中壓電力線寬帶載波在配網(wǎng)自動化通信建設中的前景探討

鄭猷泉 江錚 林泓生

【摘要】 MV-BPLC的特點在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設中有較強的比較優(yōu)勢，在局部地區(qū)已經(jīng)規(guī)模化應用，效果良好。隨著配電網(wǎng)自動化的快速發(fā)展，“MV-BPLC+光纖通信”將成為配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設最重要的解決方案，快速得到發(fā)展。

【關鍵詞】 配電網(wǎng)自動化 通信系統(tǒng)建設 中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）

一、配電網(wǎng)自動化的發(fā)展趨勢及目標

2013年，國家能源局發(fā)布了南方電網(wǎng)十三五規(guī)劃《南方電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2013—2020年）》，已經(jīng)明確提出未來8年配電網(wǎng)自動化發(fā)展目標：到2020年城市配電網(wǎng)自動化覆蓋率達到 80%；2014年，國家電網(wǎng)在十三五規(guī)劃編制指導思想工作會議中明確提出了加強智能電網(wǎng)建設。經(jīng)權威機構預測，國家電網(wǎng)配電網(wǎng)自動化建設，到2020年城市配電網(wǎng)自動化覆蓋率將達到90%左右。配電網(wǎng)自動化：就是利用現(xiàn)代電子技術、通訊技術、計算機及網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運行及事故情況下的遠程監(jiān)測、保護、控制和配電管理的現(xiàn)代化。按照電網(wǎng)的配電網(wǎng)自動化要求，即實現(xiàn)對配電網(wǎng)設備的“五遙”管理：遙信、遙測、遙控、遙調、遙視。

配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)，是配電網(wǎng)自動化的神經(jīng)系統(tǒng)，負責配電設備與遠程控制管理中心的雙向數(shù)據(jù)傳送，是配電網(wǎng)自動化實現(xiàn)的基礎，也是配電網(wǎng)自動化實現(xiàn)的關鍵，通信系統(tǒng)的傳輸速率、可靠性等，直接影響到配電網(wǎng)自動化的應用效果。

二、配電網(wǎng)自動化發(fā)展中通信系統(tǒng)建設面臨的問題

配電網(wǎng)網(wǎng)絡結構復雜，分支多、分布廣、節(jié)點數(shù)量龐大，覆蓋了從變電站10kV端到開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室及箱變臺變等各個應用場所，因此對通信系統(tǒng)有非常高的需求：

2.1可靠性

配電設備多應用與室外環(huán)境，因此通信系統(tǒng)必須具備具備在惡劣環(huán)境下工作的能力，抗干擾能力強、通信穩(wěn)定可靠。

2.2高通信速率

按照配網(wǎng)自動化的五遙（遙信、遙測、遙調、遙控、遙視）要求，通信速率需達到4MBPS左右（歐洲智能電網(wǎng)研究項目INTEGRIS分析，配電網(wǎng)自動化對配網(wǎng)通信速率的需求估算為4Mbps，才能有效支撐配電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信要求）。

2.3工程實施簡單，具備快速建網(wǎng)的能力

配電網(wǎng)通信節(jié)點存量改造點多面廣，分布范圍大，布局分散，工程量大；因國家新城建設日新月異，配電網(wǎng)通信系統(tǒng)新增節(jié)點大量增長，因此更加需要通信系統(tǒng)工程實施簡單、具備快速建網(wǎng)的能力。

2.4易用性&易維護性

通信系統(tǒng)必須易使用、維護方便等特點，才能滿足新技術快速規(guī)模應用的要求。

2.5通信設備接口標準化

配電設備種類多、接口復雜，因此通信設備必須具備通用的標準化的接口，才能滿足配電設備的接入要求。

2.6靈活組網(wǎng)的能力

配電網(wǎng)設備組網(wǎng)復雜，從主干線路到支線線路，網(wǎng)絡拓撲多種多樣，因此通信系統(tǒng)必須具備滿足復雜組網(wǎng)的能力，變更方便，易于構建大型網(wǎng)絡，便于網(wǎng)絡集中管理。

2.7投資成本

由于配電網(wǎng)通信點多面廣的特點，采用全光纖通信方式，投資巨大：

1）建設成本：特別是城市密集區(qū)，光纖敷設成本非常高；另外，光纖敷設還需要支付昂貴的市政規(guī)費。

2）運維成本：一旦光纖損壞，維護成本非常高；城市改造，配電線路變更導致光纖線路變更成本非常高；需設置專人維護。線路維護需專業(yè)團隊。

3）時間成本：在光纖敷設時，市政申請、挖溝破路、管線挖埋、光纖中繼設計等都需要耗費大量的時間和人力成本，造成通信系統(tǒng)建設工期較長。

目前，配電網(wǎng)通信解決方案紛繁復雜，包括光纖通信、租用移動運營商信道（GPRS/3G/4G）、中壓（10kV）電力線窄帶通信、中壓電力線寬帶通信、自建小無線等方式，各有優(yōu)勢與不足，如何選擇性價比高、滿足配電網(wǎng)通信需求的解決方案，成為配電網(wǎng)自動化通信建設的關鍵。租用信道（GPRS/3G等）優(yōu)點：實施簡單，不足長期租用信道的高成本，公共信道安全性隱患高；公網(wǎng)繁忙時穩(wěn)定性、實時性和可靠性較差；不能自己管理與維護信道；低通信速率，不能滿足配電網(wǎng)“五遙”通信需求。自主建設小無線優(yōu)點：投資小、維護簡單，不足是易受建筑遮擋，傳輸距離受限，難以實現(xiàn)端到端的可靠通信；易受天氣環(huán)境等影響，可靠性差；配電網(wǎng)設備需要更換相應的通訊模塊才能與基站通訊，需要和所有設備廠商進行設備聯(lián)調，工作量很大；無線覆蓋規(guī)劃、實施難度大；□難于管理和維護。

三、MV-BPLC配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)建設方案

3.1概念及原理

中壓載波技術是指電力線載波通信（PLC，Power Line Communication）運用在中壓（10kV）電力線上進行監(jiān)測、控制、語音、視頻等數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N電力線增值技術，是一種高傳輸帶寬（傳輸速率達到5Mbps以上）的中壓電力線載波技術，中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）運用先進的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）調制解調方式，在抗干擾、通信可靠穩(wěn)定性、帶寬，傳輸實時性等各方面均具有明顯的優(yōu)勢。

中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）解決方案具備以下特點：

1、充分利用現(xiàn)有10kV電力線做為數(shù)據(jù)傳輸載體，無土方施工，無需敷設傳輸線路，可以實現(xiàn)快速建網(wǎng)。

2、基于OFDM調制解調技術，抗干擾能力強，通信穩(wěn)定可靠。

3、芯片物理速率200M，應用層通信速率10M-100M，帶寬高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，是一條電力信息傳輸高速公路。

2、MV-BPLC配電網(wǎng)通信建設方案

因MV-BPLC具備的一些顯著特點，則在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設中，可以充分利用。國家電網(wǎng)公司《電力通信網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》（國家電網(wǎng)企管【2015】238號Q/GDW 11358—2014）中也明確指出，10kV通信接入網(wǎng)有線組網(wǎng)可采用光纖、中壓載波等方案：

（1）在配電網(wǎng)自動化通信解決方案中，配電網(wǎng)主干線路采用光纖通信方案，確保主干通信網(wǎng)絡高速穩(wěn)定的通信通道；配電網(wǎng)分支線路采用中壓電力線寬帶載波（MV-BPLC）通信解決方案，靈活快速接入光纖主干通信網(wǎng)絡，可以有效降低建設成本，縮短建設工期。

（2）在光纖敷設困難（包括市政規(guī)劃限制、光纖敷設協(xié)調/實施困難、商業(yè)及人口密集區(qū)敷設成本高、影響建設工期等因素）的配電網(wǎng)主干線路，也可以用中壓電力線寬帶載波通信（MV-BPLC）解決方案靈活快速部署。

（3） 對建設工期要求短、投資預算受限的區(qū)域：部分配電網(wǎng)主干線路和分支線路都可以采用MV-BPLC配電網(wǎng)通信解決方案。

四、MV-BPLC在配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)建設中的實際應用

國家電網(wǎng)公司福建省龍巖市供電公司，從2008年就開始MV-BPLC的應用研究和應用，經(jīng)過多年和MV-BPLC供應商的探討、需求分析和產品不斷優(yōu)化改進，最終選擇了與珠海市銘誠電力科技有限公司合作，形成了“光纖通信+MV-BPLC”的配電網(wǎng)通信解決方案。目前龍巖配電網(wǎng)MVBPLC網(wǎng)上應用超過500套，產品運行穩(wěn)定可靠，未發(fā)生通信中斷事故，有效降低了建設成本和建設工期，取得了良好的投資效益。在2014國家電網(wǎng)審批立項的配電自動化工程試點項目龍巖市核心區(qū)建設中，通過了福建省公司、國家電網(wǎng)總公司專家團隊現(xiàn)場測試驗證，專家團隊MV-BPLC產品和解決方案給予了高度評價和認可，認為MV-BPLC達到了光纖通信的應用效果。

目前珠海市銘誠電力科技有限公司提供的MV-BPLC產品及解決方案，具備了滿足配電網(wǎng)通信需求的許多特性，運行穩(wěn)定可靠，能有效縮短建設工期和投資成本：

4.1通信速率高

針對配電網(wǎng)線路距離、受干擾程度的不同，銘誠電力MV-BPLC通信速率能穩(wěn)定達到5M-50Mbps，通信穩(wěn)定可靠，完全滿足配網(wǎng)自動化通信需求；

4.2配電線路適應性強

對配電網(wǎng)地埋電纜線路和架空線路，可以采用不同的耦合方式（電感耦合和電容耦合）將信號加載到10kV電力線上，保障數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定可靠。

4.3高可靠性和抗干擾性

采用最先進的調制解調技術——OFDM技術，將信息分配在1536個子信道上傳輸，采取智能檢測信道和規(guī)避干擾的技術，最大限度的提高抗電磁干擾和多徑干擾能力。對同頻干擾，銘誠電力MV-BPLC的通信頻率達到2-34MHz，遠離一般電氣設備所能產生的頻率干擾，同時也遠離10kV電網(wǎng)的噪聲和脈動干擾。另外銘誠電力MV-BPLC具備數(shù)據(jù)完整性檢查，鑒權功能，加密算法，支持3DES和AES-128/256，通信穩(wěn)定可靠。

4.4通信距離

點對點的通信距離地埋電纜線路距離能達到2Km左右，架空線路可達到2Km以上，通信穩(wěn)定可靠；通過中繼模式（銘誠電力MV-BPLC可以10級中繼），可滿足更長的線路通信需求；

4.5靈活組網(wǎng)的能力

可以組成星型通信網(wǎng)絡、樹形通信網(wǎng)絡及混合通信網(wǎng)絡，完全滿足配電網(wǎng)復雜的組網(wǎng)需求；

4.6工程實施簡單，1小時即可建立高速通信通道

工程實施免敷設傳輸線路（充分利用10kV的電力線資源）、無土方工程，硬件安裝簡單、免調試（即裝即用）、利用工具可免斷電實施；一般情況下，1小時左右即可以建立兩通信節(jié)點的寬帶通信通道；

4.7易維護

只需對故障設備更換，無需任何數(shù)據(jù)配置（即換即用），讓維護更加簡單；

4.8網(wǎng)絡管理

通過嵌入式網(wǎng)管機，可以對MV-BPLC進行遠程的管理，包括對MV-BPLC各節(jié)點通信狀態(tài)進行實時監(jiān)控、遠程數(shù)據(jù)配置、調試、故障信息手機、信噪比分析。接口標準化：提供標準的10M/100M以太網(wǎng)接口，支持標準的IP協(xié)議規(guī)范；

4.9電源熱備份設計

支持DC24V/48V和AC220V電源同時輸入，保障通信不間斷運行；

4.10建設成本

建設成本與光纖通信相比，有明顯的成本優(yōu)勢，建設成本大概是光纖通信的50%左右。

五、MV-BPLC應用前景探討

1、 中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）解決方案在歐美已經(jīng)規(guī)?；瘧茫跉W美中壓電力線寬帶通信在配電網(wǎng)自動化通信使用率超過80%。但在國內，MV-BPLC應用較為緩慢，主要原因在于：一是國內配電網(wǎng)自動化的需求較為滯后，影響了MV-BPLC的應用研究和推廣；二是歐美配電網(wǎng)規(guī)劃較好，線路上受干擾影響較小，技術上容易實現(xiàn)。而國內因近二三十年城市化發(fā)展迅速，導致配電網(wǎng)網(wǎng)絡結構、應用環(huán)境較為復雜，國外的產品和解決方案在國內無法適應，需要針對國內配電網(wǎng)的應用環(huán)境和特點進行針對性的改進。

2、 國內從九十年代開始，就有許多的機構、企業(yè)在學術方面研究MV-BPLC，已經(jīng)有了較為充分的理論基礎。2010后，陸續(xù)有不少電力通信供應商已經(jīng)將學術理論轉換成了MV-BPLC的產品實際應用，在局部地區(qū)已經(jīng)規(guī)模化應用，并且取得了非常好的應用效果（如珠海市銘誠電力科技有限公司）。MV-BPLC產品及解決方案的日漸成熟，為MVBPLC在配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)廣泛應用提供了產品基礎。

3、 國家電網(wǎng)公司《電力通信網(wǎng)規(guī)劃設計技術導則》（國家電網(wǎng)企管【2015】238號Q/GDW 11358—2014），也已經(jīng)明確了配電網(wǎng)建設“光纖通信+MV-BPLC”的解決方案，為MV-BPLC發(fā)展提供了政策支持。

4、 電力發(fā)展十三五規(guī)劃，配電網(wǎng)自動化成為電網(wǎng)發(fā)展的重點，為MV-BPLC大規(guī)模應用提供了良好的市場環(huán)境。

因此，我們相信，隨著配電網(wǎng)自動化的快速發(fā)展，MVBPLC產品及解決方案的日漸成熟，MV-BPLC的優(yōu)勢將得以規(guī)?；@現(xiàn)，“MV-BPLC+光纖通信”將成為配電網(wǎng)通信的最主流的解決方案，在電力發(fā)展十三五規(guī)劃配電網(wǎng)自動化建設中，將發(fā)揮重要的作用。

參 考 文 獻

[1] 孟紹良.中壓電力線寬帶載波通信新技術應用于配電自動化通信的實踐研究.第二屆配電自動化新技術及其應用高峰論壇論文集. 2011年10月

[2] 周志福.10kV中壓電力線寬帶技術應用于配網(wǎng)自動化通信的實踐研究.2010年配電自動化新技術及其應用高峰論壇論文集