电力系统调度自动化中光纤通信技术的应用研究

徐文杰

（国网吉林省电力有限公司桦甸市供电公司，吉林 桦甸 132400）

0 引 言

电力系统调度自动化是我国电力行业实现现代化与智慧化发展的重要环节，将物联网、大数据、人工智能等科学技术应用于电力系统，进一步加强电力系统的综合运营管理水平，进而提高电力系统运行安全与供电质量。互联网时代背景下，电力系统调度工作具有较为显著的大数据特征，而传统的通信技术已经无法满足电力系统调度自动化需求，因此人们将光纤通信技术引入电力系统调度，并在实践中取得一定成果。然而光纤通信技术在电力系统调度自动化中的应用时间相对较短，需要进一步深入研究。

1 光纤通信技术概述

光纤通信技术在具体应用中以光纤作为传输介质，以光作为载波进行信息传输。光纤主要包括涂层、包层和纤芯3 个部分。其中，纤芯位于最内层，内芯直径为10 ～100 μm，包层属于中间层，涂层属于最外层，对整个光纤设备起到保护作用[1]。光纤通信技术原理如下：首先，在系统发送端将信息数据转换为电信号；其次，将电信号调制到发射激光，光信号幅度变化导致光的强度也发生变化，进而完成信息发送；最后，系统接收端接收到光信号后，将其转换为电信号，形成一个完整的光纤传输过程。光纤通信技术原理如图1 所示。

图1 光纤通信技术原理

2 光纤通信技术的特点

2.1 保密性能高

电磁能量在传输期间会受各种因素的影响，出现电磁向外扩散的情况，进而出现电磁波泄漏问题。电磁波泄漏易致电子设备系统中的信息数据泄露，难以保障系统安全[2]。光纤通信技术可以解决该问题，光波无法逃逸出光纤系统，其将信息数据以光信号的形式在光波导结构中进行有序传输，不会出现信号偏离的情况，即便出现光信号遗漏问题，也能利用包层将信号有效吸收，大幅提高信号的保密性能。

2.2 传输容量大、传输距离远

光纤通信技术中的光纤材料具有更宽的传输频带，信号传输容量更大。同时，光纤通信技术中的调制方式会影响系统传输容量，与传统的电缆或铜线材料相比具有显著优势[3]。此外，光纤通信技术中的光纤材料具有更小的信号衰减，系统中继设备数量极少，在实际应用中能够传输更远的距离，保障通信系统的稳定性与便利性。

2.3 抗干扰能力强

光纤材料以石英材料为核心制作而成，具有更好的抗干扰能力。石英材料质地坚韧，具有较高的抗腐蚀性与绝缘性，因此在信号传输过程中具有足够的稳定性，无法轻易被破坏[4]。同时，光纤材料对雷电等自然现象具有较强的抗干扰能力，能够屏蔽太阳黑子活动的影响，保障电力通信系统的正常稳定运行，且大幅提升电力通信质量。

3 光纤通信技术在电力系统调度自动化中的实践应用

3.1 供电单位基本情况

2020 年，某乡镇实际用电量达到33.2×108kW·h，最高用电负荷达到528.7 MW，系统供电负荷主要为区域内工业园区的工业用户。随着工业园区进一步发展扩建，其对电力系统的运行提出了更高的要求，需要保证电力系统运行具备较高的安全性与稳定性。该乡镇目前仅有一座35 kV 变电站，电力系统通信方式为载波通信，无法进行数字信号传输，且不具备综合数据网与调度数据网开通的基本条件，难以满足地区发展需求。在此背景下，管理部门决定新建一座110 kV 变电站，利用光纤通信技术设计电力调度自动化系统。电力调度自动化系统的功能是实时监控电网系统运行情况，采用调度数据网络通道与专线通道形式，其中数据网络通道接口为调度数据网100 Mb/s带宽BASE 接口，专线通道接口为多业务传送平台（Multi Service Transport Platform，MSTP）数据网接口，通信协议为传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）。

3.2 电力通信网络体系结构

该乡镇的光通信传输网络设计为多属性传输协议（Multiattribute Transport Protocol，MATP）技术体制，依据双平面形式建设传输a 网与传输b 网，每个传输网中又分为接入层和骨干层。其中，传输a 网的骨干层由3 个接入带宽为2.5 Gb/s 的环网共同组成；接入层带宽为155 Mb/s，均以链路结构或环网的方法进行组网。传输a 网的主要业务包括调度自动化、电能计量和线路保护等。传输b 网的骨干层由3 个接入带宽为2.5 Gb/s 的环网共同组成；接入层带宽为155 Mb/s，保证调度数据网正常稳定运行。

3.3 光缆线路设计

光缆设计时需要确定最佳路由方案，结合该乡镇现有电力调度系统情况，设计2 条光缆线路与周围变电站连接，导线截面积设计为400 mm2，地线为架空光缆，选择24 芯光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）光缆材料，导线截面积在100 mm2范围内。新建110 kV 变电站系统在接入后由乡镇调度管理。在对光缆线路抗雷击性能、机械性能以及线路铁塔承受能力等因素综合分析后，最终选择G.652D 标准、工作波长为1 310 nm或1 550 nm、24 芯的单模光纤材料，纤芯单位设计为全铝包钢层绞式，最外层光缆单丝直径在2.8 mm以上。光缆结构具体情况如图2 所示。

图2 光缆结构

3.4 配套通信设备设计

电力系统调度自动化配套通信设备包括数据网设备、光通信设备以及通信电源监控系统等设备。

3.4.1 光通信设备

依据新建变电站的通信系统通道设计要求和接入乡镇原有传输网组网方式等信息，新建变电站调度自动化系统中的通信传输网络依据双层光传输平台的形式进行设计，整座变电站内设计2套脉码调制（Pulse Code Modulation，PCM）复接设备、2 套MATP 传输设备和2 套独立运行通信直流供电系统。光纤通信系统中的双重化设计能够进一步提高电力调度自动化系统的安全性与可靠性，在其中1套系统出现故障问题后，可以及时启动备用系统确保电力系统的稳定运行[5]。

传输a 网的设计方案如下：110 kV 变电站安装1 套传输容量为622 Mb/s 且具备自动交换光网络（Automatically Switched Optical Network，ASON） 功能的MSTP 传输设备，具体型号为华为OSN2500，其中包括STM-1 光板2 块，途经周围220 kV 变电站跳纤与外部电力系统传输a 网连接。

传输b 网的设计方案如下：110 kV 变电站安装1 套传输容量为622 Mb/s 且具备ASON 功能的MSTP传输设备，具体型号为中兴ZXMPS330，其中包括STM-1 光板2 块，途经周围220 kV 变电站跳纤与外部电力系统通信传输b 网连接，具体结构与传输a 网基本相同。

3.4.2 接入网设备

新建变电站调度自动化系统配备2 套智能型PCM 复接设备，型号分别是法国萨基姆SAGEMFMX12 与华为FA16，变电站语音、远动和计量等操作至乡镇地调的通信通过新建PCM 设备完成，并在地调系统中配置相关PCM 业务板卡。PCM 终端机设计为智能型，具有话路容量扩展能力和交叉能力，通过集成方法将交叉连接电路、网络控制和电源等公共系统规划到同步数字序列（Synchronous Digital Hierachy，SDH）统一网管中，PCM 与SDH 之间的连接通道带宽为2 Mb/s。

3.4.3 通信电源监控系统

新建变电站设计2 套独立运行的-48 V 直流通信电源系统，其中包括48 V/300 Ah 蓄电池组、直流配线柜以及通信系统专用的高频开关电源。每套整流装置的电源设计2 个不同变压器供电，一个作为主用，一个作为备用。在正常运行状态下，变电站使用的380V 或220 V 电源装置在整流后可以浮充蓄电池并为负载系统提供充足的电力，出现交流故障问题时，通信专用蓄电池启动对通信系统供电。通信电源同步配置告警监控系统，对电力调度自动化系统的运行状态进行实时监控分析，以此消除电力系统运行期间的安全隐患。利用光纤通信技术能够全面监控与排查电力调度自动化系统中出现的安全隐患，在发生故障问题时将线路系统及时切断，以此避免继电保护拒动等问题。

3.5 数据网络设计

该工程中的调度数据网设计情况如下：新建变电站利用EI 转换单元和接入路由器，通过2M 链路与周围变电站的调度数据网连接汇聚节点，通过网络通道开通计量和远动等业务。利用同轴电缆将综合配线屏与数据网设备屏的数字配线架（Digital Distribution Frame，DDF）配线单元有效连接，利用网线将通信接口屏和数据网设备屏的分配线架配线单元有效连接。利用ASON 技术大幅度缩短了新建变电站与调度之间的信号传输距离。

综合数据网的设计情况如下：新建变电站设计1 套以太网接入层交换机主机与相应的光接口单元，通过网络通道完成视频监控、电子印章系统以及生产管理信息系统等业务。对侧220 kV 变电站的综合数据网汇聚层中设计光接口单元，与新建变电站的交换机进行对接。利用尾纤将光纤配线屏与数据网设备屏的光纤配线架（Optical Distribution Box，ODF）配线单元有效连接，利用网线将通信接口屏和数据网设备屏的IDF 配线单元有效连接。

4 结 论

为迎合时代发展需求，需要将光纤通信技术灵活应用于电力系统。因此，文章充分利用光纤通信技术抗干扰能力强、传输容量大以及传输质量高的优点，以光纤通信技术为基础设计更加科学化、智能化的电力调度自动化系统，对电网系统的运行状态进行全面实时监控，进而提高电力能源供应的稳定性与安全性。