智能配电网是智能电网中的重要组成部分，包含5个部分：智能发电、输电、变电、配电和调度。智能配电网能够提高用户的供电可靠性、增强用电安全性、优化用电成本、提供个性化服务等，还能为未来的智慧城市建设提供坚实的基础。

智能配网发展的目标是实现电网自愈，那么在智能配网中所使用的工业通信技术作为配网的基础设施显得尤为重要，本文跟大家共同讨论下电力配网接入网的建设方案。

配电自动化需要提高电能质量和供电可靠性，确保向用户不间断地提供优质电能，提高城乡电网整体供电能力，实现配电管理自动化，减少运维费用，减少损耗，实现配网经济运行。

大型配电自动化系统主要由四层构成，包括：

1. 配电自动化主站：负责供电局重要线路的运行监控管理和配电管理;

2. 区域主站：控制分中心，负责所管区域的配电管理;

3. 配电子站：通信方式及路由的转换、数据的分层处理和中转；

4. 配电终端：现场监控设备，用于检测数据。

四层架构由通信信道链接，形成互联互通，数据和指令交互的整体。其逻辑架构如下图所示：

整个配电网自动化系统的核心，由中心调度室和主站计算机系统及设备组成，其作用是:

• 对整个城市配电网及其设备的运行进行监视、控制与管理；

• 接收通过区域主站、子站转发来的现场设备信息，或直接接收来自各终端设备的配电网实时信息，利用这些信息分析配电网的运行状态；

• 通过计算机联网，将配电网运行信息发送给SCADA、EMS、MIS等系统，根据需要，获取这些系统与配电网有关的信息，实现信息共享。还可利用Internet将配电网信息向外发布。

城市配电网自动化系统的区域指挥中心，其组成与主站控制中心相似，但规模上要小于主站控制中心。其作用与控制中心基本相同，不同之处是:控制的区域是城市配电网的一部分(区局所管辖范围)，另外还要向主站控制中心上报相关信息，接收主站控制中心下发的信息或指令，执行操作命令。

作为区域主站与终端之间的一层设备，主要完成通信方式及路由的转换、数据的分层处理与中转、控制中心部分功能的分散等任务。具体内容如下:

• 完成不同通信方式或路由的转换；

• 完成就地或就近监视和控制功能(可与调度自动化系统的FTU统一考虑)；

• 与终端设备及自动化主站完成数据交换，实现数据的上传、下达；

• 完成故障隔离和部分恢复功能。

配电网自动化系统的现场监控设备单元，设置在各被监(测)控设备近旁。其作用是:

• 采集并计算被监(测)控设备的运行数据(电流、电压、有功、无功、功率因数、电能量等)及状态信息；

• 监视电网运行设备发生的异常情况并及时上报；

• 接收控制(分)中心计算机系统发来的控制命令并执行控制操作。根据程序设定，完成在特定条件下的自动控制操作。

配电网自动化系统的神经系统，由通信装置、信息线路(有线通信)、辅助设备(如无线通信的天线、载波通信的结合及耦合设备等)组成，分布在各层需要连接的设备之间。其作用是:

• 连接控制中心至各终端设备及其他系统(SCADA、MIS等)，建立数据传输通道；

• 传输控制(分)中心向各终端设备发送的召唤，所需检测信息命令及控制操作命令(下行)；

• 各终端设备向控制中心等上一级系统上传所采集的配电网测量及状态信息(上行)。

智能配电网还支持分布式电源、电力微网及储能装置，实现高级配电自动化与智能用电系统实时、快速的互动。

配电自动化中，采用基于IEC61850标准的数字化馈线自动化控制模式，将保护功能下放，在分布的FTUDTU终端装置上实现馈线保护功能，运作过程如下：

配电线路上的各智能终端分别采集相应柱上开关的运行情况，如电流、电压、功率和开关当前位置、储能完成情况等，并将上述信息由智能终端经过通信网络发送至远方的配电网自动化控制中心。在故障发生时，智能终端根据采集到的故障电流信息、失压信息和开关状态，按照驻留的故障处理程序，通过通信网络向相邻或相关智能终端发送分闸闭锁命令或分闸命令，并接收相邻智能终端发送的分闸闭锁命令或分闸命令。

IEC61850 中提供了面向通用对象事件（Generic Object Oriented Substation Event，GOOSE）模型，可在系统范围内快速且可靠地传输数据值。智能终端设备主要依靠GOOSE报文控制设备进行通信，同时根据goose报文的指令进行相应的操作（开合闸等）。

IEC61850 中提供了采样值（Sampled Value，SV）相关的模型对象和服务，SV 采样值服务也是基于发布/订阅机制。SV报文主要用于控制层设备与互感器通信，主要供控制设备读取电压电流信息。

配电通信网络基本架构如下图所示：

主要负责承载电力系统内部大量的、实时性要求高的数据传输任务。该层通常由高速率、长距离传输的光纤通信系统组成，确保电力系统的各个节点之间能够快速、稳定地交换信息。

• 高速率：采用千兆或万兆级别的以太网接口，满足大数据量的传输需求；

• 长距离传输：利用单模光纤实现远距离无中继传输，减少信号衰减；

• 高可靠性：通过冗余设计（如环网保护）、光路保护等措施保障通信链路的稳定性。

负责连接终端设备（如智能电表、断路器、传感器等）与上级的配电自动化主站或子站。

配电自动化接入层常用的通信技术有以下几种：

• 光纤通信：提供高带宽、低延迟和长距离传输能力，适用于对可靠性要求极高的场合；

• 电力线载波通信（PLC）：利用现有的电力线路进行数据传输，无需额外铺设通信电缆，但受电网噪声影响较大；

• 无线通信：包括GPRS/4G/5G蜂窝网络、Wi-Fi、ZigBee、LoRa等。无线技术部署灵活，适合于难以布线的地方，但在某些情况下可能面临信号覆盖不足的问题；

• 微波通信：用于远距离点对点的数据传输，通常作为备用方案。

目前最常用的主要是光纤通信和无线专网（APN），其中光纤通信主流技术有工业以太网和EPON/GPON无源光网络。

通过智能电表自动读取用户的用电数据，并将其发送给电力公司进行分析处理，支持电力公司与用户之间的信息交互，如电价信息、用电量统计等。一般采用物联网技术较多。

配电接入网（Distribution Access Network）是智能电网的重要组成部分，对通信技术有着严格的要求：

故障恢复时间：配电接入网必须具备快速的故障检测和恢复能力，确保在发生故障时能迅速切换到备用路径或设备，减少服务中断时间。

抗干扰性：通信链路应能够抵抗电磁干扰、雷击等外部因素的影响，保持稳定运行。

实时响应：为了实现高效的配电自动化控制，如远程开关操作、故障定位与隔离等，通信网络需要提供低延迟的数据传输服务，以确保指令能够及时执行。

大数据量传输：随着智能电表、传感器和其他智能终端设备的广泛应用，配电接入网需要处理大量的数据，包括用电信息、状态监测数据等，因此需要足够的带宽来支撑这些需求。

适应多种应用：配电接入网应当支持不同类型的应用和服务，如智能计量、分布式能源管理、电动汽车充电等，并能够根据未来的发展需求灵活调整。

易于扩展：随着用户数量和技术的进步，网络架构应该容易扩展，以便添加新的节点或升级现有设备。

经济可行性：考虑到大规模部署的成本问题，通信解决方案不仅要满足性能要求，还应在成本上具有竞争力，避免过高的初期投资和运维费用。

互操作性：不同制造商的设备之间应能无缝协作，遵循国际标准协议（如IEEE、IEC等），确保系统的互操作性和兼容性。

标准化接口：使用标准化的通信接口和协议，简化集成过程并降低维护复杂度。

恶劣环境下的稳定性：配电接入网往往需要在户外环境中工作，面临温度变化、湿度、腐蚀等因素的影响，因此通信设备必须能够在各种恶劣环境下稳定运行。

上下行对称性：不仅支持从配电自动化主站到终端设备的下行通信，也支持从终端设备到主站的上行通信，保证信息的双向流动。

PON网络应用于智能配电网中，主要完成数据采集、远程控制和状态监测等应用。其网络拓扑如下：

OLT从变电站传输设备接入，通过多级分光器，接入远端ONU设备，实现数据采集及操作指令下发。

其中涉及到的关键技术如下：

PON 网络支持多种保护技术，在上图的方案中，主要采用Type C 双规保护机制，其主要依赖于ONU需要具备双PON口。当一条链路出现故障，可以切换到备用链路。

在PON网络中的无源分光器，不对光携带的信息做任何改变，通过物理的方式分配光功率，若采用多级分光的模式，如果不做特殊设计，会导致二级分光滞后，ONU因为光功率过低导致无法与OLT通信。因此，在配网中使用PON网络接入的方式，需要采用非均分的无源分光器。如下图所示：

网络分为三层：核心层、骨干层、接入层。

核心层由两台威努特机框式核心三层交换机通过VRRP协议形成互为冗余的模式，为中心与骨干网络之间提供2条互为冗余的通道。

骨干层由设置在各变电站的三层工业级交换机通过万兆光纤接口组成环网。骨干部分作为接入层与核心层的连接层，承担着数据汇聚任务，并承担着变电站内的综合业务的传输工作，采用环网结构，能够为业务传输提供冗余通道，提高网络的可靠性。

接入部分由各变电站所属供电区域内的终端设备处设置的工业以太网交换机，及环网柜处设置的工业以太网交换机组成。每个环网通过威努特高性能冗余协议WNT-Ring协议进行控制，在网络出现故障时，能够在极短时间内恢复。

其中涉及到的关键技术有：

WNT-RING协议是基于IEC62439-2标准的动态冗余协议，协议综合考虑了多种环网冗余保护机制，并针对网络规模增大时故障保护时间显著增加的问题提出了优化的解决方案，通过对环网检测报文数据转发机制的优化，威努特WNT-RING协议能够实现与网络规模无关的故障恢复时间，通过实时中断上报等机制的引入，WNT-RING的故障恢复时间能够达到20ms以内（实验环境下，可以达到3ms），从而大大提高实时报文传输时的可靠性。同时还兼容业界主流厂家环网协议，可以混合组环网，实现快速保护倒换。

威努特工业交换机支持业界最高精度的硬件IEEE 1588v2时间同步精度，支持IEEE 802.1AS（gPTP）时钟同步协议，单跳精度可达12.5ns，10跳精度小于150ns。

威努特推出全国产化工业交换机解决方案，包括交换芯片、PHY芯片、内存芯片、可编程逻辑芯片在内的电子元器件均实现了100%国产化，减少对外国技术的依赖，避免在国际竞争中受到技术封锁或制裁的影响，确保供应链安全。

威努特交换机支持与电力网络安全监测装置对接，能够按照相关的要求将交换机的信息上传到网监平台，满足电力行业的基本要求。

威努特交换机支持图形化的综合网络管理（包括故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等）、支持基于端口的流量分析、支持拓扑结构显示等功能；可对整体的全部网络设备进行配置和监视。通过点击全线网络状态图画面对象，可进一步显示该设备状态，能自动生成故障统计报表等，支持整个整体系统的设备管理和功能开发，能够通过编程实现各种设备的网管接入及网管输出，从而提供整体系统必要的接口与数据，以实现整体系统的监视画面能显示整体网络上相应的各种整体设备的网络运行及连接状态。

威努特交换机支持组播协议（PIM、IGMP、IGMP Snooping等），在传输电力配网中SV、GOOSE报文时，能够提高带宽利用率、减少网络拥塞、增加安全性，简化网络管理。

PON网络受限于分光器的物理特性，在网络扩展方面遇到更多障碍。例如，当需要增加新节点需要重新部署硬件设施，特别是在电力配网中使用非均分比的分光器，在扩展新节点时，需要重新核算分光器的功率比，扩展极为不便，而采用以太网的工业交换机组网则具有更高的扩展性，可以随意地拆开环路增加新的设备接入。

在传输距离上，工业交换机每一台设备都会对信号进行再生，传输距离取决于光模块的规格（单模可达120Km）,PON网络中，采用无源分光器技术，光功率衰耗大大增加，传输距离大大降低。

在运维特性、设备可靠性等方面，工业交换机经历过高低温、强电磁等严苛的测试，更能适合电力配网的使用环境。

综上所述，部分采用PON技术作为电力配电接入网络方案的供电公司，逐渐改造为采用基于以太网的工业级交换机构建可靠、稳定、高性能的配电接入网。威努特具有完整的工业级交换机产品线，完全满足配电接入网的建设要求。