基于智能配用電網的通信技術研究與分析

張利軍等

【摘要】 配用電網通信系統是實現配用電網智能化的重要環節。為適應智能配用電網的通信需求，結合“智能電網”發展方向和自身的特點，分析了各類通信技術特點，提出了智能配用電網通信模型和建設方案，為智能電網的建設提供堅強可靠的通信保障。

【關鍵詞】 智能配用電網 通信技術 網絡模型

隨著國家電網建設統一堅強智能電網戰略的實施，智能電網配用電環節的信息交互要求迅速提高。智能配用電網是實現配用電側信息交互的基礎，是實現電網信息化、自動化、互動化的前提和保證。為了增強網絡架構的安全性與可靠性，提升網絡建設的科學性、規范性，提高配用電客戶的滿意度，需要把智能配用電網通信技術研究與分析作為當前智能電網建設的一項重要任務。

一、智能配用電網通信系統作用

電能從產生到消費主要經過發電、輸電、變電、配電、用電五個環節，配用電網處于電網的末端，實現電能的分配，供用戶使用。

智能配用電網通信系統是電力通信網的重要組成部分，是電力通信骨干網的延伸。其中智能配電網通信系統主要承載配電自動化、電能質量監測、配電運行監控以及接入配電網的分布式電源監控等業務；智能用電網通信系統主要承載用電信息采集、自助繳費終端、智能家居等業務。

二、智能配用電網對通信的需求分析

為有效指導網絡建設，需提供客觀、可靠的定量依據，故對智能配用電網業務需求進行分析。

配用電網業務按開展情況分為基本業務、智能電網業務和未來新業務三種。本文按上述三類業務對配電網和用電網對通信的需求進行分析。具體分析結果如表1、表2所示。

三、智能配用電網通信技術分析

智能配用電網通信主要采用光纖通信、電力線載波通信、無線通信等多種通信技術，為智能配用電網檢測、控制、互動等業務提供了安全可靠的通信保證。

3.1 光纖通信技術

應用于電力通信系統的光纖組網技術主要有工業以太網和xPON技術（EPON、GPON等）。工業以太網技術成熟，但易受外界干擾，維護成本高，不具有抗多點失效性。不適用于大規模終端接入應用。EPON（以太網無源光網絡）是一種采用點到多點結構的單纖數據雙向傳輸的光纖通信技術。EPON系統具有成本低、高帶寬、支持多種業務、滿足不同QoS要求的優點。

3.2 電力線載波通信技術

電力線通信是電力系統所特有的通信方式，主要指利用電力線作為傳輸媒質進行數據傳輸的一種通信方式。根據電力線纜的電壓等級不同分為高壓、中壓、低壓電力線通信，根據調制頻帶和帶寬的不同分為寬帶技術和窄帶技術。采用電力線通信技術組建配電通信網，無需考慮線路建設投資，具有建設成本低、路由合理，專網方式運行安全性高等優點。缺點是由于傳輸頻帶受限，傳輸容量相對較小，限制了電力線通信方式在配用電通信領域的應用，目前電力線通信是配用電通信網的一種補充通信方式[1]。

3.3 無線通信技術

無線通信技術分按照建設屬性可分為運營商公網與電力無線專網。電力無線專網主要包括WiMax、TD-LTE等。運營商公網具有投資費用低、建設方便、維護簡單等優點，但公網核心傳輸網和互聯網是相通的，安全性不能滿足電力要求，通信速率和實時性也不能得到保證。電力無線專網安全性、實時性和可靠性高，能納入綜合網管系統，但具有建設成本高，運維壓力大等缺點。

3.4 無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡（WSN）利用微功率無線技術，由大量微型無線傳感器節點組成的自組織分布式網絡智能系統。優點是組網靈活，密度高、功耗低，網絡節點間可自組織通信；但也存在帶寬低、傳輸距離短等缺點。

四、智能配用電網通信模型

智能配用電網具有終端節點數量眾多、節點分布廣泛、節點密度不平衡、節點通信環境差異大、單個節點通信數據量小、實時性、可靠性要求差異明顯，通信網容易遭受營配網擴容和城建的影響等一些特點。針對以上特點，本文提煉出有線通信模型和無線通信模型，為建設配用電通信系統提供可靠支撐。在實際應用中，配用電通信網絡必須綜合采用多種方式混合組網，結合各種技術的特點，在不同場景可選擇不同的組網方式。

4.1 有線通信模型

有線通信方式以光纖通信為主。電力通信骨干網通過SDH/MSTP、PTN等光傳輸系統延伸至110kV/35kV變電站；配用電網通信采用xPON技術，變電站放置OLT用于匯聚配電站點、配電房、用電信息采集點、用戶室內等各類智能業務。光纖通信方式組網模型如圖1所示：

4.2 無線通信模型

無線通信網絡覆蓋面廣，可承載配電自動化、用電信息采集等傳統業務，也可承載應急指揮、無線辦公等移動性較強的業務。無線通信系統總體可分為核心網、無線承載網及用戶無線接入網三部分，無線寬帶接入系統總體模型如圖2所示：

五、智能配用電網通信建設方案

5.1 智能配電環節

配電環節智能化主要通過10kV通信接入網實現。10kV通信接入網范圍為110kV/35kV變電站至10kV配電變壓器之間部分，主要包含10kV配電站點及兩端設備。適合10kV通信接入網的組網技術有xPON專網、中壓PLC、無線專網和公網等。10kV通信接入網建設方案如圖3所示：xPON未來將作為電力核心專網，承載大量配電網業務；其他技術各有特點，將根據實際情況在不同場景下發揮重要作用。

5.2 智能用電環節

用電環節智能化主要通過0.4kV通信接入網實現。0.4kV通信接入網范圍為10kV配電變壓器至智能終端。適合0.4kV部分組網的技術有低壓PLC、無線專網等，除以上技術外，同時還可用于本地信道和室內網組網的技術有無線傳感器網絡、RS-485串口通信等。此外，部分場景下遠程信道可使用公網實現與通信主站的數據交互。0.4kV通信接入網建設方案如圖4所示：

六、結束語

智能配用電通信系統是堅強智能電網配電、用電環節的重要組成部分，配用電環節終端通信接入網與電力通信骨干網垂直貫通，構成電力通信網絡的主體。需堅持前瞻、開放、經濟、適用的原則，加快構建技術先進、布局合理、傳輸順暢的配用電通信系統，全面提升網絡的覆蓋范圍、承載能力和可靠性，建立智能化、標準化通信網絡管理系統，大力提升專業管理水平和支撐保障能力，為實現堅強智能電網的目標，提供堅強可靠的通信技術支撐。endprint

【摘要】 配用電網通信系統是實現配用電網智能化的重要環節。為適應智能配用電網的通信需求，結合“智能電網”發展方向和自身的特點，分析了各類通信技術特點，提出了智能配用電網通信模型和建設方案，為智能電網的建設提供堅強可靠的通信保障。

【關鍵詞】 智能配用電網 通信技術 網絡模型

隨著國家電網建設統一堅強智能電網戰略的實施，智能電網配用電環節的信息交互要求迅速提高。智能配用電網是實現配用電側信息交互的基礎，是實現電網信息化、自動化、互動化的前提和保證。為了增強網絡架構的安全性與可靠性，提升網絡建設的科學性、規范性，提高配用電客戶的滿意度，需要把智能配用電網通信技術研究與分析作為當前智能電網建設的一項重要任務。

一、智能配用電網通信系統作用

電能從產生到消費主要經過發電、輸電、變電、配電、用電五個環節，配用電網處于電網的末端，實現電能的分配，供用戶使用。

智能配用電網通信系統是電力通信網的重要組成部分，是電力通信骨干網的延伸。其中智能配電網通信系統主要承載配電自動化、電能質量監測、配電運行監控以及接入配電網的分布式電源監控等業務；智能用電網通信系統主要承載用電信息采集、自助繳費終端、智能家居等業務。

二、智能配用電網對通信的需求分析

為有效指導網絡建設，需提供客觀、可靠的定量依據，故對智能配用電網業務需求進行分析。

配用電網業務按開展情況分為基本業務、智能電網業務和未來新業務三種。本文按上述三類業務對配電網和用電網對通信的需求進行分析。具體分析結果如表1、表2所示。

三、智能配用電網通信技術分析

智能配用電網通信主要采用光纖通信、電力線載波通信、無線通信等多種通信技術，為智能配用電網檢測、控制、互動等業務提供了安全可靠的通信保證。

3.1 光纖通信技術

應用于電力通信系統的光纖組網技術主要有工業以太網和xPON技術（EPON、GPON等）。工業以太網技術成熟，但易受外界干擾，維護成本高，不具有抗多點失效性。不適用于大規模終端接入應用。EPON（以太網無源光網絡）是一種采用點到多點結構的單纖數據雙向傳輸的光纖通信技術。EPON系統具有成本低、高帶寬、支持多種業務、滿足不同QoS要求的優點。

3.2 電力線載波通信技術

電力線通信是電力系統所特有的通信方式，主要指利用電力線作為傳輸媒質進行數據傳輸的一種通信方式。根據電力線纜的電壓等級不同分為高壓、中壓、低壓電力線通信，根據調制頻帶和帶寬的不同分為寬帶技術和窄帶技術。采用電力線通信技術組建配電通信網，無需考慮線路建設投資，具有建設成本低、路由合理，專網方式運行安全性高等優點。缺點是由于傳輸頻帶受限，傳輸容量相對較小，限制了電力線通信方式在配用電通信領域的應用，目前電力線通信是配用電通信網的一種補充通信方式[1]。

3.3 無線通信技術

無線通信技術分按照建設屬性可分為運營商公網與電力無線專網。電力無線專網主要包括WiMax、TD-LTE等。運營商公網具有投資費用低、建設方便、維護簡單等優點，但公網核心傳輸網和互聯網是相通的，安全性不能滿足電力要求，通信速率和實時性也不能得到保證。電力無線專網安全性、實時性和可靠性高，能納入綜合網管系統，但具有建設成本高，運維壓力大等缺點。

3.4 無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡（WSN）利用微功率無線技術，由大量微型無線傳感器節點組成的自組織分布式網絡智能系統。優點是組網靈活，密度高、功耗低，網絡節點間可自組織通信；但也存在帶寬低、傳輸距離短等缺點。

四、智能配用電網通信模型

智能配用電網具有終端節點數量眾多、節點分布廣泛、節點密度不平衡、節點通信環境差異大、單個節點通信數據量小、實時性、可靠性要求差異明顯，通信網容易遭受營配網擴容和城建的影響等一些特點。針對以上特點，本文提煉出有線通信模型和無線通信模型，為建設配用電通信系統提供可靠支撐。在實際應用中，配用電通信網絡必須綜合采用多種方式混合組網，結合各種技術的特點，在不同場景可選擇不同的組網方式。

4.1 有線通信模型

有線通信方式以光纖通信為主。電力通信骨干網通過SDH/MSTP、PTN等光傳輸系統延伸至110kV/35kV變電站；配用電網通信采用xPON技術，變電站放置OLT用于匯聚配電站點、配電房、用電信息采集點、用戶室內等各類智能業務。光纖通信方式組網模型如圖1所示：

4.2 無線通信模型

無線通信網絡覆蓋面廣，可承載配電自動化、用電信息采集等傳統業務，也可承載應急指揮、無線辦公等移動性較強的業務。無線通信系統總體可分為核心網、無線承載網及用戶無線接入網三部分，無線寬帶接入系統總體模型如圖2所示：

五、智能配用電網通信建設方案

5.1 智能配電環節

配電環節智能化主要通過10kV通信接入網實現。10kV通信接入網范圍為110kV/35kV變電站至10kV配電變壓器之間部分，主要包含10kV配電站點及兩端設備。適合10kV通信接入網的組網技術有xPON專網、中壓PLC、無線專網和公網等。10kV通信接入網建設方案如圖3所示：xPON未來將作為電力核心專網，承載大量配電網業務；其他技術各有特點，將根據實際情況在不同場景下發揮重要作用。

5.2 智能用電環節

用電環節智能化主要通過0.4kV通信接入網實現。0.4kV通信接入網范圍為10kV配電變壓器至智能終端。適合0.4kV部分組網的技術有低壓PLC、無線專網等，除以上技術外，同時還可用于本地信道和室內網組網的技術有無線傳感器網絡、RS-485串口通信等。此外，部分場景下遠程信道可使用公網實現與通信主站的數據交互。0.4kV通信接入網建設方案如圖4所示：

六、結束語

智能配用電通信系統是堅強智能電網配電、用電環節的重要組成部分，配用電環節終端通信接入網與電力通信骨干網垂直貫通，構成電力通信網絡的主體。需堅持前瞻、開放、經濟、適用的原則，加快構建技術先進、布局合理、傳輸順暢的配用電通信系統，全面提升網絡的覆蓋范圍、承載能力和可靠性，建立智能化、標準化通信網絡管理系統，大力提升專業管理水平和支撐保障能力，為實現堅強智能電網的目標，提供堅強可靠的通信技術支撐。endprint

【摘要】 配用電網通信系統是實現配用電網智能化的重要環節。為適應智能配用電網的通信需求，結合“智能電網”發展方向和自身的特點，分析了各類通信技術特點，提出了智能配用電網通信模型和建設方案，為智能電網的建設提供堅強可靠的通信保障。

【關鍵詞】 智能配用電網 通信技術 網絡模型

隨著國家電網建設統一堅強智能電網戰略的實施，智能電網配用電環節的信息交互要求迅速提高。智能配用電網是實現配用電側信息交互的基礎，是實現電網信息化、自動化、互動化的前提和保證。為了增強網絡架構的安全性與可靠性，提升網絡建設的科學性、規范性，提高配用電客戶的滿意度，需要把智能配用電網通信技術研究與分析作為當前智能電網建設的一項重要任務。

一、智能配用電網通信系統作用

電能從產生到消費主要經過發電、輸電、變電、配電、用電五個環節，配用電網處于電網的末端，實現電能的分配，供用戶使用。

智能配用電網通信系統是電力通信網的重要組成部分，是電力通信骨干網的延伸。其中智能配電網通信系統主要承載配電自動化、電能質量監測、配電運行監控以及接入配電網的分布式電源監控等業務；智能用電網通信系統主要承載用電信息采集、自助繳費終端、智能家居等業務。

二、智能配用電網對通信的需求分析

為有效指導網絡建設，需提供客觀、可靠的定量依據，故對智能配用電網業務需求進行分析。

配用電網業務按開展情況分為基本業務、智能電網業務和未來新業務三種。本文按上述三類業務對配電網和用電網對通信的需求進行分析。具體分析結果如表1、表2所示。

三、智能配用電網通信技術分析

智能配用電網通信主要采用光纖通信、電力線載波通信、無線通信等多種通信技術，為智能配用電網檢測、控制、互動等業務提供了安全可靠的通信保證。

3.1 光纖通信技術

應用于電力通信系統的光纖組網技術主要有工業以太網和xPON技術（EPON、GPON等）。工業以太網技術成熟，但易受外界干擾，維護成本高，不具有抗多點失效性。不適用于大規模終端接入應用。EPON（以太網無源光網絡）是一種采用點到多點結構的單纖數據雙向傳輸的光纖通信技術。EPON系統具有成本低、高帶寬、支持多種業務、滿足不同QoS要求的優點。

3.2 電力線載波通信技術

電力線通信是電力系統所特有的通信方式，主要指利用電力線作為傳輸媒質進行數據傳輸的一種通信方式。根據電力線纜的電壓等級不同分為高壓、中壓、低壓電力線通信，根據調制頻帶和帶寬的不同分為寬帶技術和窄帶技術。采用電力線通信技術組建配電通信網，無需考慮線路建設投資，具有建設成本低、路由合理，專網方式運行安全性高等優點。缺點是由于傳輸頻帶受限，傳輸容量相對較小，限制了電力線通信方式在配用電通信領域的應用，目前電力線通信是配用電通信網的一種補充通信方式[1]。

3.3 無線通信技術

無線通信技術分按照建設屬性可分為運營商公網與電力無線專網。電力無線專網主要包括WiMax、TD-LTE等。運營商公網具有投資費用低、建設方便、維護簡單等優點，但公網核心傳輸網和互聯網是相通的，安全性不能滿足電力要求，通信速率和實時性也不能得到保證。電力無線專網安全性、實時性和可靠性高，能納入綜合網管系統，但具有建設成本高，運維壓力大等缺點。

3.4 無線傳感器網絡技術

無線傳感器網絡（WSN）利用微功率無線技術，由大量微型無線傳感器節點組成的自組織分布式網絡智能系統。優點是組網靈活，密度高、功耗低，網絡節點間可自組織通信；但也存在帶寬低、傳輸距離短等缺點。

四、智能配用電網通信模型

智能配用電網具有終端節點數量眾多、節點分布廣泛、節點密度不平衡、節點通信環境差異大、單個節點通信數據量小、實時性、可靠性要求差異明顯，通信網容易遭受營配網擴容和城建的影響等一些特點。針對以上特點，本文提煉出有線通信模型和無線通信模型，為建設配用電通信系統提供可靠支撐。在實際應用中，配用電通信網絡必須綜合采用多種方式混合組網，結合各種技術的特點，在不同場景可選擇不同的組網方式。

4.1 有線通信模型

有線通信方式以光纖通信為主。電力通信骨干網通過SDH/MSTP、PTN等光傳輸系統延伸至110kV/35kV變電站；配用電網通信采用xPON技術，變電站放置OLT用于匯聚配電站點、配電房、用電信息采集點、用戶室內等各類智能業務。光纖通信方式組網模型如圖1所示：

4.2 無線通信模型

無線通信網絡覆蓋面廣，可承載配電自動化、用電信息采集等傳統業務，也可承載應急指揮、無線辦公等移動性較強的業務。無線通信系統總體可分為核心網、無線承載網及用戶無線接入網三部分，無線寬帶接入系統總體模型如圖2所示：

五、智能配用電網通信建設方案

5.1 智能配電環節

配電環節智能化主要通過10kV通信接入網實現。10kV通信接入網范圍為110kV/35kV變電站至10kV配電變壓器之間部分，主要包含10kV配電站點及兩端設備。適合10kV通信接入網的組網技術有xPON專網、中壓PLC、無線專網和公網等。10kV通信接入網建設方案如圖3所示：xPON未來將作為電力核心專網，承載大量配電網業務；其他技術各有特點，將根據實際情況在不同場景下發揮重要作用。

5.2 智能用電環節

用電環節智能化主要通過0.4kV通信接入網實現。0.4kV通信接入網范圍為10kV配電變壓器至智能終端。適合0.4kV部分組網的技術有低壓PLC、無線專網等，除以上技術外，同時還可用于本地信道和室內網組網的技術有無線傳感器網絡、RS-485串口通信等。此外，部分場景下遠程信道可使用公網實現與通信主站的數據交互。0.4kV通信接入網建設方案如圖4所示：

六、結束語

智能配用電通信系統是堅強智能電網配電、用電環節的重要組成部分，配用電環節終端通信接入網與電力通信骨干網垂直貫通，構成電力通信網絡的主體。需堅持前瞻、開放、經濟、適用的原則，加快構建技術先進、布局合理、傳輸順暢的配用電通信系統，全面提升網絡的覆蓋范圍、承載能力和可靠性，建立智能化、標準化通信網絡管理系統，大力提升專業管理水平和支撐保障能力，為實現堅強智能電網的目標，提供堅強可靠的通信技術支撐。endprint