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配电自动化EPON与LTE230双模通信系统研发与应用
2019-03-11分类:配电管理 / 配电自动化来源:老男孩橄榄球阅读数:( )

针对问题现状(成果产生背景)

配网自动化是现代智能配电网的基础。随着社会经济的不断发展,配电网自动化系统需要实现的功能越来越多,可靠稳定的通信系统及智能化的装备是其发展的关键。

前,配网自动化系统主要采用光纤、GPRS、载波等通信方式,各种方式在具备自身优势的同时,也存在不容忽视的问题。光纤架设易受地面线路影响、投资巨

大、建设周期长;GPRS无线公网传输时延大、数据易丢失,存在信息安全隐患;载波技术易受干扰、稳定性差、传输距离受限。可见,单一通信系统无法满足多

样化功能的要求。

有的配电系统主要采用“手拉手”组网保护的方案来确保通信系统在故障状态下的可靠运行。然而在实际应用中,存在大量由单PON口连接的ONU以及采用同一

根光纤连接的双PON口的ONU,方案实施率仅为30%。一旦发生主线路故障,将无法实现通信数据冗余备份并快速切换至备用线路,严重影响配电自动化系统

的实时性和可靠性。因此,有必要将多种通信方式结合优化,保证配网通信网络的安全稳定运行。

鉴于以上原因,本项目针对电力业务需求,设计出有线与无线相结合的双模通信系统,开发了双模ONU设备,并完成现场应用。项目的成功实施,可以大大增强系统的可靠性,为构建高速、可靠、灵活的电力配电通信网提供了通信保障。

原理说明

提高配网自动化系统的可靠性与配电终端上线率,满足配电网对于多种通信方式的需求,针对现有双PON保护方式存在的缺陷,本项目深入研究了EPON

技术与LTE230技术原理,提出了有线与无线相结合的双模通信系统方案,开发出基于双模技术的配网通信设备,实现了双模快速自动切换。

1、EPON系统架构

图1EPON系统架构

EPON系统由局端设备OLT、终端设备ONU、光分配网络ODN组成,传输距离最远为20Km,带宽达1Gbps。通过双PON口组成的EPON系统,利用“手拉手”保护方案,可实现配网自动化通信备份的需求。

二、LTE230系统架构

图2LTE230系统架构

LTE230系统由核心网EPC、基站设备eNodeB、终端模块组成,最远传输距离30Km,带宽达1.76Mbps。基于电力专用230MHz频谱资源,采用频谱聚合技术,将频点资源进行整合以达到宽带传输的目的,系统通信质量好,安全性好,抗干扰能力强。

三、EPON/LTE双模系统设计

项目研究的双模系统包含两条链路,结合支持两种通信方式的终端设备应用,能更好地弥补当前配网保护方案的不足。其典型拓扑结构如下。

图3配网通信无线组网拓扑图

主要特点:

1、双模通信主链路采用EPON光纤通信,通过OLT-ONU通路实现,备份链路采用LTE230无线通道,通过基站eNodeB-LTE230通路实现;

2、将EPON光纤通信用于配用电网络的骨干层,将LTE230无线用于配用电网络的接入层,两种技术可扬长避短,特别适用于偏远地区;

3、

基于EPON+LTE230双模的多业务平台MSP,既能支持二层、三层以太网上联,EPON下联,又能作为无线LTE230基站,一个平台多种应用,解

决所有配用电通信问题;自动化通信以光纤EPON为主,无线LTE230为辅,即使在光缆全部中断,整个配电自动化系统仍能正常工作;可以极大提高单点的

可靠性,增强整个系统抗瘫痪的能力;

4、用一套综合网管系统管理所有配用电通信设备,包括工业以太网交换机,EPON和LTE230无线;

5、ONU设备同时具备EPON接口和LTE230通信模块,正常情况下通过光纤通信传输数据,故障情况将自动切换到无线LTE230网络,确保通信始终畅通;

6、无线的后期扩容能力强,可以先选择无线方式进行信息采集,留给后续充足的时间进行光纤布线。

实施效果说明

项目于2015年6月起在新疆昌吉成功试点应用,共选取了2条线路共计5个测试应用点进行现场实施,通信覆盖面积达160平方公里。设备在线经受住了新疆地区极端环境的考验,无线有线双系统切换运行流畅,通信稳定可靠,满足配网现场对通信设备工业级的使用要求。

1、LTE230与GPRS性能对比

2、传输时延值在LTE230无线情况下,平均时延为400~500ms,低于GPRS的传输时延(800ms)。

3、保护方式切换时间从主站测观察,当光纤断掉后,无线切换到有线的时间为100ms,当光纤恢复后,有线切换到无线的时间900ms。

4、效益测量

1)减少光纤的施工、运维成本在现场项目建设中,仅单根光纤的施工费用就高达上百万,双光线备份方案成本更加高昂。若采用光纤与无线的双备份方案,可以极大地节约工程成本,同时无线通信的运维成本仅为光纤运维成本的1/5。

2)减少公网使用成本昌吉每年的GPRS流量费用为几十万元,通过无线专网的营配贯通,可以节约公网租用的资金,同时增加系统的安全性。

推广前景描述

本项目将EPON有线技术与LTE230无线技术相结合,探索了一条配网通信双备份的新思路,不仅提高了配网自动化的可靠性,同时减少了光纤施工及运维带来的高额成本。

基于LTE230无线专网的承载能力,可以把营销中的各类终端,集中器、采集器、专变终端等营销的数据通过专网送到主站中,一方面增强了安全性,另一方面可以减少电网企业每年多达9亿的无线公网使用流量费用。

项目成果现已在新疆昌吉成功试点应用,应用效果良好。项目的成功实施,对配网自动化建设具有示范意义,可以在电力行业形成全新的标准,未来可在行业内进行全面推广。

创新点、效果归纳及专利申请或授权情况

一、创新点

1、提出了一种EPON与LTE230双模快速切换电路,解决了双模切换的时机选择难与切换时延大的难题,提高了配网自动化故障恢复的时间。

2、设计了EPON与LTE230数据共享的机制,解决了双模系统切换过程中数据丢包率大的问题,提高了配网自动化的故障自愈能力。

3、提出高速有线信号下无线信号的抗干扰方案,使无线信号灵敏度提高了2~3dB,解决了无线系统灵敏度低、传输距离近的难题。

二、效果归纳

项目提出了EPON/LTE230双模通信系统方案,开发出适用于双模技术的配网通信设备,提高了配网自动化系统的可靠性,降低了配网的建设与运维成本,同时可应用到营销领域,节省了租用无线公网产生的费用。

三、项目成果

申请发明专利3项,实用新型专利1项,发表论文4篇。

项目完成人:张树华、李铮、庞振江、邵瑾、李延、王彦楠

所在单位:北京智芯微电子科技有限公司

本文选自第八届(2016年度)全国电力职工技术成果奖,该文荣获一等奖

(来源:老男孩橄榄球)

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