Network，PON）接口，支持高帶寬和遠距離覆蓋。同時，配合使用吉比特無源光網絡（Gigabit-Capable Passive Optical Network，GPON）或xPON 技術，以實現更高效的數據聚合，降低網絡的建設和維護成本。此外，接入網中還應配置相應的傳輸單元（如華為技術有限公司的SmartAX MA5671）、配套的分纖器、光纖連接器，以支持大量終端設備的接入。對于地形復雜或光纖敷設不便的地區，可以采用無線接入技術，如GPRS/CDMA 技術，并通過VPN 技術確保數據傳輸的安全性。無線接入部分可以選用中興通訊股份有限公司的ZXHN F600W 無線路由器，以提供穩定的無線連接，并支持遠程數據傳輸到通信主站。

3 配電網自動化通信網絡設計方案性能測試

3.1 測試目的

性能測試旨在驗證設計的配電網自動化通信網絡方案的實時性、穩定性、可靠性及故障恢復能力，以確保通信網絡能夠有效地支持配電網的高效管理，并在各種操作條件下保持高速數據傳輸。

3.2 測試方案

首先，在通信網主站性能測試中，使用HPE ProLiant DL380 Gen10 服務器進行連續運行和數據處理測試。通過模擬高負載情況，驗證服務器的處理能力和多任務處理性能。同時，進行網絡管理軟件Cisco Prime Infrastructure 的功能測試，包括網絡配置、監控和性能管理，確保軟件能有效地管理整個通信網絡。

其次，骨干網穩定性和帶寬測試，使用華為技術有限公司OSN 8800 系列和中興通訊股份有限公司ZXMP M900 系列的SDH 設備進行持續傳輸測試，通過思科系統公司ASR 9000 系列路由器進行IP/MPLS路由調度測試。測試時要關注高數據流量下的網絡響應時間和故障恢復時間，以評估網絡架構的冗余性和故障恢復能力。

最后，利用FTTH 技術和無線接入技術實地測試接入網的覆蓋范圍和傳輸質量。對于光纖接入，需要評估華為技術有限公司MA5600T 系列的OLT 設備在不同距離和不同環境下的傳輸效率和信號穩定性。對于無線接入，需要利用GPRS/CDMA 技術和中興通訊股份有限公司的ZXHN F600W 無線路由器，測試遠程數據傳輸的穩定性和速率。

3.3 測試結果

配電網自動化通信網絡設計方案性能測試結果如表1 所示。

表1 配電網自動化通信網絡設計方案性能測試結果

由表1 可知，通信網主站的實時性能表現出色，主站響應時間短。骨干網的高吞吐量和低延遲進一步證明了網絡傳輸能力的穩定性和可靠性，適合大規模的數據處理。同時，光纖網絡實現了100%覆蓋，無線網絡的信號強度優于設計標準，能夠確保遠距離傳輸的可靠性。此外，設計的通信網絡具備高度的可靠性和快速的自愈能力。測試結果不僅證實了設計方案的優越性，而且展示了該通信網絡在極端情況下的韌性和可靠性。

4 結 論

文章從配電網自動化通信網絡的總體結構設計、通信網絡主站方案設計、配電網通信骨干網方案設計等方面入手，構建了全新的配電網自動化通信網絡。性能測試結果證實，提出的通信網絡不僅在理論上具有創新性，而且在實際應用中也展現了卓越的性能，尤其在實時性、穩定性及可靠性方面超越了現有的設計標準。本次研究成果不僅對地區級配電網自動化改造具有參考價值，還為未來的通信網絡設計提供了實用的理論指導和技術參考，有助于推動配電網自動化和智能化的發展。