配網(wǎng)自動(dòng)化通信技術(shù)分析研究

【摘要】本文通過分析配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)對(duì)通信的需求，光纖、載波、無線等通信技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)通信的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了無線專網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)自動(dòng)化通信的優(yōu)勢(shì)，提出了配網(wǎng)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體制規(guī)劃建議。

【關(guān)鍵詞】配網(wǎng)自動(dòng)化配網(wǎng)通信無線專網(wǎng)

智能電網(wǎng)的建設(shè)以“信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化”為特征，覆蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的配電自動(dòng)化，必須利用經(jīng)濟(jì)合理、先進(jìn)成熟的通信技術(shù)，建設(shè)好10kV配網(wǎng)通信，支持智能電網(wǎng)各類業(yè)務(wù)的靈活接入。

一、配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)需求分析

配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)主要包括配電自動(dòng)化和計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)，覆蓋開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、公用/專用配網(wǎng)變壓器、配電線路、220/380kV低壓抄表集中器等，主要業(yè)務(wù)特性及通信需求如下：

1.1配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)

業(yè)務(wù)點(diǎn)范圍：所有配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、公用/專用配網(wǎng)變壓器、配電線路等）設(shè)備遙信信息的采集；部分配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（如重要開關(guān)）設(shè)備的遙測(cè)、遙控采集和控制。

業(yè)務(wù)采集范圍：按照對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能影響的重要程度，遙信、遙測(cè)和遙控要采集的信息分重要信息量和次要信息，裝置流量約1K。

業(yè)務(wù)特性及通信需求：遙信、遙測(cè)業(yè)務(wù)通信時(shí)延<2s；遙控業(yè)務(wù)通信時(shí)延<1s；通信可靠性要求為≥99%

1.2計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)

計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)以實(shí)現(xiàn)變電站、電廠、專變大客戶、配變、低壓客戶供用電數(shù)據(jù)采集與管理的一體化應(yīng)用為目標(biāo)，在功能上實(shí)現(xiàn)負(fù)荷管理與負(fù)荷控制、廠站電能量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、配變監(jiān)測(cè)、低壓抄表等業(yè)務(wù)管理。

負(fù)荷管理：業(yè)務(wù)裝置覆蓋范圍為10kV專用變壓器供電大用戶；主站系統(tǒng)按一定的時(shí)間間隔（15分鐘）周期性地和遠(yuǎn)方用戶終端通信，裝置流量約1K-5K。

配變監(jiān)測(cè)：業(yè)務(wù)裝置覆蓋范圍為10kV公共配電變壓器，主站系統(tǒng)按一定的時(shí)間間隔（15分鐘）周期性地和遠(yuǎn)方用戶終端通信，裝置流量約1K-5K。

低壓集抄：業(yè)務(wù)裝置覆蓋范圍為380/220V低壓用戶（公變臺(tái)區(qū)）集中器，主站系統(tǒng)按一定的時(shí)間間隔（1小時(shí)至1天）周期性地和遠(yuǎn)方用戶集中器通信，裝置流量約1K-5K。

1.3配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)通信需求小結(jié)

安全性要求高：業(yè)務(wù)必須滿足《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》及《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》的要求，電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)工作應(yīng)堅(jiān)持安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證的原則。

可靠性要求高：通信設(shè)備應(yīng)具備工業(yè)級(jí)可靠性，配網(wǎng)自動(dòng)化的通信系統(tǒng)是在戶外運(yùn)行的，容易導(dǎo)致材料老化，故要求能經(jīng)受起惡劣氣候的考驗(yàn)，同時(shí)能經(jīng)受噪音、電磁、雷電等的干擾，保持穩(wěn)定運(yùn)行。

配網(wǎng)自動(dòng)化節(jié)點(diǎn)數(shù)量十分龐大，信息點(diǎn)非常多且分散，覆蓋范圍很廣。

現(xiàn)階段配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)通信需求緊迫，在滿足業(yè)務(wù)高可靠性、安全性要求的同時(shí)，迅速實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化節(jié)點(diǎn)的廣泛覆蓋是配網(wǎng)通信最迫切需要解決的問題。

二、配網(wǎng)通信技術(shù)分析

目前南方電網(wǎng)電力通信網(wǎng)絡(luò)以光通信為主，主要覆蓋辦公場(chǎng)所、營(yíng)業(yè)所和110kV及以上等級(jí)的廠站、線路，而在以10kV及以下的配網(wǎng)通信幾乎是空白，主要采用租用公網(wǎng)的GPRS/CDMA承載配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)，并在少量試點(diǎn)建設(shè)了中壓電力載波、光纖通信（包括光MODEOM、工業(yè)以太網(wǎng)、無源光網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)）。

現(xiàn)有配網(wǎng)通信的覆蓋規(guī)模、技術(shù)管理模式均不能滿足“十二五”智能電網(wǎng)配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)的通信需求，如何選擇合適的通信技術(shù)建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)是配網(wǎng)通信目前的重點(diǎn)任務(wù)，以下從配網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)體制、投資等方面分析無線寬帶專網(wǎng)在配網(wǎng)通信中應(yīng)用的必要性和優(yōu)勢(shì)。

2.1配網(wǎng)通信技術(shù)分析

常用的配網(wǎng)通信技術(shù)包括光纖通信、中壓電力線載波、無線公網(wǎng)、無線寬帶專網(wǎng)等，以下分析這些通信技術(shù)應(yīng)用于配網(wǎng)通信建設(shè)的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）光纖通信技術(shù)

光纖通信是電力通信網(wǎng)的主流技術(shù)，具有安全性、可靠性高、傳輸容量大、帶寬高、傳輸距離長(zhǎng)、抗電磁干擾性強(qiáng)、絕緣性能好等優(yōu)勢(shì)。然而由于受到配電網(wǎng)網(wǎng)架分布廣散雜多特征的影響，光纖配網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用還面臨著以下困難：①老城區(qū)施工困難：大城市老城區(qū)、密集市區(qū)是供電重點(diǎn)保障區(qū)域，這些區(qū)域的道路開挖難以獲批，嚴(yán)重影響工期。②投資高：城區(qū)光纜建設(shè)成本過高，是常見通信技術(shù)中平均投資費(fèi)用最高的。

（2）中壓電力載波通信

中壓電力線載波通信是將信號(hào)按一定方式調(diào)制后，利用相應(yīng)的耦合設(shè)備注入中壓配電線傳輸，是電力系統(tǒng)特有的通信方式，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用現(xiàn)有的配電線路傳輸?shù)诫娋W(wǎng)關(guān)心的任何測(cè)控點(diǎn)，不需另鋪專用通信線路，具有投資較低、安全性高等優(yōu)勢(shì)。但受限于其技術(shù)體制的影響，多年來載波技術(shù)并沒在在配網(wǎng)通信中大規(guī)模的應(yīng)用，主要的難點(diǎn)問題是：①10 kV配電載波通道的傳輸特性較惡劣，速率低，可靠性不高：由于配電網(wǎng)在變電站側(cè)未裝設(shè)阻波器，變電站的各條出線的衰耗很大；對(duì)于架空線、地埋電纜混合敷設(shè)的線路，架空線、地埋電纜特性阻抗相差很大，衰耗情況更嚴(yán)重。②網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性差：線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，載波機(jī)不能適應(yīng)，從而帶來運(yùn)行維護(hù)上很多麻煩。③施工涉及停電。中壓載波設(shè)備主要有注入式和卡接式兩種安裝方式，前者需要停電、受干擾小、信號(hào)好；后者不需要停電，但受干擾大、信號(hào)差。為保證通信質(zhì)量，實(shí)際多采用注入式安裝，因此施工多要涉及停電，比較麻煩。

（3）基于無線公網(wǎng)的GPRS/CDMA

無線公網(wǎng)對(duì)用戶的數(shù)量沒有限制，用戶無需建網(wǎng)和維護(hù)，具有建設(shè)周期短、業(yè)務(wù)開展快、初期網(wǎng)絡(luò)成本低等特點(diǎn)。但是電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)并非公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的核心業(yè)務(wù)和重點(diǎn)保障對(duì)象，無論從寬帶、QoS、安全性還是網(wǎng)絡(luò)覆蓋角度考慮，都不會(huì)為電力行業(yè)進(jìn)行特殊的針對(duì)性保障，無線公網(wǎng)絡(luò)適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，及對(duì)通信速率、時(shí)延、中斷率、安全性等要求不嚴(yán)格的場(chǎng)景，無法滿足智能配網(wǎng)自動(dòng)化高安全、高可靠的需求。其局限性主要體現(xiàn)在：①安全保障體制不完善。公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸加密技術(shù)面向所有業(yè)務(wù)，其寬松的驗(yàn)證規(guī)則將允許攻擊者設(shè)立一個(gè)假的蜂窩基站，并監(jiān)聽過往用戶的信息傳送；同時(shí)無線公網(wǎng)的基站建設(shè)在民用建筑上，傳輸、供電、防盜、防雷等抗毀性措施相對(duì)較差，導(dǎo)致設(shè)備故障率高，影響業(yè)務(wù)通信。②網(wǎng)絡(luò)通道不可控。由于無線公網(wǎng)服務(wù)于民眾，網(wǎng)絡(luò)通道受政府機(jī)構(gòu)、軍隊(duì)等單位臨時(shí)規(guī)定的影響較大，區(qū)域GPRS網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)被關(guān)閉時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致片區(qū)低壓集抄業(yè)務(wù)全部中斷。③終端在線率及通信成功率低。由于公網(wǎng)的話音和數(shù)據(jù)都使用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，并且是一個(gè)語音優(yōu)先的系統(tǒng)，所以如果小區(qū)負(fù)載很高，GPRS數(shù)據(jù)用戶得到的空中資源就越少；而且在GPRS業(yè)務(wù)傳輸過程中，如臨時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)隙被語音用戶搶占，業(yè)務(wù)將即時(shí)中斷。

（4）基于無線寬帶技術(shù)的無線專網(wǎng)

基于無線寬帶技術(shù)的無線專網(wǎng)具備覆蓋面廣、施工難度低、實(shí)施周期短、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，同時(shí)由于專網(wǎng)專用，其業(yè)務(wù)質(zhì)量、寬帶保證、安全隔離和覆蓋范圍都能很好地滿足配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)需求，其主要的優(yōu)勢(shì)有：①帶寬容量大，能滿足配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)寬帶化發(fā)展需求。單基站吞吐量可達(dá)15M，終端的速率可達(dá)2M。在使用5M信道帶寬情況下，可支持15Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以滿足各種業(yè)務(wù)需求。②安全性高。無線寬帶技術(shù)在解決通信系統(tǒng)面臨的中斷、篡改、竊聽、偽造和抵賴等5類安全威脅的問題上，已在通信系統(tǒng)的認(rèn)證性、機(jī)密性、完整性、可用性和不可否認(rèn)性幾個(gè)方面具備很成熟的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和加密算法。無線專網(wǎng)設(shè)備可安放在配電所/房，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全性保障明顯優(yōu)于公網(wǎng)設(shè)備，可以有效防范欺騙、竊聽、拒絕等網(wǎng)絡(luò)攻擊。③施工容易。不涉及對(duì)線路的停電、改造，施工周期短，可迅速實(shí)現(xiàn)大范圍節(jié)點(diǎn)覆蓋。

2.2配網(wǎng)通信建設(shè)成本分析

（1）光纖通信

光纖通信建設(shè)成本主要由光纜采購(gòu)、光纜施工和光設(shè)備采購(gòu)成本構(gòu)成。設(shè)備成本：0.8萬元/點(diǎn)；光纜成本：24芯光纜1.5萬元/公里；施工成本：已有預(yù)留管溝的施工費(fèi)用5萬元/公里；未預(yù)留管溝需要開挖的施工費(fèi)用13萬元/公里。

以兩個(gè)配網(wǎng)站點(diǎn)間的平均距離為0.3km進(jìn)行成本估算：

已預(yù)留管溝的費(fèi)用為2.75萬元/點(diǎn)；未預(yù)留管溝的費(fèi)用為5.15萬元/點(diǎn)。

（2）中壓載波通信

以1條線路4個(gè)配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)估算，需配置一臺(tái)主載波、四個(gè)從載波；主載波設(shè)備，6萬元/臺(tái)，從載波設(shè)備，1.5萬元/臺(tái)；則估算成本為2.7萬元/點(diǎn)。

（3）公網(wǎng)無線通信

每月12元包月，10M帶寬，終端設(shè)備費(fèi)0.15萬元/點(diǎn)，以5年租期計(jì)算，則估算成本為0.22萬元/點(diǎn)。

（4）無線專網(wǎng)通信

成本主要由基站建設(shè)成本和無線終端采購(gòu)成本構(gòu)成，基站設(shè)備：40萬元/臺(tái)；無線寬帶終端：0.15萬元/臺(tái)。以配網(wǎng)自動(dòng)化、計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)共10萬個(gè)點(diǎn)估算，在110kV及以上變電站和自有物業(yè)位置加裝基站，完成全部覆蓋，共需300個(gè)基站，自建無線專網(wǎng)費(fèi)用為0.27萬元/點(diǎn)。

小結(jié)：采用不同技術(shù)滿足配網(wǎng)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)的通信覆蓋，無線專網(wǎng)的投資估算成本很低，具有良好的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

三、配網(wǎng)通信技術(shù)規(guī)劃建議

根據(jù)上述技術(shù)和投資分析，作為應(yīng)用于配網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)對(duì)其安全性、可靠性等都有較嚴(yán)格要求，而且配用電業(yè)務(wù)有向?qū)拵Щ杆侔l(fā)展的趨勢(shì)，不適合采用無線公網(wǎng)承載；而采用光纖通信、中壓載波等技術(shù)無法在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。因此，為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化，建設(shè)專網(wǎng)專用、可定制安全策略的、可自主管理的電力無線寬帶專網(wǎng)是很有必要的。以下是對(duì)配網(wǎng)通信技術(shù)規(guī)劃的建議：1、對(duì)于老城區(qū)業(yè)務(wù)點(diǎn)，以無線寬帶專網(wǎng)為主。2、對(duì)于新接入的具高可靠、高安全要求的控制類業(yè)務(wù)點(diǎn)，以光纖通信技術(shù)為主，無線寬帶專網(wǎng)為輔。3、對(duì)于大量的、分散的、以監(jiān)測(cè)為主的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)：以無線寬帶專網(wǎng)為主，公網(wǎng)通信技術(shù)作為補(bǔ)充。

四、結(jié)束語

無線寬帶專網(wǎng)可以為電網(wǎng)公司提供先進(jìn)的無線寬帶接入技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的廣泛接入，提供各種無線信息化應(yīng)用，為電網(wǎng)公司提供更便捷的服務(wù)，全面提升電力行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。如今智能電網(wǎng)時(shí)代即將到來，電力無線寬帶專網(wǎng)作為智能配網(wǎng)通信的有效解決方案，不僅能支撐智能電網(wǎng)的各種需求，還具有良好的成本優(yōu)勢(shì)，節(jié)省通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資，因此，建設(shè)電力無線寬帶專網(wǎng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。