主動(dòng)配電網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用分析

付誠

（中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650051）

主動(dòng)配電網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用分析

付誠

（中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650051）

相比于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)的智能化水平和自動(dòng)化水平大大提高。通信系統(tǒng)是主動(dòng)配電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，為滿足配電自動(dòng)化、高級(jí)量測(cè)裝置、分布式能源站調(diào)度、配網(wǎng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)等應(yīng)用的需求，必須建設(shè)一張可靠的通信網(wǎng)。結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)特征，既分析了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以及PON等常用的通信技術(shù)，又分析了NB-IoT和LoRa等新型通信技術(shù)，并且針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中不同的通信業(yè)務(wù)需求，提出了適用的通信技術(shù)，可作為主動(dòng)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)的參考。

主動(dòng)配電網(wǎng)；通信技術(shù)；NB-IoT；LoRa

隨著傳統(tǒng)化石能源的日趨枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，新能源技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)供電質(zhì)量與電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的要求提高，以風(fēng)電、光伏為代表的分布式可再生能源和以電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能裝置為代表的新型負(fù)荷大規(guī)模接入配電網(wǎng)[1]。近年來，分布式電源技術(shù)（DistributedGeneration，DG）被業(yè)界普遍看好，相關(guān)技術(shù)研究、試點(diǎn)實(shí)踐層出不窮，已成為國內(nèi)外主動(dòng)電網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)之一。

2006年國際大電網(wǎng)會(huì)議首次提出了“主動(dòng)配電網(wǎng)（ActiveDistributionNetwork，ADN）”概念，與傳統(tǒng)配電網(wǎng)僅能被動(dòng)地接受分布式電源不同，主動(dòng)配電網(wǎng)能夠協(xié)調(diào)分布式能源與儲(chǔ)能裝置按照優(yōu)化互補(bǔ)的方式運(yùn)行，運(yùn)行人員可以根據(jù)負(fù)載情況，靈活改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，調(diào)整電力潮流，使得配電網(wǎng)能夠經(jīng)濟(jì)、良好地運(yùn)行，提高新能源利用率，提高可靠性和電能質(zhì)量，保證配電網(wǎng)安全、高效地運(yùn)行。未來的配電網(wǎng)將從傳統(tǒng)的被動(dòng)單向式供電逐步向多種能源形式供電的雙向供電方向發(fā)展，配電網(wǎng)將由原來單一電能分配的角色轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔軈R集、電能傳輸、電能存儲(chǔ)和電能分配為一體的新型電力交換系統(tǒng)[2]。

通信系統(tǒng)是主動(dòng)配電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，鑒于滿足配電自動(dòng)化、高級(jí)量測(cè)裝置、分布式能源站調(diào)度、配網(wǎng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)等應(yīng)用的需求，建設(shè)一張可靠的通信網(wǎng)勢(shì)在必行。主動(dòng)配電網(wǎng)具有線路多、設(shè)備多等特點(diǎn)，再加上大量分布式電源及儲(chǔ)能裝置的接入，數(shù)據(jù)傳輸需求很大，對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸容量要求很高。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的雙向供電互動(dòng)，必須時(shí)刻保證通信通道的可用性，因此對(duì)通信系統(tǒng)的可靠性要求極高[3]。綜上所述，作為主動(dòng)配電網(wǎng)中不可或缺的一部分，開展建設(shè)時(shí)，必須對(duì)通信系統(tǒng)予以高度重視。

相比于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)的智能化水平和自動(dòng)化水平大大提高，通信業(yè)務(wù)也爆發(fā)式增長。主動(dòng)配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)主要有：配電自動(dòng)化終端通信業(yè)務(wù)，中壓配電線路保護(hù)通信業(yè)務(wù)，分布式電源、儲(chǔ)能裝置通信業(yè)務(wù)，智能電表通信業(yè)務(wù)，大客戶負(fù)荷管理通信業(yè)務(wù)，配網(wǎng)設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)。

總體來看，主動(dòng)配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)具有業(yè)務(wù)種類多、單項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量小等特點(diǎn)。為了建設(shè)好主動(dòng)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)，必須得分析清楚適用于主動(dòng)配電網(wǎng)的各類通信技術(shù)及其特點(diǎn)。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)通信技術(shù)分析

1.1 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)

工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)是一種集光通信、以太網(wǎng)接入、異步數(shù)據(jù)傳輸于一體的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)是配電網(wǎng)中常用的通信技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)誕生之初，旨在解決復(fù)雜、惡劣的工業(yè)環(huán)境中傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的難題。以太網(wǎng)技術(shù)采用了載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)技術(shù)，在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，該技術(shù)可靠性大大降低，最終可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳遞數(shù)據(jù)包，提高了以太網(wǎng)通信速度，并且可以智能感知網(wǎng)絡(luò)狀況，提供報(bào)警，從而可以使設(shè)備在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)制造成本低，具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單可靠，即插即用，支持快速以太網(wǎng)冗余環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持廣播風(fēng)暴抑制功能，維護(hù)和管理方便等特點(diǎn)。

1.2PON技術(shù)

無源光網(wǎng)絡(luò)（PassiveOpticalNetwork，PON）只在信息源端和宿端需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電，中間的光配線網(wǎng)采用無源分光器件構(gòu)建，設(shè)備無需供電。但由于采用了無源分光器，發(fā)光功率下降較快，因此PON一般適用于較短距離的信息傳輸。由于其技術(shù)特性，PON技術(shù)特別適合用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸，這與配電網(wǎng)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)樹形發(fā)散式線路模式正好適應(yīng)。

在主動(dòng)配電網(wǎng)中采用PON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：①節(jié)約光纜纖芯資源，擴(kuò)大通信網(wǎng)服務(wù)范圍。采用樹形結(jié)構(gòu)，有利于共享主站側(cè)出來的光纖介質(zhì)，可以節(jié)約設(shè)備光接口資源，提高光纖利用率。②采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式搭建網(wǎng)絡(luò)，主站側(cè)的一套設(shè)備可以通過分光器將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至若干個(gè)終端設(shè)備，特別適合配電網(wǎng)中樹形的光纜拓?fù)洹＂劭煽啃愿?。由于PON技術(shù)組網(wǎng)特點(diǎn)，單點(diǎn)設(shè)備故障不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備的工作，可以抵抗多點(diǎn)同時(shí)失效，任何一個(gè)終端或多個(gè)終端故障，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 NB-IoT技術(shù)

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT）基于運(yùn)營商蜂窩網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，只需要180kHz的帶寬。NB-IoT可基于現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)直接部署，以較低的部署成本實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。采用NB-IoT技術(shù)的設(shè)備待機(jī)時(shí)間長，但網(wǎng)絡(luò)連接高效、迅速，適用于承載數(shù)據(jù)量小，但在線率要求高的主動(dòng)配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)。

NB-IoT具備4大優(yōu)勢(shì)：①傳輸距離遠(yuǎn)。在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有無線技術(shù)增益大20分貝，具有更大的覆蓋面積。②支持海量終端接入。NB-IoT一個(gè)扇區(qū)可接入10萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，特別適用于時(shí)延要求不高，設(shè)備成本低數(shù)量多的應(yīng)用場(chǎng)景。③超低功耗。NB-IoT通信終端待機(jī)時(shí)間理論上可達(dá)10年，特別適用于配電網(wǎng)故障指示器通信模塊。④通信模塊成本極低，根據(jù)通信行業(yè)企業(yè)預(yù)測(cè)，NB-IoT通信模塊單價(jià)低于5美元。

1.4 LoRa技術(shù)

LoRa技術(shù)是一種新型的、基于1GHz以下的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。LoRa主要采用了擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)，但非直接序列擴(kuò)頻，而是使用未調(diào)制載波進(jìn)行線性調(diào)頻，其主要特點(diǎn)是超低功耗和超遠(yuǎn)距離，工作于開放頻段。基于LoRa技術(shù)的普通數(shù)據(jù)發(fā)射器，可以在2節(jié)五號(hào)電池供電的情況下，向距離一二十千米的接收網(wǎng)關(guān)持續(xù)發(fā)送信息，并能穩(wěn)定工作10年以上。

LoRa通信技術(shù)具有通信距離遠(yuǎn)、傳輸速率靈活可調(diào)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、通信模塊耗電量低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于主動(dòng)配電網(wǎng)智能抄表架構(gòu)中“最后一公里”的數(shù)據(jù)傳輸。

2 結(jié)束語

通過本文分析，可得出以下結(jié)論：①對(duì)于配電自動(dòng)化、中壓配電線路保護(hù)、配網(wǎng)設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)等實(shí)時(shí)性要求高或數(shù)據(jù)量大的業(yè)務(wù)，建議采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)或PON技術(shù)構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)；對(duì)于分布式電源或儲(chǔ)能裝置監(jiān)測(cè)、智能電表通信業(yè)務(wù)、大客戶負(fù)荷管理等實(shí)時(shí)性要求較低、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量小，但業(yè)務(wù)終端數(shù)量多的業(yè)務(wù)，建議采用NB-IoT技術(shù)或LoRa技術(shù)構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)作為主動(dòng)配電網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息傳遞平臺(tái)，負(fù)責(zé)著眾多智能采集終端與后臺(tái)控制中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互。在進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)特點(diǎn)，選用與之適應(yīng)的通信技術(shù)。本文結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)特征，詳細(xì)分析了主動(dòng)配電網(wǎng)中常用的或新型的通信技術(shù)，可作為主動(dòng)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)的參考。

［1］馬釗，梁惠施，蘇劍.主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中的重要問題［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（6）：1499-1503.

［2］程林，劉琛，康重慶，等.主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析與展望［J］.電力建設(shè)，2015，36（1）：27-32.

〔編輯：劉曉芳〕

TM727

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.17.148

2095－6835（2017）17－0148－02

付誠（1986—），男，云南昆明人，研究生，當(dāng)前職務(wù)為設(shè)計(jì)師，職稱為工程師，研究方向?yàn)殡娏νㄐ拧?/p>