地区级配电网自动化通信网络设计研究

黄镇宏

（广东岭南设计院有限公司，广东 广州 510655）

0 引 言

电力系统的稳定运行依赖于准确且实时的信息传输，而地区级配电网直接面向最终用户，其通信网络设计的合理性直接影响到自动化管理系统的整体性能[1]。自动化通信网络的设计不仅要考虑数据的实时性和准确性，还需确保系统在各种环境下能够稳定运行，如极端气候和复杂地形等。此外，随着分布式能源和可再生能源的日益集成，地区级配电网的通信网络需要具备高度的灵活性和扩展性，以便有效地整合新兴资源。因此，文章深入探讨地区级配电网自动化通信网络的设计原则与实施方案，并采用科学的设计方法和细致的结构规划，以提升整个电力系统的性能和响应能力，为同领域的研究与实践提供坚实的理论基础与参考。

1 地区级配电网的自动化通信网络设计原则

1.1 整体规划原则

在地区级配电网的自动化通信网络设计中，应遵循整体规划原则，符合国家电网发展战略与实际工作需求，确保通信网络规划与配电网业务发展紧密结合。按照“因地制宜、统一规划、适度超前、分步实施”的总体思路，制定配电通信网的发展蓝图[2]。首先，根据地区具体情况，综合考虑地形、气候、现有基础设施等因素，确保规划的可行性与适应性。其次，统一规划应满足各类业务发展需求，确保通信网络设计的全面性与系统性。适度超前的规划则需预见未来技术发展趋势，以为配电网的长期发展预留足够的空间。最后，在技术规范方面，高压配电网通信技术必须严格遵循《中国南方电网有限公司35 kV 及以上电网二次系统规划技术原则》（Q/CSG1201002—2015），确保技术方案的标准化与一致性[3]。

1.2 网络建设原则

在地区级配电网自动化通信网络的建设中，必须确保建设规模与配电终端的信息处理能力相匹配，充分考虑智能分布式配电终端的数据处理需求与遥测、遥信、遥控终端的通信需求。一方面，建设规模的确定要基于对配电数据流层次的深入分析，明确区分数据流的汇聚层和接入层，以确保数据传输的高效性和准确性[4]。另一方面，对于配电通信网络的技术选择，将以太网技术作为接入层设备的首选技术，并积极探索和试点应用分组传送网（Packet Transport Network，PTN）技术，以提升网络的承载能力和服务质量。同时，在使用工业以太网时，要特别关注通道的自愈保护机制，优先考虑采用环形拓扑结构，以增强网络的稳定性和可靠性。

2 地区级配电网的自动化通信网络设计方案

2.1 总体结构设计

通过设计地区级配电网的自动化通信网络，确保终端与主站之间形成一个实时、可靠的信息交互系统，从而推动配电网的自动化高效管理，使配电网通信系统实现高速传输[5]。因此，将配电网自动化通信网络系统分为配电通信接入网、配电网通信骨干网、配电网通信主站3 个层次，层次逻辑结构如图1 所示。

图1 地区级配电网自动化通信网络逻辑结构

2.2 通信网主站方案

通信网主站的设计核心在于确保终端之间信息交互的实时性与可靠性。主站不仅是信息处理的枢纽，还承担着监控、控制及管理的功能，是推动配电网高效管理的关键节点。因此，通信网主站的设计采用了先进的互联网协议/多协议标记交换（Internet Protocol/Multi-Protocol Label Switching，IP/MPLS）技术，以确保多种业务类型的高效传输。主站核心采用高性能服务器，如HPE ProLiant DL380 Gen10，其配备有高速处理器和大容量内存，能够确保数据处理的高效性和稳定性。为确保网络的可靠性和安全性，主站还设有多个冗余设计，包括冗余电源系统、双机热备服务器、同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）以及双网络架构。数据中心通过高速光纤连接至骨干网，并通过光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）设备与接入网层的各配电自动化终端相连，如华为技术有限公司的MA5800 系列。此外，主站还配备有先进的网络管理软件，如Cisco Prime Infrastructure，用于网络配置、监控及性能管理，以确保整个通信网络的可视化，并优化运维。通过应用这些先进设备和技术，构成了一个高效、可靠的通信网主站，为地区级配电网的自动化管理提供坚实的技术支持。

2.3 配电网通信骨干网方案

在配电网自动化通信网络的设计中，骨干网是实现高速传输和信息交互的核心部分。因此，骨干网的设计方案应着重考虑网络的带宽、稳定性和可扩展性。骨干网通常采用高可靠性的SDH 或IP/MPLS 技术，以支持各类业务数据的高速传输和优先级管理。配电网通信骨干网的主干传输可采用华为技术有限公司OSN 8800 系列或中兴通讯股份有限公司ZXMP M900 系列的SDH 设备。这些设备能够满足大容量的传输需求，并提供灵活的网络拓扑结构选项，如环形或网状结构，从而增强网络的冗余性和故障恢复能力。同时，为提高数据传输的效率和灵活性，骨干网应配备IP/MPLS 路由器，如思科系统公司的ASR 9000 系列，有效地管理和调度不同类型的业务流量，确保业务的分级和质量保障。此外，为了提升通信网的覆盖能力并满足地形复杂区域的通信需求，骨干网还结合无线传输技术，如通用无线分组业务/码分多址（General Packet Radio Service/Code Division Multiple Access，GPRS/CDMA），通过虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）建立安全的远程通信通道。此种混合通信模式能够确保在有线通信受限的区域也能实现可靠的数据传输。

2.4 配电通信接入网方案

配电通信接入网是实现地区级配电网自动化通信网络的最后一环，主要负责收集各配电终端的数据并将其传输到骨干网。在设计配电通信接入网时，采取的关键技术包括光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）和无线接入技术，以提高网络的覆盖范围和传输质量。对于光纤接入，选择华为技术有限公司的MA5600T 系列OLT 设备作为接入点。该设备能够提供高密度的无源光网络（Passive Optical Network，PON）接口，支持高带宽和远距离覆盖。同时，配合使用吉比特无源光网络（Gigabit-Capable Passive Optical Network，GPON）或xPON 技术，以实现更高效的数据聚合，降低网络的建设和维护成本。此外，接入网中还应配置相应的传输单元（如华为技术有限公司的SmartAX MA5671）、配套的分纤器、光纤连接器，以支持大量终端设备的接入。对于地形复杂或光纤敷设不便的地区，可以采用无线接入技术，如GPRS/CDMA 技术，并通过VPN 技术确保数据传输的安全性。无线接入部分可以选用中兴通讯股份有限公司的ZXHN F600W 无线路由器，以提供稳定的无线连接，并支持远程数据传输到通信主站。

3 配电网自动化通信网络设计方案性能测试

3.1 测试目的

性能测试旨在验证设计的配电网自动化通信网络方案的实时性、稳定性、可靠性及故障恢复能力，以确保通信网络能够有效地支持配电网的高效管理，并在各种操作条件下保持高速数据传输。

3.2 测试方案

首先，在通信网主站性能测试中，使用HPE ProLiant DL380 Gen10 服务器进行连续运行和数据处理测试。通过模拟高负载情况，验证服务器的处理能力和多任务处理性能。同时，进行网络管理软件Cisco Prime Infrastructure 的功能测试，包括网络配置、监控和性能管理，确保软件能有效地管理整个通信网络。

其次，骨干网稳定性和带宽测试，使用华为技术有限公司OSN 8800 系列和中兴通讯股份有限公司ZXMP M900 系列的SDH 设备进行持续传输测试，通过思科系统公司ASR 9000 系列路由器进行IP/MPLS路由调度测试。测试时要关注高数据流量下的网络响应时间和故障恢复时间，以评估网络架构的冗余性和故障恢复能力。

最后，利用FTTH 技术和无线接入技术实地测试接入网的覆盖范围和传输质量。对于光纤接入，需要评估华为技术有限公司MA5600T 系列的OLT 设备在不同距离和不同环境下的传输效率和信号稳定性。对于无线接入，需要利用GPRS/CDMA 技术和中兴通讯股份有限公司的ZXHN F600W 无线路由器，测试远程数据传输的稳定性和速率。

3.3 测试结果

配电网自动化通信网络设计方案性能测试结果如表1 所示。

表1 配电网自动化通信网络设计方案性能测试结果

由表1 可知，通信网主站的实时性能表现出色，主站响应时间短。骨干网的高吞吐量和低延迟进一步证明了网络传输能力的稳定性和可靠性，适合大规模的数据处理。同时，光纤网络实现了100%覆盖，无线网络的信号强度优于设计标准，能够确保远距离传输的可靠性。此外，设计的通信网络具备高度的可靠性和快速的自愈能力。测试结果不仅证实了设计方案的优越性，而且展示了该通信网络在极端情况下的韧性和可靠性。

4 结 论

文章从配电网自动化通信网络的总体结构设计、通信网络主站方案设计、配电网通信骨干网方案设计等方面入手，构建了全新的配电网自动化通信网络。性能测试结果证实，提出的通信网络不仅在理论上具有创新性，而且在实际应用中也展现了卓越的性能，尤其在实时性、稳定性及可靠性方面超越了现有的设计标准。本次研究成果不仅对地区级配电网自动化改造具有参考价值，还为未来的通信网络设计提供了实用的理论指导和技术参考，有助于推动配电网自动化和智能化的发展。