智能配電網(wǎng)通信技術(shù)分析與應(yīng)用

高如超

摘 要：目前配電網(wǎng)正朝著智能化的方向發(fā)展，相關(guān)業(yè)務(wù)的智能化水平越來(lái)越高，對(duì)通信技術(shù)提出了新要求，如何選擇合適的通信手段對(duì)提高配電網(wǎng)智能化水平乃至供電可靠性至關(guān)重要。文章旨在介紹目前常用的配電網(wǎng)通信技術(shù)，分析光纖通信、載波通信、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)等技術(shù)特點(diǎn)及在配電網(wǎng)的應(yīng)用情況，并對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；電力通信；電力光纖；載波通信；電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）14-0135-02

Abstract： At present， the distribution network is developing towards the direction of intelligence， and the intelligence level of related services is becoming higher and higher， which puts forward new requirements for communication technology. How to choose the appropriate means of communication is very important to improve the intelligent level of distribution network and even the reliability of power supply. The purpose of this paper is to introduce the commonly used communication technology of distribution network， analyze the characteristics of optical fiber communication， carrier communication， wireless private network， wireless public network and its application in distribution network， and make a prospect for the development of communication technology in distribution network in the future.

Keywords： intelligent distribution network； power communication； power fiber； carrier communication； power wireless private network

1 背景

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)電力的需求達(dá)到了空前水平，對(duì)供電可靠性也提出了新要求。傳統(tǒng)配電網(wǎng)在發(fā)展中日漸呈現(xiàn)瓶頸，已開(kāi)始不能滿(mǎn)足社會(huì)日益增長(zhǎng)的用電需求。與此同時(shí)，國(guó)家正在加大電力市場(chǎng)化的力度，對(duì)電網(wǎng)公司將產(chǎn)生較大沖擊，電力系統(tǒng)已經(jīng)到了不得不改革的境況。因此，近年來(lái)配電網(wǎng)正逐漸朝著智能化的方向發(fā)展，以應(yīng)對(duì)用電需求的提高和即將到來(lái)的電力市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)。智能配電網(wǎng)是指以配電自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)量和傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、用電和配電管理的智能化。智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要由主站、通信系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)控終端三大部分組成，形成一個(gè)完整的信息傳輸與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程管理。其中，通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵和核心，其將主站的控制命令準(zhǔn)確地傳送到眾多的遠(yuǎn)方終端，且將遠(yuǎn)方設(shè)備運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)信息收集到控制中心。因此，通信技術(shù)對(duì)于智能配電網(wǎng)將產(chǎn)生重要影響，脫離通信，智能電網(wǎng)將猶如失去一雙眼睛，無(wú)法開(kāi)展對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的有效管理。而配電網(wǎng)系統(tǒng)非常龐大，其所處地理環(huán)境、社會(huì)環(huán)境等又多種多樣，需要因地制宜合理選擇通信技術(shù)，才能滿(mǎn)足智能配電網(wǎng)發(fā)展需求，充分發(fā)揮作用。下文對(duì)相關(guān)配電網(wǎng)通信技術(shù)展開(kāi)分析，并對(duì)部分應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行描述。

2 智能配電網(wǎng)通信技術(shù)

2.1 電力光纖通信

目前，智能配電網(wǎng)光纖組網(wǎng)主要采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)或EPON等技術(shù)。（1）工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，即應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備，能適應(yīng)低溫高溫，抗電磁干擾強(qiáng)，防鹽霧，抗震性強(qiáng)。主要是應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)，由于其采用載波偵聽(tīng)多路復(fù)用沖突檢測(cè)（CSMA/CD機(jī)制），在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，其可靠性大大降低，從而導(dǎo)致以太網(wǎng)不能使用。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換交換方式，同時(shí)提高以太網(wǎng)通信速度，并且內(nèi)置智能報(bào)警設(shè)計(jì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，使得在惡劣危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境中保證以太網(wǎng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。由于一般配電房或環(huán)網(wǎng)箱環(huán)境會(huì)比較惡劣，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)正好滿(mǎn)足了智能配電網(wǎng)的要求。一般在配電房或環(huán)網(wǎng)箱中配置工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，相鄰站點(diǎn)之間通過(guò)光纖互聯(lián)，最終匯聚到變電站里的匯聚層設(shè)備，通過(guò)主網(wǎng)光纖或是傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至配電主站，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)上傳。這也是目前配電網(wǎng)中采用最多的光纖通信方式。（2）EPON網(wǎng)絡(luò)。EPON即以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)。它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、與現(xiàn)有以太網(wǎng)兼容、方便管理等。EPON系統(tǒng)由局端設(shè)備OLT、用戶(hù)端設(shè)備ONU以及光分配網(wǎng)ODN組成。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中，EPON組網(wǎng)采用OLT和ONU兩級(jí)通信網(wǎng)方式，每個(gè)自動(dòng)化子站接入的終端數(shù)量大致相似，主站與子站之間通過(guò)MSTP/SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，子站一般設(shè)置在變電站，安裝OLT設(shè)備，ONU安裝在環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)或配電房中。EPON業(yè)務(wù)一般為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，業(yè)務(wù)通過(guò)ONU匯聚到OLT設(shè)備，再上傳至主站。

2.2 無(wú)線公網(wǎng)

無(wú)線公網(wǎng)通信是指使用由電信部門(mén)建設(shè)、維護(hù)和管理，面向社會(huì)開(kāi)放的通信系統(tǒng)和設(shè)備所提供的公共通信服務(wù)。公共通信網(wǎng)具有地域覆蓋面廣，技術(shù)成熟可靠，通信質(zhì)量高，建設(shè)和維護(hù)質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，主要包括GPRS、CDMA、3G、4G等。目前無(wú)線公網(wǎng)在配電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，用來(lái)傳輸配網(wǎng)自動(dòng)化、低壓集抄、配變監(jiān)測(cè)、負(fù)控終端等業(yè)務(wù)。但無(wú)線公網(wǎng)在容量規(guī)劃上是按照一定的并發(fā)比設(shè)計(jì)的，無(wú)法滿(mǎn)足所有在線用戶(hù)同時(shí)發(fā)生通信需求。在發(fā)生重大事故、重要事件時(shí)，公網(wǎng)的通信量會(huì)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量設(shè)計(jì)容限，將存在用戶(hù)無(wú)法接入的情況，此時(shí)電力公司的保供電任務(wù)或搶修工作將受到影響，存在不確定因素。

2.3 電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)

電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)采用TD-LTE寬帶技術(shù)體制，可選用的頻率包括230MHz頻段電力頻率和1.8GHz（1785-1805MHz）頻段，主要由核心網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)、基站和無(wú)線終端四部分組成，其中基站包括BBU、RRU和天饋線等，無(wú)線終端類(lèi)型主要包括CPE（含室內(nèi)型、室外型）、嵌入式終端模塊、數(shù)據(jù)卡和手持終端等?？捎糜诔休d配電自動(dòng)化、遠(yuǎn)程抄表、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)。相比光纖通信，無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)具有組網(wǎng)靈活、施工簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)，其相對(duì)無(wú)線公網(wǎng)又具有傳輸資源可控、服務(wù)質(zhì)量保障高等優(yōu)勢(shì)。但電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)對(duì)規(guī)劃、選點(diǎn)等要求較高，后期也需要投入較多力量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，而且由于頻段資源的限制目前電力專(zhuān)網(wǎng)還是有需要改善的空間。

2.4 載波通信

電力線載波通信（PLC）是一種以電力線為傳輸媒介，利用電力線傳輸模擬或數(shù)字信號(hào)的技術(shù)，是電力系統(tǒng)獨(dú)有的通信方式。電力線覆蓋的區(qū)域都可以利用這一通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效利用電力線路的運(yùn)行資源，且專(zhuān)有通信通道確保數(shù)據(jù)安全。根據(jù)電壓等級(jí)的不同，電力線載波可分為：低壓PLC（220V/380V）、中壓PLC（10kV/35kV）、高壓PLC（35kV以上）。根據(jù)其工作頻段，又可分為窄帶PLC與寬帶PLC。窄帶載波數(shù)據(jù)傳輸速率較低，傳輸距離長(zhǎng)，因電力線信道具有信號(hào)衰減大、噪聲源多且干擾強(qiáng)、受負(fù)載特性影響大的特性，導(dǎo)致窄帶載波通信的可靠性一般。寬帶載波占用頻帶寬，數(shù)據(jù)傳輸速率高，數(shù)據(jù)量大，穩(wěn)定性好，但載波信號(hào)采用較高的頻率，導(dǎo)致電力線中信號(hào)衰減較快，傳輸距離有限，有效傳輸距離約1km。

3 業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景

在配電網(wǎng)中，對(duì)通信有需求的主要是配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)（一遙、二遙、三遙）及計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)（集抄、負(fù)控、配變監(jiān)測(cè)）。（1）配電自動(dòng)化。配電自動(dòng)化主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的遙信、遙測(cè)、遙控等功能（一遙：遙信；二遙：遙信和遙測(cè)；三遙：遙信、遙測(cè)、遙控）。遙測(cè)即利用通信技術(shù)在遠(yuǎn)方（如在調(diào)度所）對(duì)變電所等的電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如負(fù)荷測(cè)量、電壓、電流、功率等。遙信即遠(yuǎn)方信號(hào)傳遞，即變電所重要的預(yù)告信號(hào)都通過(guò)通信技術(shù)直接在調(diào)度所顯示。遙控即遠(yuǎn)方控制操作。只要刀閘是電動(dòng)操作的，一般都可以不用人工進(jìn)行，遠(yuǎn)方即可完場(chǎng)操作。遙信、遙測(cè)由于只需要傳送相關(guān)信號(hào)量，不涉及對(duì)開(kāi)關(guān)的控制，因此對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求不是太高，一般采用無(wú)線公網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)，部分有電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)的區(qū)域也可采用無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)接入，沒(méi)有無(wú)線信號(hào)的，也可考慮采載波通信。而遙控則對(duì)通信技術(shù)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性要求較高，不可靠的通信技術(shù)將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)拒動(dòng)甚至誤動(dòng)，因此三遙業(yè)務(wù)點(diǎn)一般推薦使用光纖通信，雖然有些情況下無(wú)線公網(wǎng)通信也可實(shí)現(xiàn)遙控，但無(wú)法保證遙控的可靠性。隨著配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，目前還出現(xiàn)了智能分布式自動(dòng)化終端，可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自愈功能，對(duì)通信可靠性提出了更高要求。對(duì)于此類(lèi)應(yīng)用，暫時(shí)只有光纖通信能夠滿(mǎn)足。（2）計(jì)量自動(dòng)化。配電網(wǎng)計(jì)量自動(dòng)化業(yè)務(wù)主要包括低壓集抄、負(fù)荷控制、配變監(jiān)測(cè)等。低壓集抄實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的自動(dòng)化遠(yuǎn)方抄表，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控計(jì)量設(shè)備的工作狀況。負(fù)荷控制系統(tǒng)主要對(duì)客戶(hù)的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，有機(jī)結(jié)合客戶(hù)的抄表和負(fù)荷管理，最終完成對(duì)電能的自動(dòng)采集、分析、計(jì)費(fèi)。配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓配點(diǎn)變壓器的運(yùn)行狀況并進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路測(cè)量點(diǎn)的情況。計(jì)量自動(dòng)化的這些業(yè)務(wù)，對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求并不是太高，對(duì)帶寬也沒(méi)有特別要求，一般無(wú)線公網(wǎng)就能滿(mǎn)足需求，如果有無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)或光纖專(zhuān)網(wǎng)覆蓋的區(qū)域，也可考慮接入專(zhuān)網(wǎng)，提高可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著配電網(wǎng)智能化水平的提高，需要更先進(jìn)的、更便捷的通信技術(shù)對(duì)其進(jìn)行支撐。最近，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)行試點(diǎn)階段，5G網(wǎng)絡(luò)可以滿(mǎn)足超大帶寬、超高容量、超密站點(diǎn)、超可靠性、隨時(shí)隨地接入的要求，是一個(gè)廣帶化、泛在化、智能化、融合化、綠色節(jié)能的大通信網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，其是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的崛起將為智能配電網(wǎng)提供更為高效可靠的通信基礎(chǔ)，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，配電網(wǎng)將變得更加智能可靠，全力滿(mǎn)足人民美好生活需要。

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