智能配用电通信网（精选5篇）
智能配用电通信网 篇1
0 引言
配电网作为电网直接面向客户需求的环节, 需要实时监控客户用电情况, 动态转移负荷, 提高电网供电效率[1]。珠海供电局从2004年至2012年先后采用光MODEM、光传输设备、中压载波设备、工业以太网交换机及EPON设备建设了三期配电通信网, 解决了城区128个配网站点通信, 实现三遥功能。但由于配电网具有结构复杂、配电设备数量众多、分布广、配电网自动化、计量等二次系统终端站点数量庞大、工作环境恶劣、单点信息量仅几百波特但基础数据库信息量非常庞大等特点, 同时城区光缆敷设难度较大, 易受市政施工外力破坏, 传统光纤通信网已不能满足珠海配电网迅猛发展的通信需求[2,3]。
2011年, 珠海供电局通过前期在配电网通信方面的探索和建设, 承接了“南方电网智能配用电通信综合解决方案示范区”试点工程。通过技术研究, 采用分时长期演进 (Time Division Long Term Evolution, TD-LTE) 无线通信技术, 于2012年3月7日成功开通全国第1个电力无线宽带专网, 共建设1个核心站和10个基站, 为69个10 k V配电网开关站提供多种接口的自动化和计量业务通道, 同时为户外应急抢修现场提供远程高清视频监控通道, 满足了该南网示范区负荷控制、配变监测、用电营销、线损分析、供电质量监测等快速增长的业务需求, 并最终通过了南方电网对该试点工程的整体验收。
1 珠海供电局配电通信网现状
2012年底, 珠海供电局10 k V线路共有1 027回, 电缆化率达到67.42%, 环网率达到93.48%, 配网自动化站点共有1 396个, 其中实现配电网通信覆盖站点数为451个。
1.1 配电网无线通信覆盖站点运行情况
珠海供电局采用移动公网GPRS通信覆盖的配电网站点共有323个, 试点工程前期调研并随机抽样了20个站点进行现场测试, 测试结果经汇总统计分析, 发现移动公网GPRS通信通道虽然理论上最大速率可以达到114 kbit/s, 但现场实测结果平均速率仅为53 kbit/s, 平均时延高达745 ms, 不符合《南方电网数据网络技术规范》中配网自动化终端接入链路带宽不小于2 Mbit/s、时延不大于100 ms的要求。
因此, 珠海供电局采用移动公网GPRS通信覆盖的323个配电网站点仅能实现配电网运行的“一遥”或“二遥”功能。
1.2 配电光纤通信网覆盖站点运行情况
通过汇总珠海供电局配电网年度和月度通信缺陷情况, 发现一期配电通信网采用的光MODEM设备存在速率低且无法网管先天缺陷, 二期配电通信网所采用的简易型SDH光传输设备存在由开销字节承载的数据接口通道协议转换复杂、通道故障处理复杂等缺陷, 三期配电通信网所采用的中压载波通信设备存在速率低且易受电网一次设备干扰缺陷、工业以太网交换机存在成环要求高且不抗多重失效不足、现场EPON设备分光比调整难以灵活适应配电网一次设备变动较多等缺陷。同时, 在珠海主城区配电网光缆敷设难度较大, 易受市政施工等外力破坏, 施工和运维成本较高, 单纯依靠光纤通信方式不能满足珠海配电网迅猛增长的通信需求。
2 南网示范区电力无线宽带专网建设技术方案
2.1 建设必要性
配电网二次系统终端采用公网GPRS无线通信虽然前期投入少, 可节省网络建设费用, 但随着城市配电网系统运行对自动化、计量等业务要求的提高, 二次系统终端数量规模迅猛扩大, 后期每年公网GPRS通道租用费用高昂。
同时公网GPRS无线通信仅200 k Hz带宽, 平均时延达到2 s, 由于通道共享, 在节假日网络流量高峰期容易发生拥塞, 二次系统终端无法实现实时在线, 而且电网用户无法监控公网GPRS通道运行情况, 通道质量受制于运营商的服务。更重要的是由于GSM通信加密方式已被破解, 安全可靠性低, 给配电网运行的安全可靠性带来风险。
因此, 建设电力无线宽带专网既可减少电网每年高昂的通道租用费用, 又可以灵活适应城市配电网二次系统终端复杂多变的运行环境, 同时还能为电网提供安全可控的专用通信通道。
2.2 TD-LTE电力无线宽带专网通信技术选择
随着无线通信技术的发展, 最新的4G无线通信技术具有非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、传输距离远、带宽大、不受限于地面线路结构等优点, 目前成熟的4G无线通信技术主要有TD-LTE、频分双工长期演进 (Frequency Division Duplexing Long Term Evolution, FDD-LTE) 与Wi MAX 3种, 通过对比发现:TD-LTE技术具有频带利用率高、支持非对称业务、平均时延为30 ms左右、高保密性、可网管等特点;FDD-LTE技术具有频带利用率相对较低、对非对称业务支持不够、平均时延为30 ms左右、高保密性、可网管等特点;Wi MAX技术具有频带利用率一般、平均时延为57 ms、开放性标准导致保密性相对较弱、可网管等特点。
TD-LTE无线通信技术[4,5]由于安全性好、平均时延低、支持非对称业务, 完全满足配电网通信技术需求, 同时由于频带利用率高, 满足国家无线电频率管理要求。因此, 珠海电力无线宽带专网决定采用TD-LTE无线通信技术组网。
2.3 TD-LTE无线通信技术
LTE是3G的演进, 主要增强了3G的空中接口技术, 采用正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 和多输入多输出 (Multiple Input Multiple Output, MIMO) 作为无线网络演进的唯一标准, 20 M带宽下能提供下行100 Mbit/s与上行50 Mbit/s的峰值速率。
OFDM的原理为将信道分成若干正交子信道, 将高速数据信号转换成并行的低速子数据流, 调制后在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开, 这样可以减少子信道间相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽, 因此每个子信道上的噪声可以看成平坦性衰落, 从而可以消除符号间干扰。
MIMO网络信息通过多重切割之后, 经过多重天线进行同步传送, 由于无线信号在传送过程中, 为了避免发生干扰, 会走不同的反射或穿透路径, 因此到达接收端的时间不一致。为了避免信息不一致而无法重新组合, 接收端会同时具备多重天线接收, 然后利用DSP重新计算的方式, 根据时间差的因素, 将分开的信息重新组合, 正确、快速地传送信息流。
3 南网示范区电力无线宽带专网建设
3.1 工程概况
南网示范区电力无线宽带专网是国内首个最大规模的工作于1.8 GHz的TD-LTE无线专网, 由1套核心网设备、10个无线基站和65个客户终端设备 (Customer Premise Equipment, CPE) 组成, 共承载了53个配电自动化终端、10个计量自动化终端和2个视频终端业务。
网络设计覆盖了密集城区、空旷郊区、对澳通信应急演练等场景, 涵盖了典型电力应用场景, 能够真实测试该无线宽带专网在各个典型场景下的覆盖情况及网络性能。
同时通过采用厂家经典参数模拟仿真和实际路测及点测数据相互验证, 推导出基于实际参数的网络仿真设计, 基站选址选取了10个变电站、办公楼等电力自有物业。
最后通过全网优化, 覆盖了珠海主城区约2 5%的面积 (2 0.2 8 k m2) , 该无线专网的信号覆盖范围基本与在运行配电网二次系统终端分布情况匹配。
3.2 组网设计
3.2.1 网络拓扑
珠海TD-LTE无线宽带专网网络拓扑如图1所示。
注:红色字体部分为本次新增设备。
网络对于承载的配网自动化、计量等各类业务, 根据业务类别分别定义所属虚拟局域网 (Virtual Local Area Network, VLAN) , 以便利用VLAN进行不同用户的安全隔离和流量分离, 同时用户网关设置在核心交换机VLAN接口上。
3.2.2 基站设计
为最大限度降低对基站选址物业的改造, 采用联络光电缆互联的方式, 实现屋顶天线及射频拉远单元 (Radio Remote Unit, RRU) 和通信机房内TD-LTE终端室内基带处理单元 (Building Baseband Unit, BBU) 设备分散布置, TD-LTE无线基站设备连线如图2所示。
基站所在建筑物高低应适当, 一般以天线挂高在30~60 m为宜, 以便有良好的覆盖区域, 同时还可减少铁塔等基础设施投入。建议优先选择电网自有物业作为基站选址。
3.3 网络性能
3.3.1 TD-LTE基站单小区覆盖半径
实测小区覆盖半径 (终端高度1.5 m、天线机械下倾2度、电子下倾2度) 见表1所列。TD-LTE基站在不同场景下的覆盖模型 (基站天线20 m) 见表2所列。
实测数据显示空旷区域信号覆盖范围最远可达到4 km。
通过路测和点测数据验证, TD-LTE电力无线宽带专网在30 m天线高度情况下, 其覆盖能力能够胜任一般城市配电网典型场景中二次系统终端设备的通信接入需求, 但在天线高度低或密集城区场景下还需要进一步采取调整天线方向角及下倾角等网络优化措施以提高信号覆盖效果。
3.3.2 TD-LTE站点单小区业务接入能力
珠海TD-LTE电力无线宽带专网选用的国内某厂家设备性能数据如下:当工作于1.8 GHz频率10 MHz带宽时, 其峰值速率为上行20 Mbit/s, 下行60 Mbit/s, 可提供的单小区业务接入能力为1 000个, 在300 kbit/s时可提供的并发数为200个。
3.3.3 TD-LTE站点远距离覆盖情况
某TD-LTE站点远距离覆盖测试情况见表3所列。
实测数据显示空旷区域信号覆盖范围最远可达到4 km。
3.4 网络覆盖优化方案
1) 网络区域覆盖较弱。解决方案:如现有硬件资源满足, 可采取增大天线下倾角、增大参考信号发射功率、增加天线高度等方法;如现有硬件资源无法满足, 则可采取拉远RRU、增加扇区/基站进行覆盖等方法。
2) 基站下行业务正常但上行业务无法满足。解决方案:采取实施4T4R (4通道) 策略优化。
3) CPE安装点位置信号覆盖差。解决方案:如CPE安装位置封闭且与开阔区域海拔落差较大, 可采取升高CPE安装高度、调整CPE安装位置值较开阔处等方法以增强信号接收强度;如CPE安装点在小区主覆盖范围内, 可采取安装18 d Bi高增益天线、升高CPE安装高度等方法;如CPE安装点不在小区主覆盖范围内, 可采取实施4T4R策略进行网络优化。
通过高增益天线、CPE加高等普适性方案, 可以很好解决区域弱覆盖、上行业务无法满足等问题, 从而适应配电网二次系统终端在复杂多变的运行环境中的业务通信需求。
3.5 TD-LTE无线宽带专网带宽和时延性能测试
2种业务的带宽及时延通信要求与TD-LTE无线宽带专网性能对比见表4所列。
通过系统测试, 该南网示范区TD-LTE电力无线宽带专网 (1.8 GHz工作频率5 MHz带宽) 网络性能完全满足珠海智能配用电网自动化、计量、视频监控等业务需求, 还可通过快速灵活提供高带宽低时延的通信通道, 满足珠海电力应急通信网视频等业务需求。
3.6 下一步发展
目前, 该南网示范区TD-LTE电力无线宽带专网基站工作频率为1.8 GHz, 通过实际路测发现, 基站覆盖范围小于单个变电站供电范围。通过网络仿真, 如工作频率采用0.7 GHz或1.4 GHz, 网络覆盖范围完全可以从目前的81.4%提高到92%以上。
随着公网TD-LTE无线网络的迅猛建设和发展, 为保障电网智能配用电通信网运行, 建议向国家无线电管理委员会专项申请, 采用0.7 GHz、1.4 GHz和1.8 GHz为电力无线宽带专网专用频率, 从而避免TD-LTE公网和电力专网同频干扰等现象的发生。
4 结语
通过采用TD-LTE的4G无线通信技术和EPON及工业以太网交换机的光纤通信技术、中压载波技术混合组网的方式, 依托珠海供电局电力主干通信网, 快速地解决了南网示范区供电质量监测、线损分析、负荷控制及转移、配变监测、用电营销等迅猛增长的业务需求, 较好地适应了珠海城区配用电网二次系统终端复杂多变的运行要求, 圆满完成了“南方电网智能配用电通信综合解决方案示范区”试点工程建设和验收工作。
参考文献
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[4]吴文炤.TD-LTE 230 MHz在配电线路全项在线监测系统的应用[J].电力系统通信, 2012, 33 (10) :55–58.WU Wen-zhao.Application of TD-LTE 230 MHz in the omniderection power distribution on-line Monitoring System[J].Telecommunications for Electric Power System, 2012, 33 (10) :55–58.
[5]李文伟, 陈宝仁, 吴谦, 等.TD-LTE电力无线宽带专网技术应用研究[J].电力系统通信, 2012, 33 (11) :68–70.LI Wen-wei, CHEN Bao-ren, WU Qian, et al.Applied research of TD-LTE wireless broadband private network[J].Telecommunications for Electric Power System, 2012, 33 (11) :68–70.
智能配用电通信网络技术 篇2
智能电网是当今世界电力系统发展变革的方向,它包括发、输、变、配、用和调度等各环节,应用新型控制技术、信息技术和管理技术,实现信息的智能交流。目前,我国智能电网建设工作已经全面展开,随着智能电网技术的不断发展,智能电网的业务应用系统也逐步发展和完善,对电力通信网传输带宽和可靠性等方面提出了更高的要求和挑战。配用电通信网是电力通信网络平台的重要组成部分,是电力骨干通信网的向下延伸。
智能配用电通信网应具备较高的带宽和传输速率,以保障海量数据通信的双向、及时、安全、可靠传输,而无论采用何种通信技术,均有其优点和缺点。因此,智能配用电通信网并不适合用单一的通信技术组网。此外,配用电网络是电网系统中规模最小、数量最多的末梢网络,但它是一个多节点、多分支、多交叉的复杂结构,这样的一个点数繁多、分布无规律的复杂网络特征,使得现有的配用电通信网大多为各地各部门根据实际需要分散建设,缺乏统一的网络规划,技术体制和建设标准各地相差甚大,电力通信基础资源不能得到有效利用。因此,智能配用电网组网技术研究的理论意义和应用价值日益凸显,成为一个重要的研究热点。
2 智能配用电通信网定义及其网络模型
智能配用电通信网是电力骨干通信网的向下延伸,是骨干网的接入层网络,向下覆盖到智能配电网各级站点、用户智能电表及室内通信终端、电动汽车充电站和分布式能源站点等相关设备,设备数目繁多,种类多样,且基本都处于中低压运营环境下。由于设备有各自的用途,承担的功能和业务种类繁多,对通信质量和通信方式的要求也不尽相同。因此,智能配用电通信网是一个适用于不止一种通信技术和通信手段的通信网络,并且每一种技术都根据其技术特点有其相应承担的业务和适用场景。智能配用电通信网是一个多种技术并存的复杂的通信网络。
综合智能配用电通信的需求预测、信息流量实时性与安全性的分析与计算,智能配用电通信网以配网末端边界和用户智能电表为分界点,分为配电通信网、用户接入网和用户室内网三个层次。网络模型图如图1所示。
配电通信网络范围主要覆盖配电网开关站、配电室、环网柜、柱上开关、公用配电变压器、分布式能源站点、配电线路等的通信网络,并向下延伸用于接入或汇聚用户接入网和用户室内网的业务,主要承担配电自动化以及用电信息采集的远程通信等业务。用电接入网络范围主要覆盖智能用电公变出口至用户智能电表、电动汽车充电站、分布式能源站点等的通信网络,并向下延伸用于接入用户室内网,主要承担用电信息采集、双向互动用电、智能家居、增值业务等。用户室内网范围为用户室内的通信网络,连接各种未来智能家居适用的智能终端设备,诸如家庭网关、智能交互机顶盒、IP电话、智能家电、智能家庭安全防护、智能家庭水气表抄手等等,用于实现双向互动用电服务、智能家电控制及增值业务服务等一系列智能家居通信的通信网络。
3 智能配用电通信网络架构
目前,配用电通信网承载的主要业务是配电自动化业务、用电信息采集系统业务和智能用电业务,从业务角度,配电自动化系统通信网络分为骨干通信网络和接入层通信网络,其中骨干通信网络实现配电主站到配电子站间的通信,对应了图2中的电力通信光纤骨干网;接入层通信网络主要实现配电子站到配电终端之间的通信,对应于图2中的配电通信网;用电信息采集系统的通信网络分为远程通信网络和本地通信网络。其中远程通信网络实现用电主站和集中器之间的通信,对应于图2中的电力骨干光纤通信网和配电通信网,本地通信网络实现集中器和采集器及表计之间的通信,对应于图2中的用户接入网。智能用电业务则依靠智能电表和各个家庭智能用电终端之间的通信来实现,对应于图2中的用户室内网。
4 特殊应用场景与组网技术分析
为了深入分析智能配用电通信网组网技术的特点,本文在特定的应用场景下分析相对应的技术。
4.1 EPON适用场景组网分析
基于前面提到的EPON技术特点和智能电网的建设需求和目标,未来的智能电网通信网的架设,光纤通信将是主要通信方式。采用光纤通信方式,对于配电通信网建设可铺设OPPC光缆,对用户接入网的建设,根据其双向互动、智能家居、增值业务等特点,可采用PFTTH光纤专网通信技术,保障其信道带宽、实时性、安全性以及可靠性。智能小区用户室内网通信建设方式可采用以太网无源光网络(EPON)技术,在用户室内配置ONU终端,用户智能交互终端、智能机顶盒、IP电话、电脑、智能家电等设备通过以太网借口和ONU终端互联,实现语音、数据、有线电视、视频等业务的信号接入,满足智能家居和智能小区建设的要求[1,2,3,4]。
智能电网骨干通信网建设将在很大程度上采用光纤通信,因此采用光缆来铺设智能配用电通信网具有先天优势,EPON技术的高带宽、安全性和可靠性方面的优势,将使其在经济条件满足的情况下成为智能配用电通信网接入的首选技术。在经济发达的沿海地区和大中型城市中,可统一采用光纤和EPON技术来建设智能配用电网络,特别是在新建小区中,不需要重新布线,一次性敷设就可完成,采用EPON技术更加符合智能配用电网络的业务和用户对智能配用电通信网络的越来越高标准的需求,适应智能电网的发展,为实现智能城市和智能家居做更好的准备。
4.2 电力线通信适用场景组网分析
由于智能配用电网络是中低压电网,需要连接大量的用电设备,这给智能配用电通信网的建设带来了极大的困难。电力线载波通信(PLC)是一种现在比较成熟的技术,是电力系统的特有的通信方式,它利用电力线缆作为传输媒质,通过载波传输语音和数据信号的通信方式,使其不需要另外架设通信线路,这种特点,使其在智能配用电通信网络建设中仍然有很高的应用价值。
在配电通信网建设中可采用中压PLC通信,承载用电配变和调度信息的通信,在用户接入网建设中可采用宽带载波,为配用电网络自动化系统和集中自动抄表系统提供数据传输的通道。在用户室内网建设中,电力猫和智能电表互联,IP电话、电脑、智能交互机顶盒等对带宽和数据速率要求较高的设备通过宽带载波和电力猫、智能交互终端互联;智能洗衣机、智能空调、智能热水机等需要传输控制信息的智能家电设备可通过窄带载波与智能交互终端互联;实现用户室内网络的组建和信息传输[5,6]。
电力线载波通信建设智能配用电通信网无需重新布线,建设经济快捷方便,因而使用范围极广,在现在配用电通信网应用中依然是主流方案,但是由于其自身存在的技术缺陷,在未来智能电网通信网的建设中,它将起到一个辅助和补充的作用。
4.3 GPRS/CDMA/3G等无线技术适用场景组网分析
GPRS/CDMA/3G等公网无线技术在通信网络组建上面的优势非常明显,它通信方面的各种技术成熟度非常高,商业运作模式也非常成熟,这使其在建设通信网络是无需重新布线,预算、仿真、设备和商家支持方面都非常成熟,具有一套非常完整和齐全的产业链和网络建设方案。鉴于公网无线技术的优势,在智能配电用通信网络建设中必然有其用武之地,在智能配用通信网、用户接入网中均能适用,把配用电通信网配变、接入各个环节和设备用无线通信的方式连接起来,进行通信。在用户室内网络建设中,可采用微功率无线技术,也可采用PLC技术[7,8]。
适用GPRS/CDMA/3G等公网无线通信技术建设只能配用电通信网络建设成本很低,但是需要每年向公网运营商租用带宽,使用成本较高,而且由于配用电数据信息对数据的保密性要求较公网数据信息高,可靠性要求难以满足电力系统信息传输的要求,信息通过公网接入电力专网时应采取必要的安全措施,因此实际建设配用电通信网络中,应该以实际需要为准,决定是否采用无线公网技术以及在何处适用无线公网技术来组网。
5 结束语
当前有多种组网方式可以用来搭建智能配用电通信网。但是需要针对各自的场景采用合适的组网方式。
光纤和EPON、GPON技术建设智能配用电通信网,建设成本高、建设周期长,需要大量的光缆敷设和配套的设备建设,花费大,但是技术明显具有优势,在不考虑建设成本的情况下,一旦建成,将能满足智能配用电通信网的各种业务通信需求,满足未来智能电网的发展和需要,并且具有非常好的适应性和可扩展性。从长远角度来看,采用光纤和EPON、GPON技术建设智能配用电通信网价值巨大,应当首先选择。
电力线载波通信(PLC)技术建设智能配用电通信网,无需重新铺设线路、建设周期短、经济成本具有明显的优势,但其在信号衰减和带宽等方面的技术缺陷,导致其并不能完全符合智能配用电通信网的要求,特别是双向互动业务和语音、视频等增值业务的不断出现,对智能配用电通信网带宽、速率等指标提出了更高的要求。电力线载波通信(PLC)技术在目前的智能配用电通信网建设中依然应用范围很广,可作为光纤通信的主要辅助手段,并且一旦解决其技术问题之后,依然大有可为。
GPRS/CDMA/3G等公网无线技术建设周期短、成本低,但是后期运营成本较高,并且一旦接入大量的用户,通信质量并不能够得到保证,与智能配用电通信的特点在根本上有着一定矛盾,但在一定范围内,其仍然有很高的应用价值,可以根据实际情况选择使用。
TD-LTE、Wi MAX等技术作为无线专网来建设智能配用电通信网可靠性较高,通信量较大,具有很高的应用价值,但是其网络规范、标准体系上还不够完整,频率的使用上也有一定的问题。但是发展电力无线专网是解决电力通信的一大关键,特别是在一些地区,光纤通信和电力线载波通信等有线信道力有不逮的情况下,电力通信必须依靠无线方式解决。电力无线专网通信将在智能配用电通信网建设中占有相当的比例。
智能配用电通信网 篇3
1.1广州配电通信网基本现状
广州配电通信网通过多期的建设, 已形成较大规模。截止目前, 已调试、并成功接入配网综合网管的通信设备1700多台。在配电通信网起步建设时, 因缺少对未来通信网络整体的建设规划, 采用了大二层环型组网方式, 即同一片区内, 除汇聚交换机外的所有电房及变电站的配电网交换机, 同处在一个二层网络, 网络规划的不合理性在网络扩建、业务猛增的建设中逐渐凸显出来, 大二层环形组网规模扩大到一定程度易引发数据网运行风险。
1.2网络优化前伍仙门片、泮塘片配电通信网结构
目前伍仙门片配电通信接入网涉及变电站11座, 电房381间。泮塘片配电通信接入网涉及变电站10座, 电房135间。两片区域接入层均采用工业以太网二层交换机光纤直连的方式组网, 并组成多个手拉手环, 最后通过伍仙门三层交换机汇聚后经传输网至核心层路由器。由于全网是由多个封闭的物理环组成的环套环的结构, 因此, 在所有交换机上采用生成树协议RSTP用以阻断环路。
1.3伍仙门片、泮塘片配电通信网管理、业务IP现状
广州配电通信网经过多期建设在IP分配上出现了违背上述原则的情况, 其中, 伍仙门片、泮塘片配网通信设备业务IP分配以汇聚站点伍仙门变为中心, 其中业务IP、网管IP段均分配多个C类地址, 两片区业务和网管网关均配置在伍仙门罗杰康三层交换机上。
二、伍仙门片、泮塘片配电通信网存在问题
伍仙门片、罗涌片接入网经过多期建设, 规模越来越大, 网络运行中出现了一些问题, 通过对近几年的配电通信网运行情况分析, 总结出伍仙门片、泮塘片两片接入网存在多方面的问题, 具体如下:
1、配电通信网建设如火如荼, 规模越来越大, 早期建设的大二层环型组网网络规划不尽合理, 有可能引发数据网运行风险。由于前期建设中伍仙门片、泮塘片涉及变电站接入层交换机全部为二层交换机 (电房也是二层交换机) , 造成整个接入网络直径过大, 超过了RSTP协议管控范围, 如伍仙门-文德 (万福路291号双公变综合房-仰忠街开关房) 环网节点数有35个, 远远超过正常运行上限的25个节点, 一旦网络有中断、新设备接入等情况都将造成整个网络出现抖动, 甚至造成大规模业务中断。
2、伍仙门片、泮塘片配电通信网接入网21个变电站, 516间电房的配电自动化业务均通过伍仙门变三层交换机 (罗杰康) 汇聚后到达核心层, 且所有接入环路业务、网管网关均配置在该三层交换机上, 存在单点故障的风险。
3、该片区配电通信网接入层呈环套环的网络结构, 并且经历多期建设, 设备的VLAN配置和IP配置情况复杂。部分设备的VLAN和IP配置, 与原定的VLAN和IP配置分配原则不一致, 需要整改。甚至存在一个“手拉手”环内配置多个业务VLAN或网管VLAN。
4、配电通信网经过多批次基建项目建设, 网络规模越来越大, 设备种类也越来越多, 现场设备调试时也是分人、分批调试, 设备软件版本也不一致, 需要统一升级设备软件版本。
5、伍仙门片、泮塘片配电通信网接入网协议的根节点并非在汇聚层交换机上, 某些子网甚至出现了多个根节点的状况, 造成网络不稳定。
三、网络优化方案
3.1网络优化前期准备工作
(1) 统计伍仙门片、泮塘片现有在网运行的工业以太网设备类型和数量;
(2) 对统计出的设备逐点登录, 检查配置的管理IP地址、业务IP地址, 管理VLAN号, 业务VLAN号, 并对所有设备互联端口广播包流量进行限制, 防止网络广播风暴时设备因CPU使用率过高导致设备网管脱管。
(3) 编制伍仙门片、泮塘片网络拓扑图。
(4) 将两片区根节点手动设定在伍仙门变三层交换机上。
(5) 新增泮塘变汇聚层设备 (三层交换机) , 将泮塘片接入网业务及网管网关从伍仙门变三层交换机上割接至泮塘变三层交换机上, 进而分担伍仙门汇聚点的压力。
3.2网络优化实施计划及预期结果
3.2.1优化步骤及实施计划
a) 伍仙门片接入网优化计划
为避免网络调整过程出现大面积的配电网业务中断, 伍仙门网络优化分为11个阶段进行调整, 如图1所示。
阶段1:开启汇聚层伍仙门变至核心层路由器的备用路由, 便于阶段性业务调整时, 未调整的业务从主用通道到达配电自动化主站。
阶段2至阶段11:安装并配置变电站三层交换机, 分配好业务VLAN、网管VLAN, 新增接入段网关, 且保证接入环内业务的VLAN一致性。
b) 泮塘片子网优化计划
为避免网络调整过程出现大面积的配电网业务中断, 泮塘片的网络拓扑的划分, 分为8个阶段进行网络优化调整, 如图2所示。
阶段1:在泮塘变新增一台三层交换机, 并开启汇聚层泮塘变至核心层路由器的备用路由, 便于阶段性业务调整时, 未调整的业务从主用通道到达配电自动化主站, 新调整的业务可以从备用路由到达主站。
阶段2至阶段8:安装并配置变电站三层交换机, 分配好业务VLAN、网管VLAN, 新增接入段网关, 且保证接入环内业务的VLAN一致性。
3.2.2优化后预期效果
针对伍仙门片、泮塘片接入网存在的问题, 按照上述计划实施网络优化工作后, 将得到如下预期效果:
1、网络层次更加清晰。
将伍仙门片、泮塘片接入网内变电站二层交换机全部用三层交换机替换, 并开启三层功能, 缩小接入层二层环路生成树收敛半径, 减低接入层网络收敛时间, 同时更好隔离广播域。
2、避免单点故障。
网络优化完成后, 汇聚层设备配置两台三层交换机, 同时配置主、备路由与核心网通信, 增加了网络可靠性。同时, 接入层变电站三层交换机依旧沿用“手拉手”方式组网, 两台三层交换机启用VRRP冗余备份功能, 由原来的单网关调整为双网关, 避免因单站故障导致整片接入环业务中断的可能性。
3、接入环设备的VLAN和IP更清晰。
网络优化后, “手拉手”接入网内每一个二层环均配置一个业务VLAN, 一个网管VLAN, 一个业务IP段, 一个网管IP段, 业务、网管网关配置于站内三层交换机 (VRRP技术, 虚拟网关) 上。
4、新增汇聚站点, 减小单个汇聚点设备运行压力。
网络优化前, 伍仙门片、泮塘片所有业务经过伍仙门一台三层交换机汇聚后到达核心网;网络优化后, 新增泮塘变汇聚点, 把原伍仙门下挂的“黄沙变、龙津变、西关变、金花变、源溪变、三元里变”配电自动化业务割接到泮塘变三层交换机, 从而减轻了伍仙门汇聚设备的运行压力。
5、限制端口广播包流量, 防止设备脱管。
对所有设备互联端口广播包流量进行限制, 防止网络广播风暴时设备因CPU使用率过高导致设备网管脱管。同时对网络中运行设备配置进行梳理, 关闭未使用的端口, 避免因现场人员误接入引起的网络抖动。
四、结语
智能配用电通信网 篇4
关键词：配网自动化,用电信息采集,EPON,“手拉手”保护
0 引言
伴随着电力行业科技的迅猛发展,坚强智能电网建设持续推进。配用电作为电力输送的最后环节,因其点多面广、分散的特点,其智能化、可靠性方面尚与主网相去甚远。目前,配电网大多通过运营商的GPRS实现“遥信、遥测”二遥业务功能,需要耗费大量人力完成现场操作。目前,智能电表基本普及,对用户电能的集采依靠的是传统的电力线载波或运营商的GPRS通道,数据采集的可靠性、稳定性受到极大限制。而伴随着发展清洁能源的号召,未来电动汽车充电站等智能配电终端也将大量使用[1,2]。显而易见,通信通道成为制约智能配电网建设的关键因素。
随着通信终端接入技术的发展,无源光网络(Passive Optical Network,PON)的应用越来越广泛。以太网无源光网络(Ethernet-Passive Optical Network,EPON)作为PON技术与以太网技术的融合,解决了通信“最后一公里”光纤入户问题,受到了智能配电网建设的青睐。EPON可以实现手拉手保护等多种灵活的组网方式,与配电网“手拉手”结构具有“天然吻合”的特点,可为配电网的坚强可靠提供有力的通信通道支撑[3]。为此,本文介绍了EPON手拉手保护在配用电通信网建设中的成功应用。
以往的文献资料[4,5]介绍的“手拉手”保护都是基于二层网络实现,而当EPON双上联的BGP MPLS VPN骨干网2个接入路由器业务网关不同时,如何实现“手拉手”保护,尚没有好的解决方案,本文就这一困难提出了具体的方案;各地区EPON网络不乏过多依赖SDH骨干网进行数据传输的问题,对SDH带宽造成不小的压力,本文针对此现状提出了改造计划。
1 EPON技术介绍
EPON组网结构包括光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)、无源分光器(Passive Optical Splitter,POS)、光网络单元(Optical Network Unit,ONU)3个部分,其特点如下。
1)EPON采用点到多点的传输。
2)EPON采用波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术实现单芯双向传输,可有效节省纤芯资源。上下行速率可达1 Gbps,其中下行采用时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)技术,连续广播发送数据报文;上行采用时分复用多址接入(Time Division Multiple Access,TDMA)技术,通过测距技术保证数据在传输中不发生碰撞,通过动态带宽分配算法(Dynamic Bandwidth Allocation,DBA)应对用户突发业务的带宽分配。其上行波长为1 260~1 360 nm,下行波长为1 480~1 500 nm[6]。
3)最大传输距离可达20 km,非常适合地域小、人口密度大的建设区域。
4)EPON组网灵活,ONU具有双PON口的设计,EPON可以实现手拉手双链型保护,与电力配电网结构天然吻合;可以实现50 ms内切换,满足配网自动化“三遥”的实时性需求。
2 某地区EPON网络建设概况
某地区配用电通信网光纤通道的建设重点延续原有电力线缆结构,同步建设以同时满足配网自动化、用电信息采集业务。两业务遵循分区隔离的原则[7],各自接入地区不同的骨干通信网。其中,配网自动化终端接入ONU,上传至OLT设备,经该地区的自动交换光网络(Automatic Switch Optical Network,ASON)多业务传送平台(Multi-Service Transfer Platform,MSTP),上传至地区配网自动化主站系统[8]。
用电信息采集终端接入ONU,上传至OLT,通过广域网数据通信网开通的用电信息采集VPN业务,上传至位于异地的用电信息采集主站系统。
为提高配网自动化、用电信息采集通信通道的可靠性,在进行网络设计和建设过程中,重点采用手拉手双链型保护方式,以下对其实现进行详细介绍。
3 用电信息采集EPON手拉手保护建设
该地区用电信息采集EPON系统建设采用手拉手双链型保护组网,光纤通道的建设也按照满足手拉手组网来建设。各个ONU具备双PON口结构,就近接入OLT。OLT通过上联变电站数据通信网设备,传至异地用电信息采集主站系统。
该地区数据通信网采用Cisco设备组网,采用BGP MPLS/VPN技术,通过VPN虚拟专线,承载不同业务并实现业务间的有效隔离,其中用电信息采集业务的VPN命名为FK。该地区用电信息采集VPN的IP规划考虑了未来用电信息采集光纤业务接入需要大量IP,特地为每个变电站分配了4个C类长度的IP地址,在每个变电站路由器上配置业务网关[9,10]。
3.1 面临困难及问题
目前该地区的用电采集终端均不具备双网卡,只能配置一个业务IP和一个网关。而上联的2台数据通信网路由器配置了不同业务网关。为了适应已建的数据通信网广域网,手拉手保护倒换的实现方案为:两OLT间光纤直连(见图1),或1台OLT双上联至两站点广域网路由器设备。但当OLT设备故障、OLT上行链路故障或接入路由器故障时,业务无法成功倒换将造成大范围业务中断。显然,解决EPON跨网段保护问题势在必行,而这一问题的解决需要在数据通信网接入路由器上来实现。
3.2 解决方案
3.2.1 VRRP
1)针对终端主机只能配置单一网关的问题,要实现双上联链路的冗余热备保护,虚拟路由冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol,VRRP)是最合适的解决方案。VRRP提供了一个虚拟IP地址作为终端主机的网关,配置了VRRP的2台路由器分别为Master角色和Backup角色,Master路由器负责数据转发至该虚拟网关,当Master一侧链路故障时,Backup路由器升级为Master,承担起数据的转发任务。在故障及业务倒换的过程中,终端主机的业务不受影响。
2)而VRRP切换的原理实际是地址解析协议(Address Resolution Protocol,ARP)欺骗,应在二层网络实现,所以配置VRRP时Master路由器的IP、Backup路由器的IP、虚拟IP应为同一网段。OLT上行链路故障示例如图2所示,A、B站点用电信息采集业务网关地址分属不同网段,可以应用Secondary IP可以实现VRRP:①在同一个VLAN或接口下配置2个或多个网关扩充IP段,解决IP段不够用问题;②也可以用来实现不同IP段不同作用;③也可以针对主IP和Secondary IP创建不同的VRRP组。
图2中,以采集终端a.b.131.1为例,正常情况下其业务主走A站点一侧,当图2所示的任何一处发生故障时,其应能倒换至B站点一侧。则在A、B站点Cisco路由器修改配置如下:
A站点配置:
B站点配置:
3.2.2 EEM
路由器会将Interface VLAN m的本地直连路由重分布到BGP,数据通信网广域网根据路径优先原则,优先选取A站点向上游进行发布a.b.128.0/22网段。
但实践中可知,当OLT上联至A站点一侧链路中断时,A站点Interface VLAN m仍up,为master状态,A站点本地直连路由a.b.128.0/22依然存在。而BGP的网络发布遵循:只要本地路由表中存在该路由条目,就会被添加到BGP表中进行宣告。造成向上游发布的网段仍是优先从A站点发出,而此时B站点路由器已变为master状态,并负责转发ONU传来的数据,因此会出现不一致问题。这时,若要使得向上游广域网发布的a.b.128.0/22网段也从B站点发出,首先笔者通过采用Track与接口管理联动,当接口的状态为up时,接口管理模块将状态反馈到Track,Track的状态为up,反之Track的状态为down。
将Track的状态与BGP是否发布路由联系起来,试验中应用Cisco嵌入式事件管理器(Embedded Event Manager,EEM)来操纵runningconfiguration。EEM是Cisco开发的一项改进的网络管理技术,它可以定期监测某一事件,当某一特定事件发生时,EEM立即执行特定动作,这一系列的过程叫做EEM Policy(与H3C的嵌入式自动化架构EAA类似)。EEM Policy的配置包括2种方式:Applet、Tool Command Language(TCL)。Applet的配置相对简单,通过IOS的CLI来配置;而TCL较为专业,需掌握脚本语言,本文中笔者采用了Applet方式。
综上,对于A站点的路由器,通过EEM提供的Object Tracking功能来监测Track的状态,对于特定的Track状态触发对应的Action。当Track的状态为down时,Interface VLAN m为down,BGP不发布路由,这时路由得以从B站点发布。
A站点配置举例如下:
3.2.3 测试结果
在该地区一个公用变现场的ONU进行试验,对于a.b.131.1的采集终端来说,正常情况下主走A站点,链路正常时网管截图如图3所示。
追踪路由至电力大楼是通过A站点a.b.131.253跳转的,链路正常时追踪路由如图4所示。
当A站点一侧OLT上行链路发生故障时,A站点网管图全部掉线变为灰色(见图5),A站点a.b.128.0的直连网段在路由表中消失。追踪路由至电力大楼,可知业务通过B站点a.b.155.254节点转发,链路故障时追踪路由如图6所示。
4 配网自动化EPON手拉手保护建设
该地区配网自动化采用手拉手双链型保护方式。配网自动化终端ONU通过双PON口上联至OLT,通过ASON光传输网开通以太网专线业务(Ethernet Private Line,EPL),上传至配网自动化主站系统[11,12]。目前该地区配网自动化承载网全部基于二层以太网技术。配网自动化“手拉手”保护组网示意如图7所示。手拉手保护倒换的流程为:如果原业务(图7中蓝线方向)传至B站点,当光纤发生中断时,则断点右侧仍按原方向传送,而断点左侧将改为通过图7中红线传至A站点。
基于二层网络的配网自动化承载网虽然配置简单、易于维护,但无疑对SDH承载网的带宽造成了巨大的压力。随着该地区全域化配电通信网的建设,配用电通信专用骨干网的建设方案已被提出并提上建设日程。建成后,各个变电站的IP段可以进行合理规划,目前该地区配网自动化终端均不具备双网卡配置,为了避免出现不同网关之间手拉手保护问题,新建的配用电通信骨干网络适合采用MPLS L2VPN技术进行组网。
5 结语
EPON作为通信接入网的新兴技术,在传输距离没有特殊要求且小于20 km的地域得到了很好的应用,其手拉手双链型保护方式“天然”吻合了该地区配电网结构,为配网自动化、用电信息采集业务的可靠接入提供了保障。本文阐述了EPON手拉手保护在该地区配网自动化、用电信息采集中的成功应用,对于用电信息采集终端单网卡面对数据通信网不同业务网关情况下,实现了跨网段保护。
本文主要就EPON网络内部光纤故障时手拉手倒换及跨网段保护的问题进行了探讨。对于EPON上联网络的深层故障时ONU如何感知,如何采用双向转发检测(Bidirectional Forwarding Detection,BFD)、ICMP-echo等实现快速故障检测,感知故障后如何实现快速倒换,进行进一步的研究十分有意义。目前EPON产品的生产厂商层出不穷,对于不同品牌设备手拉手保护的互联互通问题,是后续研究的重点。
何天玲
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智能配用电网通信技术应用分析 篇5
一、智能配用电网的概述
智能电网是建立在集成、高速双向通信网络的基础上, 以先进的科学技术依靠, 进而实现电网的可靠、安全、高效运行。配用电网作为智能电网中的重要组成部分, 智能配电网肩负着配电自动化、电能质量监测、配电运行监控等重要使命, 而智能用电网承载用电信息采集、自助缴费终端、智能加注等业务。在当前社会发展形势下, 实现电网的智能化已成为我国电力事业发展的重要内容。实现智能配用电网建设可以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性。同时, 智能配用电网是以先进的科学技术为依托, 可以实现电网的智能化控制, 节省大量的人力、物力、财力的投入, 保障电能质量, 降低电力运行的危险系数, 实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应, 进而带动我国现代社会经济的可持续发展。
二、智能配用电网通信技术的应用
2.1 光纤通信技术
近年来, 我国电力行业的发展速度不断加快, 电力通信事业也在茁壮成长, 在这个快速发展的社会当中, 电力电网对于通信要求不断提高, 促进了我国电力通信技术的发展[1]。光纤通信技术作为一种较为先进的通信方式, 在智能配用电网中利用光纤通信技术可以有效的保障信号的传输, 保障配用电网的可靠性。在智能配用电网电系统中, 利用光纤技术, 根据电力传输的线路, 将光纤单元复合在输电线路相线中的一种电力光缆。光纤复合地线能够有效的分配电力系统中的线路资源, 避免了通信系统因资源不均而产生的矛盾, 是一种在电力通信系统中出现的新型光缆。光纤复合地线有效的解决了架空线路的受限问题, 避免了雷击事件的发生。与此同时, 光纤复合相线的使用, 有效地保证了地线绝缘方式的运行方式, 节约了电能。
2.2无线通信技术
无线通信技术相对于有线通信来说, 其安全性、可靠性相对较低, 但是其建设成本低、施工难度小、灵活。在这个信息化技术飞速发展的今天, 无线通信技术已成为智能配用电网中主要应用的通信技术。配用电网中的自动化通信的主要特点是信息总量大、信息节点分布广、单个节点的信息量小, 具有很好的可扩展性, 并且对于传输带宽、时延、速率等都有严格的要求。通过对宽带无线接入技术进行分析, 其传输特点正好能够符合配电网自动化通信的要求, 尤其是BWA技术, 具有较高的传输带宽、灵活的带宽分配机制等优点[2]。
在智能配用电网中, 利用无线通信技术, 对电子电路运行环境进行模拟, 在模拟电路中, 对影响电路安全运行的因素进行综合分析, 对电路经过的最大电流、电压进行科学计算, 进而保障电路安全。通过模拟电路, 可以模拟故障问题, 结合故障信息, 给予合理、科学的处理措施, 保障供电网络的安全[3]。同时信息数据库的建立是故障诊断提供依据的, 通过建立一个信息数据库, 数据库中的信息囊括了电力电子电路的运行参数、电力电路容易出现的故障信息等, 通过数据库的调用, 可以准确、快速地确认电路故障, 提高诊断效率, 进而保障配用电网安全、稳定[4]。
三、结语
在当前社会发展形势下, 智能电网已成为我国电力系统发展的主要方向, 智能电网的发展直接关系到供电的稳定性、可靠性、安全性。智能电网的建设将促进电力企业的竞争, 为电力企业发展提供保障。配用电网作为智能电网的重要环节, 为了更好地实现智能电网发展, 重视通信技术的应用有着重大作用和意义。通信技术的应用不仅有助于提高电力资源利用效率, 降低电力系统损耗, 提高供电企业的经济效益和社会效益, 同时还有助于促进我国国民经济的发展, 实现我国经济的可持续发展。
摘要：随着我国现代社会经济的发展, 电网建设规模也越来越大, 在电网系统中, 配用电网作为电网系统的一部分, 配用电网的稳定性、可靠性、安全性直接关系到电网的整体效益。智能电网通信技术的出现为我国现代社会经济的发展提供了可靠的保障, 在智能电网中, 利用通信技术可以有效地保障智能配用电网的可靠性、安全性、稳定性, 进而为电网企业的经济效益以及社会效益提供保障, 推动我国社会经济的可持续发展。本文就智能配用电网通信技术进行了相关的分析。
关键词：智能配用电网,通信技术,应用
参考文献
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