智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)原則分析

荊鵬飛，宋春紅

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031）

智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)國(guó)家智能電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，智能配電網(wǎng)在配電自動(dòng)化、配電變壓器監(jiān)測(cè)以及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等方面對(duì)通信帶寬和通信可靠性提出了更高要求，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供滿足配電網(wǎng)信息收集、控制和管理的通信綜合平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多種通信方式統(tǒng)一接入、統(tǒng)一接口和統(tǒng)一管理。做好智能配電通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作是建設(shè)優(yōu)質(zhì)、安全、可靠智能配電通信網(wǎng)的基礎(chǔ)［1］。

1 配電通信網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 現(xiàn)狀

配電通信網(wǎng)主要與城市實(shí)施的配電自動(dòng)化系統(tǒng)配套建設(shè)，“十二五”期間，隨著城市智能配電網(wǎng)試點(diǎn)工作逐步的開展，也配套進(jìn)行了配電通信網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)。總體而言，配電自動(dòng)化及其配套通信網(wǎng)仍處于小規(guī)模應(yīng)用階段，大規(guī)模建設(shè)尚未展開。目前，配電通信網(wǎng)多采用光調(diào)制解調(diào)器、工業(yè)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)、中壓電力線載波、無線公網(wǎng)等通信方式［2］。

1.2 存在的問題

目前運(yùn)行的配電通信網(wǎng)大多為各地各部門根據(jù)實(shí)際需要分散建設(shè)，規(guī)劃、建設(shè)、改造及運(yùn)維管理上還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范，多采用公網(wǎng)GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)）通信方式，造成配電網(wǎng)對(duì)公網(wǎng)依賴程度較高，且受無線公網(wǎng)通信技術(shù)體制、運(yùn)營(yíng)性質(zhì)和通道安全性制約，導(dǎo)致相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)降低，信息安全存在風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重制約智能配電網(wǎng)的發(fā)展。

2 智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

配電通信網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)主要包括配電自動(dòng)化系統(tǒng)及配電變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)，隨著智能配電網(wǎng)的建設(shè)，在“十二五”期間配電通信網(wǎng)還將擴(kuò)展電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、語(yǔ)音服務(wù)、配電監(jiān)控運(yùn)行業(yè)務(wù)、分布式電源控制等業(yè)務(wù)，并作為用電業(yè)務(wù)的上聯(lián)通道。智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)種類見表1。

表1 智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)種類

表1中控制類業(yè)務(wù)（如三遙配電開關(guān)業(yè)務(wù)）對(duì)通信安全性要求高，通信時(shí)延要求嚴(yán)格（要求秒級(jí)以下），通信的失效會(huì)影響電網(wǎng)的控制執(zhí)行，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行故障；信息監(jiān)測(cè)類業(yè)務(wù)對(duì)通信安全性要求較高，通信時(shí)延、路由要求相對(duì)寬松，通信的失效對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行存在一定管理方面的影響；視頻類業(yè)務(wù)、語(yǔ)音類業(yè)務(wù)與信息監(jiān)測(cè)類業(yè)務(wù)類似，但對(duì)通信的帶寬需求較大，其接入點(diǎn)均在開閉所。

根據(jù)河北省南部電網(wǎng)配電通信網(wǎng)規(guī)劃中關(guān)于智能配電網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的分析，單條10kV 線路業(yè)務(wù)總需求帶寬約1.2 Mb／s，在變電站側(cè)匯聚的傳統(tǒng)配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)流量不超過300Kb／s，變電站傳輸設(shè)備提供2 Mb／s 的基礎(chǔ)帶寬即可滿足要求；擴(kuò)展性配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)匯聚流量40 Mb／s，其中90%以上為開閉所業(yè)務(wù)，且以視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)為主，可承載于數(shù)據(jù)網(wǎng)上，變電站傳輸設(shè)備提供2×2 Mb／s的基礎(chǔ)帶寬即可。智能用電業(yè)務(wù)可承載于綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上，根據(jù)覆蓋范圍提供相應(yīng)帶寬。因此匯聚站點(diǎn)傳輸設(shè)備預(yù)測(cè)帶寬為3×2 Mb／s，提供4 個(gè)2 Mb／s可滿足需求。

3 智能配電網(wǎng)通信技術(shù)

3.1 光纖通信技術(shù)

光纖專網(wǎng)通信方式帶寬高、容量大、覆蓋范圍廣，可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性都很高，適用于配用電通信領(lǐng)域的所有業(yè)務(wù)，和其他通信方式相比優(yōu)勢(shì)明顯。從技術(shù)角度看，配電通信網(wǎng)可以采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)或者無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)比較成熟，可靠性高，電力系統(tǒng)應(yīng)用多，但成本偏高；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）和吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)發(fā)展前景很好，上下行速率為1.25Gb／s（GPON 下行速率可達(dá)2.5 Gb／s），并且組網(wǎng)靈活，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。非常適合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前EPON 建網(wǎng)成本低于GPON，技術(shù)成熟度較高。光纖專網(wǎng)通信方式的缺點(diǎn)在于建設(shè)成本較高，部分老線路不具備光纜鋪設(shè)條件［3－4］。

3.2 無線寬帶專網(wǎng)技術(shù)

無線寬帶專網(wǎng)方式帶寬較高、系統(tǒng)容量較大、擴(kuò)展性好，實(shí)時(shí)性較好，為電網(wǎng)公司在智能配電網(wǎng)建立全面覆蓋、接入方式便捷的寬帶綜合業(yè)務(wù)通信平臺(tái)提供了一個(gè)技術(shù)選擇。但無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性比有線通信網(wǎng)絡(luò)低，目前業(yè)界主流的通信技術(shù)都有各自的缺點(diǎn)。全球微波互聯(lián)接入（WiMAX）技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較多，國(guó)內(nèi)沒有分配頻點(diǎn)，存在政策風(fēng)險(xiǎn)；多載波無線信息本地環(huán)路（McWiLL）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，只有很少部分企業(yè)掌握核心技術(shù)，存在壟斷風(fēng)險(xiǎn)；3GPP 長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)尚未大規(guī)模商用，成熟度有待進(jìn)一步驗(yàn)證［5］。

230 MHz LTE系統(tǒng)利用電力行業(yè)已有的230 MHz負(fù)控頻率資源（電力專用頻率帶寬1 MHz，40個(gè)頻點(diǎn)），通過擴(kuò)充頻點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)上行15 Mb／s和下行6Mb／s傳輸速率，采用多種解決高吞吐量和高可靠性傳輸?shù)腖TE 關(guān)鍵技術(shù)，如自適應(yīng)調(diào)制與編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技術(shù)、混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（Hybrid Automatic Repeat－Request，HARQ）技術(shù)、動(dòng)態(tài)調(diào)度技術(shù)、干擾協(xié)調(diào)技術(shù)等，具備成本低、廣覆蓋和較大帶寬的特點(diǎn)，并且組網(wǎng)靈活，便于施工。目前已有廠商研發(fā)出電力專用230 MHz LTE產(chǎn)品。

3.3 中壓電力線載波技術(shù)

中壓電力線載波技術(shù)為電力系統(tǒng)特有的通信方式，利用10kV 配電線路為媒質(zhì)進(jìn)行通信，無需布線，具有成本低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)調(diào)制頻帶和帶寬的不同可分為寬帶技術(shù)和窄帶技術(shù)。目前中壓窄帶電力線載波技術(shù)在配電通信領(lǐng)域使用較多，但由于頻帶限制，其傳輸帶寬和實(shí)時(shí)性較低，同時(shí)中壓電力線路情況復(fù)雜，開關(guān)眾多，電力線載波通信容易受到配電網(wǎng)運(yùn)行狀況的影響［6］。

以往因技術(shù)成熟度所限，中壓電力線載波技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用還比較少，僅僅作為對(duì)光纖和無線通信方式的補(bǔ)充手段，近年隨著OFDM（正交頻分復(fù)用）自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)、卷積編碼、信道估計(jì)等技術(shù)的采用，中壓寬帶電力線載波技術(shù)也趨于成熟，視線路條件和環(huán)境情況，傳輸速率可達(dá)2～10 Mb／s。目前中壓寬帶電力線載波技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用相對(duì)較多，在國(guó)內(nèi)也開始試點(diǎn)應(yīng)用。

3.4 無線公網(wǎng)通信技術(shù)

無線公網(wǎng)通信是指配用電終端設(shè)備通過無線通訊模塊接入到無線公網(wǎng)，再經(jīng)由專用光纖網(wǎng)絡(luò)接入到主站系統(tǒng)的通信方式，目前無線公網(wǎng)通信主要包括GPRS、CDMA、3G 等。無線公網(wǎng)通信方式具有系統(tǒng)容量較大，建設(shè)成本較低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但采用無線公網(wǎng)通信方式安全性、實(shí)時(shí)性不能得到保證。另外，無線公網(wǎng)通信方式每年需要向運(yùn)營(yíng)商支付的使用費(fèi)用也很大。電力專網(wǎng)與無線公網(wǎng)通信技術(shù)見表2和表3。

表2 智能配電網(wǎng)電力專網(wǎng)通信技術(shù)對(duì)比

表3 智能通信網(wǎng)無線公網(wǎng)通信技術(shù)

4 智能配電通信網(wǎng)建設(shè)原則

綜合考慮智能配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)情況和業(yè)務(wù)需求，并通過配電網(wǎng)通信技術(shù)的綜合比較，建議智能配電通信網(wǎng)建設(shè)原則如下：

a.因地制宜，綜合采用多種通信技術(shù)相結(jié)合的方式建設(shè)智能配電通信網(wǎng)絡(luò)。宜以專網(wǎng)為主，公網(wǎng)為輔。

b.應(yīng)根據(jù)實(shí)施智能配電區(qū)域的具體情況選擇合適的通信方式。配電網(wǎng)主干線路宜采用光纖通信方式，分支線路可采用光纖與無線及中壓載波相結(jié)合的通信方式。

c.實(shí)現(xiàn)“三遙”功能的站點(diǎn)、依賴通信實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離的饋線自動(dòng)化區(qū)域、分布式電源等宜采用通信專網(wǎng)，優(yōu)先采用光纖通信方式；實(shí)現(xiàn)“兩遙”、“一遙”功能的站點(diǎn)可采用光纖通信、中壓載波及無線通信等多種方式，但采用無線公網(wǎng)時(shí)需采取相應(yīng)的安全防護(hù)策略。

d.采用光纖通信方式的配電通信網(wǎng)可根據(jù)情況采用無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON／GPON）、工業(yè)以太網(wǎng)等通信技術(shù)。

e.應(yīng)充分考慮配網(wǎng)改造工程多、網(wǎng)架頻繁變動(dòng)的特點(diǎn)，智能配電通信網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要有預(yù)留和備份資源。

f.光纜建設(shè)應(yīng)充分考慮智能配電通信網(wǎng)建設(shè)需求，以及用電通信網(wǎng)和其它增值業(yè)務(wù)的接入需求，新建配電網(wǎng)電纜線路或架空線路宜同步建設(shè)通信光纜或預(yù)留光纜架設(shè)通道。

g.進(jìn)行LTE、中壓寬帶電力線載波等通信新技術(shù)試點(diǎn)建設(shè)，技術(shù)成熟時(shí)可進(jìn)一步推廣。

智能配電通信網(wǎng)絡(luò)示意見圖1。

圖1 智能配電通信網(wǎng)示意

5 結(jié)束語(yǔ)

以上提出了智能配電通信網(wǎng)建設(shè)原則作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施階段的參考，智能配電網(wǎng)由于其配電站點(diǎn)種類眾多、分布廣泛、安置環(huán)境復(fù)雜，單一的通信方式無法解決智能配電通信網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋問題。在實(shí)際建設(shè)中，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況因地制宜，同時(shí)考慮應(yīng)用需求、經(jīng)濟(jì)成本等因素，綜合采用最適宜的通信方案以滿足智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)的要求。

［1］吳俊勇.智能電網(wǎng)綜述技術(shù)講座第四講：電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.電力電子，2010（4）：67－70.

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