智能配电网通信带宽分配技术研究

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【摘 要】配电通信网是智能配网的重要组成部分，通信网络中的各个节点的带宽分配影响着整个通信网络的组建和承载能力。配电网通信带宽分配技术研究，能够对通信网络的规划、发展提供可靠的数据依据。

【关键词】智能配电网 通信 带宽分配

中图分类号：F407文献标识码： A

前言

随着智能电网的飞速发展，智能配电通信网也迈入了一个全新的发展阶段。从长远来看，在电力行业各个环节中， 配电系统与用户联系最为紧密，智能配电网将是未来智能电网的核心，它不但要实现提高供电可靠性缩短停电时间功能，同时要完成智能配电网中多个信息及功能模块的有机集成。配电通信网作为配电网络的支撑，在配电自动化的整个工作成中起到了举足轻重的作用。结合城市智能配电网的发展，针对大量的配电设备及分布式电源，智能配电网通信数据流量的研究，将会对智能电网的发展起到不可估量的助推作用，具有十分重要的战略意义。

1 智能配电网通信数据流量的技术研究背景

国家电网公司提出全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能电网建设计划。

智能电网的重要组成部分智能化配电网则包含系统的监视与控制、配电系统管理功能和与用户的交互(如负荷管理、量测和实时定价)等模块。智能配电网可改善系统监视、无功与电压管理、降低网损和提高资产使用率。配电通信网作为智能配网的重要组成部分，为智能配网各种功能的实现提供通道支撑支撑，配电通信网的可靠直接关系到配电网的运行。

为此，有必要针对未来智能配电网络的运行调度控制方式进行深入研究，建立相关的通信带宽分配及流量资源管理模型，从而合理地优化带宽的分配原则。同时在配置保护带宽方面，也可从业务并发性考虑，提高网络的资源复用度，最大化资源的利用效率。

2 智能配电网通信数据流量技术研究

针对智能配电通信网发展过程中遇到的组网方式、资源合理化分配、科学规划等方面的问题，细化研究思路，提炼要点，对不同的具体问题具体分析，逐一找到合理的解决方法，从而实现各个击破。采用以下三个方面进行研究：

1、智能配电网的多介质复合通信技术研究

通过对配电网自动化系统中不同部分之间信息交流需求的分析，研究各个主要配电网自动化系统对外部其它系统的接口流量分析。电网自动化的根本是对配电网建设及配电网运行过程进行监管，而配电网中的牵涉的设备、用户、信息较多，故在智能配电网通信数据流量管理研究实施过程中采用分层建模的方法展开对于多介质复合通信网络组网的研究。

配电网自动化中的分层与输电网自动化中的分层有很大的不同，分层的目的不同，分层以后不同层次之间的交互的复杂程度也不同。故必须对配电网自动化中的分层策略、层次之间的交互机制、分层的效果等多方面的问题进行研究，并在具体实施过程中探索更加合理的实现方法。在智能电网建设中，应建立以配电网中的配电所、开闭所、环网柜、分支箱和公用配变为传输网络平台中的网络节点，通过复合相线光缆传输介质以无源光网络（PON）为网络节点传输设备的主接入系统。

图1 PON通信网络示意图

同时，结合无线专网提供配电网络的辅助接入，特别针对老、旧城区改造工程，研究混合组网方案，建立PON+WIA、PON+GPRS、PON+ZigBee组网模式，同时探索多模组网方式及终端设备复杂性、可行性等问题的解决方案。

图2 GPRS通信网络示意图

2、配网接入带宽及流量管理技术研究

目前大多数GPON带宽分配算法将研究重点集中于提高网络整体性能上。传统的带宽分配算法在PON层根据用户的服务等级协议SLA分配不同的加权系数，以此来保证重要用户的带宽使用。传统的带宽算法体现了带宽分配的公平性，但无法根据网络实时情况灵活分配带宽，容易出现部分优先级业务带宽浪费，而另一部分优先级业务带宽不够的情况，造成带宽浪费或时延增加等问题。对于大规模接入的分布式电源，由于其有功出力具有随机性，如果不加控制往往会引起系统频率偏移，因此智能配电网络的流量模型具有很大的突发性，然而完全按照峰值带宽进行分配则需要耗费大量的备用带宽资源，因此需要研究合理的带宽分配方案，建立合理的调节控制措施。

综合考虑电力系统网络特点及业务要求，采用EPON技术实现电力系统的业务接入。在局端机房放置OLT设备，通过多级无源树状分配网连接远端用户侧的ONU设备，提升配电网络智能化程度。重点研究调制与编码技术、网络体系结构与协议、网络资源管理模型与控制机制研究、网络传输机制研究、端到端重构机理研究、应急指挥通信系统建立适用于智能配电通信网络模型理论研究机制和实际应用案例。

PON是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式，上行采用时分多址方式，可灵活组成树形、星形、总线型等拓扑结构。目前主要有基于异步传输模式ATM的无源光网络(APON)基于以太网的无源光网络和基于通信成帧协议(GFP)的无源光网络(GPON)。由于APON采用ATM技术封装和传送数据，存在带宽不足、技术复杂、承载IP业务能力低等问题，无法在配电网进行广泛推广。而EPON采用以太网、GFP技术封装和传送数据，可以实现宽带业务的高速传送，服务质量保证（QoS），在智能配电网中具有较好的应用前景。分别针对具有不同类型拓扑结构的网络提出优化的解决方案，而不是简单的业务与通信的简单集成。在EPON系统中，针对未来配电业务优化相关的带宽分配算法，形成具有电力特色的光纤/无线接入系统。

在 IEEE802.3ah 标准定出以后，DBA算法在时序上的组织结构基本上有了一个确定的框架。而带宽配给（Allocation）问题无疑是本领域研究的焦点。业务的时延和抖动特性是保证 QoS质量第一位参数，保证QoS质量实质是保证时延和抖动特性。保证足够的带宽，是业务流无丢包的前提。另一方面，不是为每个业务提供无限制的带宽，而应恰当地配置适当的带宽，带宽的发放符合实际流量的起伏变化。DBA算法应实时地掌握整个网络状态的同时，能够根据网络状态来调整带宽的分配。带宽的发放符合 SLA的配置，具有可测量特性，保证SLA的精度。新型算法的假定条件是对ONU的每一业务分别授权，这意味着一个ONU允许有多个带宽授权实体或者LLID，每个BGE代表一种业务（或业务队列）。OLT动态地分配各个带宽授权实体的带宽值。这种针对业务分发带宽的技术从根本上解决了每个业务的带宽特性不一样因而要求不一样的带宽特性的问题。

尽管这一假设对于可扩展性有限制，ONU不能有多达几十到上百的LLID个数，但对于FTTH中常用的每个ONU具有4到8个 LLID 的场合，无疑是适用的。分层加权QoS保障算法的主要思路是：

（1）分层化访问带宽授权实体（BGE）

算法的核心思想是对带宽授权实体的访问/轮询的规则进行改变，即不采用线性的按序轮询的方法，而是把代表业务的带宽授权实体（BGE）按业务种类（或其它特征）分类。

（2）考虑报告值（RPT）、权值和SLA三个因素

决策给多少带宽（GrantLength）时，除了参考REPORT的值（报告的字节数）还考虑另外两个因素，其中之一是预算（或阈值）处理，预算是带宽权实体（BGE）在局端在授权表（WRT）声称的每次带宽可发送要求的量（也是权值）。考虑的因素之二是SLA参数，只有符合其SLA参数的带宽权实体（BGE）才被允许授予适当的带宽。

（3）预算和带宽参数计量分离

对每个BGE的预算应该是饥饿的，以便对上行的包有抽取作用，只要包达到ONU，就应该尽快传送上来。而带宽参数计量应是细嚼慢咽的，以便达到一定的精度，在没有带宽要求的带宽份额应给下级授权表使用。从准确性和及时性来说，带宽参数计量应放在局端。

3 展望与结语

1、智能配电网通信数据流量管理技术的研究将为实际工作中的关键指标完成情况及实际工作中存在的核心问题作为制度制定、修订提供了主攻方向，为促进智能配电通信网发展过程中规划、设计、运行、管理等各项制度的进一步完善奠定了基础。

2、智能配电网的多介质复合通信技术研究为下一代智能配电网络提供了多种组网模式，有助于实现新业务的快速部署，同时还提供了旧城区改造过程中所面临问题的可能解决方案。

3、对于EPON网络的带宽预测技术研究能够将带宽分配过程合理化，灵活地接入未来分布式能源的调度、控制业务，能够推动城市智能配电网快速发展。

4、智能配电通信网络仿真系统的研究为如何将新的通信技术应用于配电网，如何科学规划配电通信网，满足配电装置的实时互动和在线控制提供了试验环境及依据。

智能配电通信网带宽分配技术的研究，将大大提高了智能配电通信网发展规划的管理效率和实施水平，极大减少了不必要的现场调研工作，同时降低了工作过程中不必要的人力、物力、车辆、设备等方面的投入。