地市級供電局配電網(wǎng)通信技術(shù)分析

洪子寧+張源

【摘 要】分析了配網(wǎng)通信承載的業(yè)務(wù)需求，多維度比較了光纖通信、中低壓載波、無線專網(wǎng)、無線公網(wǎng)等多種通信技術(shù)，提出了各種業(yè)務(wù)的承載方式，為配電通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】配電通信網(wǎng)；光纖通信；工業(yè)以太網(wǎng)

0 概述

配電網(wǎng)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，而我國配用電網(wǎng)的自動化、智能化程度以及自愈和優(yōu)化運行水平仍未能達(dá)到國際水準(zhǔn)。隨著我國智能配電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)力度的不斷加大，選擇合適的通信技術(shù)作為智能配電網(wǎng)的支撐是需要關(guān)注的重點。

1 需求分析

配電通信網(wǎng)需要承載包括配電自動化、計量自動化、汽車充電設(shè)施管理、分布式電源管理、配網(wǎng)生產(chǎn)管理等業(yè)務(wù)。

配電自動化系統(tǒng)通過配電通信網(wǎng)實現(xiàn)開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、配電變壓器等設(shè)備的信息采集和控制，對業(yè)務(wù)實時性要求較高，屬于生產(chǎn)控制大區(qū)。10kV配電自動化單個終端帶寬需求在20kb，按典型變電站匯聚帶寬為1Mb左右。

計量自動化系統(tǒng)主要實現(xiàn)用戶負(fù)荷、電量、電壓等重要信息的采集和計量裝置在線監(jiān)測，對業(yè)務(wù)實時性要求較低，屬于管理信息大區(qū)。單塊電表每天上傳數(shù)據(jù)至集中器，數(shù)據(jù)量約為幾百b，單個集中器每天的數(shù)據(jù)量在10-100kb，按典型變電站匯聚帶寬為1Mb左右。未來計量自動化系統(tǒng)將提高采集頻度，并增加電壓、電流、事件等多項數(shù)據(jù)，對通信速率的需求將提高。

電動汽車充電設(shè)施分為集中式充/換電站和充電樁兩類，主要業(yè)務(wù)包含用電信息采集、運營管理、充電監(jiān)控等。集中式充/換電站的通信帶寬在10Mb左右，充電樁的通信帶寬在20kb左右。分布式電源站點主要包括電能質(zhì)量監(jiān)測、分布式電源監(jiān)測終端信息接入、電費計量等業(yè)務(wù)。10kV分布式電源站點流量在10kb數(shù)量級，0.4kV分布式電源站點流量在1k字節(jié)數(shù)量級。配網(wǎng)生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)包括配電房視頻監(jiān)控、配電房門禁、配電房環(huán)境監(jiān)測、配電設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測等。

具體配電通信網(wǎng)需要承載的業(yè)務(wù)需求如圖1所示：

2 技術(shù)分析

為滿足配電自動化等業(yè)務(wù)要求，必須對配電網(wǎng)通信技術(shù)進行分析，選擇合理的通信技術(shù)保障配電網(wǎng)通信的可靠性、安全性和有效性。以下對配網(wǎng)通信可采用的主流技術(shù)進行逐一分析。

2.1 光纖通信技術(shù)

光纖通信的主要特點是傳輸容量大、傳輸距離長、抗干擾性強，可應(yīng)用于配電房、配電線路等高電壓強電磁干擾環(huán)境，是目前電力通信中廣泛應(yīng)用的通信方式，光纖通信可以分為多種通信技術(shù)：

1）SDH/MSTP組網(wǎng)

使用SDH/MSTP設(shè)備與光纖組成的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，是一種將線路傳輸及交換功能融為一體的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。SDH/MSTP技術(shù)十分成熟，在電力通信網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，缺點是設(shè)備龐大，無法滿足配網(wǎng)通信的空間需求。

2）商用以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)

使用商用以太網(wǎng)交換機與光纖組成IP網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)企業(yè)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)。在應(yīng)用于配電網(wǎng)中，商業(yè)以太網(wǎng)交換機不具備在高溫、潮濕、電磁干擾的工業(yè)環(huán)境中長時間連續(xù)可靠地傳送數(shù)據(jù)的能力，無法滿足配網(wǎng)通信的穩(wěn)定性要求。

3）工業(yè)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)方式與商用網(wǎng)絡(luò)交換機組網(wǎng)方式相同，但組網(wǎng)設(shè)備采用的是工業(yè)以太網(wǎng)交換機。工業(yè)以太網(wǎng)交換機具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，并且針對工業(yè)傳輸信息長度較短、交換頻繁、周期信息較多、非周期信息較少的特點做出了優(yōu)化。

4）PON光纖通信技術(shù)組網(wǎng)

使用PON技術(shù)組網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），以及一批安裝于用戶場所的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），在OLT與ONU之間的光配線網(wǎng)（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。由于配網(wǎng)線路變更比較頻繁，采用分光器需跟隨變動，且設(shè)備性能不穩(wěn)定，通信可靠性無法得到保證。

基于上述光纖通信組網(wǎng)技術(shù)的分析，建議采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機方式進行組網(wǎng)。

2.2 中低壓載波技術(shù)

電力線載波通信是電力系統(tǒng)通信的一種方式，其原理是將信號按一定方式調(diào)制后，用耦合設(shè)備注入輸電線，利用現(xiàn)有的輸電線傳遞信息。配電中低壓載波通信優(yōu)點主要有：靈活性大，可以連接任何測控點；成本低，利用輸電線作為通信，無需額外架設(shè)通信通道。

受限于中壓載波技術(shù)體制的影響，載波技術(shù)并沒在在配網(wǎng)通信中大規(guī)模的應(yīng)用，主要的缺點是：可靠性較低，配電載波通道的傳輸特性較惡劣，速率低可靠性不高；建設(shè)較難，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、信號好；后者不需要停電，但受干擾大、信號差；運維困難，載波設(shè)備在運維管理需要一次專業(yè)支持。

2.3 電力無線專網(wǎng)技術(shù)

電力無線專網(wǎng)技術(shù)是電網(wǎng)公司采用主流無線技術(shù)建設(shè)的無線專用網(wǎng)絡(luò)。電力無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)速度快，可很好地覆蓋各類終端，實現(xiàn)末端用戶的接入。電力無線專用還可以滿足電力業(yè)務(wù)信息安全、實時性以及服務(wù)質(zhì)量的需求，可以作為光纖通信最后一公里的補充。

電力無線專網(wǎng)的主要問題有：站址選擇受限，而站點選址不好會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋受限，部分室內(nèi)或地下室存在無線專網(wǎng)覆蓋盲區(qū)；無線頻率不夠理想，且存在一定的不確定性；投資成本較高。

2.4 無線公網(wǎng)技術(shù)

無線公網(wǎng)技術(shù)是使用運營商提供的GPRS、CDMA 3G和LTE 4G等通信技術(shù)來傳輸配電網(wǎng)的業(yè)務(wù)。無線公網(wǎng)組網(wǎng)速度快，適合布局在偏遠(yuǎn)或者零散的終端，應(yīng)用于對通信速率、時延、中斷率、安全性等要求不嚴(yán)格的場景。

無線公網(wǎng)主要缺點是：無線公網(wǎng)技術(shù)由于存在資源的競爭性、易受環(huán)境因素干擾，一般時延較大；運維困難，電網(wǎng)企業(yè)無法監(jiān)控?zé)o線終端、無線鏈路的運行情況，在運行維護過程中完全依賴運營商，造成故障發(fā)現(xiàn)和處理不及時的現(xiàn)象；費用過高，由于配用電終端數(shù)量迅速增加，運營商的租賃費用也迅猛增加。

2.5 主要通信技術(shù)對比分析

針對以上描述的各種通信技術(shù)，圖2中進行多維度的簡要對比分析：

從表中的分析對比綜合得出，光纖通信技術(shù)具備傳輸容量大、傳輸距離長、抗干擾性強、安全性好、具備保護機制等優(yōu)勢，應(yīng)以光纖通信技術(shù)中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)方式作為配網(wǎng)通信的主用技術(shù)，并采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成通道自愈保護環(huán)。

對于具體業(yè)務(wù)，配電自動化智能分布式配電終端與“三遙”終端、大客戶負(fù)荷管理終端、配變監(jiān)測終端、低壓集抄集中器終端均應(yīng)優(yōu)先采用光纖通信方式承載，保證通信可靠接入。配電自動化“一遙”、“二遙”終端、計量自動化終端以無線公網(wǎng)通信為主，已有專網(wǎng)通信覆蓋的優(yōu)先選擇專網(wǎng)通信方式。

在光纜無法敷設(shè)的區(qū)段，配電自動化智能分布式配電終端與“三遙”終端、大客戶負(fù)荷管理/大客戶負(fù)荷控制終端、10kV分布式能源站、汽車充電樁管理接入優(yōu)先采用無線專網(wǎng)方式承載，宜配置一條無線公網(wǎng)通信通道作為備用，不具備專網(wǎng)條件，可采用無線公網(wǎng)通信承載，應(yīng)配置雙網(wǎng)雙待無線通信終端。無專網(wǎng)覆蓋的配變監(jiān)測終端、低壓集抄集中器終端采用無線公網(wǎng)通信方式，配置一條無線公網(wǎng)通信通道。

不建議大規(guī)模電力線載波組網(wǎng)，在光纜、無線通信無法覆蓋的業(yè)務(wù)，可用電力線載波作為補充方式承載業(yè)務(wù)。已建設(shè)無線專網(wǎng)的地區(qū)應(yīng)充分利用無線專網(wǎng)，配網(wǎng)自動化、計量自動化等業(yè)務(wù)終端逐步調(diào)整為無線專網(wǎng)通信方式。

3 結(jié)論

智能配電網(wǎng)及相應(yīng)的配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前電力行業(yè)的重點建設(shè)內(nèi)容，本文從智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)及通信需求分析出發(fā)，解析了配電網(wǎng)通信的主流技術(shù)，選擇光纖通信為主，無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)為輔的組網(wǎng)技術(shù)，為配電通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)提供參考，實現(xiàn)智能配電信息的安全、可靠傳輸。在接下來的配網(wǎng)通信的規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)持續(xù)關(guān)注寬帶電力線載波通信與北斗系統(tǒng)在配網(wǎng)通信中的應(yīng)用。endprint