淺述通信技術在配電自動化系統中的應用

摘 要：通信網絡是智能電網的重要支持平臺，以往電力建設在通信網絡建設方面，重點放在輸電區域，造成了配電區域通信網絡基礎薄弱，制約配電網智能化發展。本文通過分析了智能配電通信網的特點及發展需求，對無源光網絡、無線WiMAX和電力線載波通信技術進行了分析，提出了配電通信網的組建方式和未來發展方向。

關鍵詞：智能電網；通信技術；通信網絡

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

智能電網是當今社會發展的需要，是電力系統發展的方向，其范圍涉及發、輸、變、配、用和調度等環節。通信網絡作為支撐智能電網建設的基礎，在電力系統骨干網絡區域基本建成了覆蓋110 kV及以上電壓等級廠站，及各級調度管理機構的光纖通信網絡。信息傳輸實現了光纖化、數字化和網絡化。但在配電區域，由于點多面廣，只在局部區域內，試點配網、自動化及通信網絡建設，難于全面推廣。配電區域通信系統一直以來缺乏規劃和重點建設，這成為了智能電網建設的瓶頸，制約了配電智能化建設。由于通信技術的進步和發展，為配網智能化建設提供了條件。其中無源光網絡技術成熟，新一代寬帶無線技術WiMAX已成規模應用，電力線載波采用與正交頻分復用技術，能夠提高傳輸帶寬和可靠性[1]-[2]。

1 配電區域通信網現狀

1.1通信網現狀

配電區域通信網主要與配電自動化系統配套建設，由于區域性試點和資金投入問題，缺乏統一的規劃，電力通信基礎建設薄弱。目前，只在試點區域配電開關房、配電房，采用PON光纖專網為主，中壓電力線載波、無線公網（GPRS、CDMA）為輔的通信方式，整個配電通信網絡缺乏長遠規劃。

1.2 配網自動化對通信的需求

配網自動化數據類型主要分為狀態、測量和控制信息數據。狀態信息是指開關的分合狀態、設備運行狀態，電網運行狀態和故障信息。測量信息是指線路電壓、電流以及功率信息等。控制信息指由控制中心下發的遙控、設點等控制命令。由于實現多功能的配電系統信息量大，實時性、安全性要求高，宜采用光纖專網方式通信，提高傳輸帶寬和可靠性，而電力載波、無線公網作為輔助的通信方式組成配網自動化通信網絡。

2通信技術

2.1 PON技術

PON是一種點到多點結構的單纖雙向光接入網絡。PON由網絡側的光線路終端OLT、光分配網絡ODN和用戶側的光網絡單元ONU組成。OLT設置在控制中心機房，是一個多業務平臺，提供面向PON的光纖接口。ONU放在用戶設備端側，提供面向用戶的多種業務接入。ODN完成光信號功率的分配，為OLT與ONU之間提供光傳輸通道[3]。

2.2 無線WiMAX技術

WiMAX是一種無線寬帶城域網接入技術，其中物理層和Mac層均基于IEEE 802.16工作組開發的無線城域網技術，能夠實現固定及移動用戶的高速無線接入。WiMAX網絡體系由核心網和接入網組成。核心網包含路由器、代理服務器、用戶數據庫以及網關設備，實現用戶認證、漫游、網絡管理等功能，并提供與其他網絡之間的接口。接入網包含基站和用戶站，負責為WiMAX用戶提供無線接入。WiMAX系統 采 用 了 包 括 正 交頻分 復 用 技 術OFDM、多入多出MIMO等多種技術提高網絡傳輸帶寬和抗干擾性能[4]。

2.3 電力載波技術

電力載波技術是利用電力線作為傳輸媒質，通過載波方式傳輸信號，在35 kV及以上電壓等級的輸電線路已大量應用，主要承載調度電話、遠動和線路繼電保護信息。目前，電力線載波通信采用40～500 kHz傳輸頻帶，傳輸速率為幾十kbps。目前，寬帶電力線通信主要采用OFDM自適應調制解調、卷積編碼、信道估計等技術，能夠很好地適應電力線信道特性，傳輸速率也從1 Mbps發展到2、14、45 Mbps，甚至200 Mbps，保證了通信帶寬和可靠性。

3通信網組網方式

3.1技術和經濟分析

3.1.1 技術性

PON作為光纖通道的接入方式，在傳輸帶寬方面優于WiMAX和電力載波方式。WiMAX和電力載波技術受限于傳輸介質，雖采用新一代寬帶通信技術，其傳輸速率和PON仍有較大差距。盡管PON網絡均為無源器件，由于信號在光纖中損耗較小，傳輸距離仍達到20 km；無線WiMAX系統具備非視距傳輸能力，能有效對抗衰減和多徑干擾，其理論傳輸距離可以達到50 km，為保證傳輸速率和信號質量，覆蓋半徑一般為幾km；電力載波由于受電力線運行方式、狀態影響，限制了其運行的靈活性、可靠性。網絡安全性方面，PON采用攪動方案實現OLT和ONU間密鑰同步和更新；WiMAX通過AES-CCM協議對數據加密封裝和EAP協議用戶身份認證，實現信息的安全傳輸。

3.1.2 經濟性

PON在傳輸過程中不含有源電子器件，無需配備電源，維護簡單；WiMAX通過無線方式實現寬帶連接，不需要鋪設線纜，組網速度快，建設成本低；電力載波利用已有電力線纜作為傳輸介質，不需要架設額外通信線路，且通道可靠性高，抗破壞能力強。由于配電通信網建設覆蓋范圍廣，采用PON網絡光纖敷設工程量大，投資高；配電信息點分布多且變化快，拓撲結構不固定，給PON組網帶來較大難度，后期運維和故障排查工作量大。而WiMAX和電力載波在投資、組網、施工以及運行維護等方面均具有優勢。

3.2通信網組網方式

在實現“三遙”功能的配網自動化覆蓋區域內的站點，包括開關所、環網柜、配電房等，需要實現三遙（遙信、遙測、遙控）功能，對通信網絡安全性、可靠性和帶寬要求高，通信網絡宜采用光纖方式，PON系統以其特有的技術優勢作為配網自動化站點信息接入手段，能夠在較短的時間對配電網區域實現快速覆蓋。新建、改造配電線路，可采用光纖復合架空相線光纜；老線路，宜架設全介質自承式光纜或普通光纜。在傳輸帶寬和實時性要求相對較低，只實現“兩遙”功能的配網自動化建設范圍內的配電信息點，依托變電站已有的通信資源采用電力載波、WiMAX無線通信或無線公網（GPRS/CDMA/3G）是較好的組網方式。

結語

配電通信網是智能電網配電系統應用的重要支持平臺，應根據配電網不同區域的發展情況采取不同的通信接入技術進行組網。在主城區或高新區內宜采用PON光纖專網方式滿足高智能配電網信息傳輸需求，而在信息傳輸帶寬、安全性和可靠性需求不高的區域可采用無線專網、電力載波或GPRS/CDMA/3G等無線公網通信方式，這種建設模式既能夠實現配電通信網的快速布網，又能夠滿足智能配網對通信帶寬和可靠性的要求。

參考文獻

[1] 苗新，張愷等.支撐智能電網的信息通信體系.電網技術，2009.

[2] 李炎.現代通信技術在智能電網中的應用前景.科技創新導報，2009.

[3] 陳雪. 無源光網絡技術[M]. 北京：北京郵電大學出版社，2006：69-75.

[4] 董曉魯，龔達寧，張莉，等. WiMAX 技術標準與應用[M]. 北京：人民郵電出版社，2007：1-56.