智能配電網通信網絡建設原則分析

荊鵬飛，宋春紅

（河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031）

智能配電網是智能電網建設的重要環節。根據國家智能電網發展的戰略需求，智能配電網在配電自動化、配電變壓器監測以及電能質量監測等方面對通信帶寬和通信可靠性提出了更高要求，通信網絡應提供滿足配電網信息收集、控制和管理的通信綜合平臺，實現多種通信方式統一接入、統一接口和統一管理。做好智能配電通信網絡的規劃設計工作是建設優質、安全、可靠智能配電通信網的基礎［1］。

1 配電通信網現狀及存在的問題

1.1 現狀

配電通信網主要與城市實施的配電自動化系統配套建設，“十二五”期間，隨著城市智能配電網試點工作逐步的開展，也配套進行了配電通信網試點建設。總體而言，配電自動化及其配套通信網仍處于小規模應用階段，大規模建設尚未展開。目前，配電通信網多采用光調制解調器、工業以太網、以太網無源光網絡、中壓電力線載波、無線公網等通信方式［2］。

1.2 存在的問題

目前運行的配電通信網大多為各地各部門根據實際需要分散建設，規劃、建設、改造及運維管理上還沒有形成統一的規范，多采用公網GPRS（通用分組無線服務技術）通信方式，造成配電網對公網依賴程度較高，且受無線公網通信技術體制、運營性質和通道安全性制約，導致相關業務應用標準和技術指標降低，信息安全存在風險，嚴重制約智能配電網的發展。

2 智能配電網通信網業務需求

配電通信網承載的業務主要包括配電自動化系統及配電變壓器監測系統業務，隨著智能配電網的建設，在“十二五”期間配電通信網還將擴展電能質量監測、語音服務、配電監控運行業務、分布式電源控制等業務，并作為用電業務的上聯通道。智能配電網業務種類見表1。

表1 智能配電網業務種類

表1中控制類業務（如三遙配電開關業務）對通信安全性要求高，通信時延要求嚴格（要求秒級以下），通信的失效會影響電網的控制執行，導致電網運行故障；信息監測類業務對通信安全性要求較高，通信時延、路由要求相對寬松，通信的失效對電網運行存在一定管理方面的影響；視頻類業務、語音類業務與信息監測類業務類似，但對通信的帶寬需求較大，其接入點均在開閉所。

根據河北省南部電網配電通信網規劃中關于智能配電網通信網業務需求的分析，單條10kV 線路業務總需求帶寬約1.2 Mb／s，在變電站側匯聚的傳統配電自動化業務流量不超過300Kb／s，變電站傳輸設備提供2 Mb／s 的基礎帶寬即可滿足要求；擴展性配電自動化業務匯聚流量40 Mb／s，其中90%以上為開閉所業務，且以視頻監控業務為主，可承載于數據網上，變電站傳輸設備提供2×2 Mb／s的基礎帶寬即可。智能用電業務可承載于綜合數據網上，根據覆蓋范圍提供相應帶寬。因此匯聚站點傳輸設備預測帶寬為3×2 Mb／s，提供4 個2 Mb／s可滿足需求。

3 智能配電網通信技術

3.1 光纖通信技術

光纖專網通信方式帶寬高、容量大、覆蓋范圍廣，可靠性、實時性、安全性都很高，適用于配用電通信領域的所有業務，和其他通信方式相比優勢明顯。從技術角度看，配電通信網可以采用工業以太網技術或者無源光網絡技術。

工業以太網技術比較成熟，可靠性高，電力系統應用多，但成本偏高；以太網無源光網絡（EPON）和吉比特無源光網絡（GPON）技術發展前景很好，上下行速率為1.25Gb／s（GPON 下行速率可達2.5 Gb／s），并且組網靈活，拓撲結構可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網絡拓撲結構。非常適合配電網的網絡結構。目前EPON 建網成本低于GPON，技術成熟度較高。光纖專網通信方式的缺點在于建設成本較高，部分老線路不具備光纜鋪設條件［3－4］。

3.2 無線寬帶專網技術

無線寬帶專網方式帶寬較高、系統容量較大、擴展性好，實時性較好，為電網公司在智能配電網建立全面覆蓋、接入方式便捷的寬帶綜合業務通信平臺提供了一個技術選擇。但無線寬帶通信網絡的安全可靠性比有線通信網絡低，目前業界主流的通信技術都有各自的缺點。全球微波互聯接入（WiMAX）技術在國外應用較多，國內沒有分配頻點，存在政策風險；多載波無線信息本地環路（McWiLL）技術標準化程度不高，只有很少部分企業掌握核心技術，存在壟斷風險；3GPP 長期演進（LTE）技術尚未大規模商用，成熟度有待進一步驗證［5］。

230 MHz LTE系統利用電力行業已有的230 MHz負控頻率資源（電力專用頻率帶寬1 MHz，40個頻點），通過擴充頻點可實現上行15 Mb／s和下行6Mb／s傳輸速率，采用多種解決高吞吐量和高可靠性傳輸的LTE 關鍵技術，如自適應調制與編碼（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技術、混合自動重傳請求（Hybrid Automatic Repeat－Request，HARQ）技術、動態調度技術、干擾協調技術等，具備成本低、廣覆蓋和較大帶寬的特點，并且組網靈活，便于施工。目前已有廠商研發出電力專用230 MHz LTE產品。

3.3 中壓電力線載波技術

中壓電力線載波技術為電力系統特有的通信方式，利用10kV 配電線路為媒質進行通信，無需布線，具有成本低、安全性好等優點。根據調制頻帶和帶寬的不同可分為寬帶技術和窄帶技術。目前中壓窄帶電力線載波技術在配電通信領域使用較多，但由于頻帶限制，其傳輸帶寬和實時性較低，同時中壓電力線路情況復雜，開關眾多，電力線載波通信容易受到配電網運行狀況的影響［6］。

以往因技術成熟度所限，中壓電力線載波技術的大規模應用還比較少，僅僅作為對光纖和無線通信方式的補充手段，近年隨著OFDM（正交頻分復用）自適應調制解調、卷積編碼、信道估計等技術的采用，中壓寬帶電力線載波技術也趨于成熟，視線路條件和環境情況，傳輸速率可達2～10 Mb／s。目前中壓寬帶電力線載波技術在國外應用相對較多，在國內也開始試點應用。

3.4 無線公網通信技術

無線公網通信是指配用電終端設備通過無線通訊模塊接入到無線公網，再經由專用光纖網絡接入到主站系統的通信方式，目前無線公網通信主要包括GPRS、CDMA、3G 等。無線公網通信方式具有系統容量較大，建設成本較低，運行維護簡便等優點，但采用無線公網通信方式安全性、實時性不能得到保證。另外，無線公網通信方式每年需要向運營商支付的使用費用也很大。電力專網與無線公網通信技術見表2和表3。

表2 智能配電網電力專網通信技術對比

表3 智能通信網無線公網通信技術

4 智能配電通信網建設原則

綜合考慮智能配電網規劃建設情況和業務需求，并通過配電網通信技術的綜合比較，建議智能配電通信網建設原則如下：

a.因地制宜，綜合采用多種通信技術相結合的方式建設智能配電通信網絡。宜以專網為主，公網為輔。

b.應根據實施智能配電區域的具體情況選擇合適的通信方式。配電網主干線路宜采用光纖通信方式，分支線路可采用光纖與無線及中壓載波相結合的通信方式。

c.實現“三遙”功能的站點、依賴通信實現故障自動隔離的饋線自動化區域、分布式電源等宜采用通信專網，優先采用光纖通信方式；實現“兩遙”、“一遙”功能的站點可采用光纖通信、中壓載波及無線通信等多種方式，但采用無線公網時需采取相應的安全防護策略。

d.采用光纖通信方式的配電通信網可根據情況采用無源光網絡（EPON／GPON）、工業以太網等通信技術。

e.應充分考慮配網改造工程多、網架頻繁變動的特點，智能配電通信網系統規劃設計時要有預留和備份資源。

f.光纜建設應充分考慮智能配電通信網建設需求，以及用電通信網和其它增值業務的接入需求，新建配電網電纜線路或架空線路宜同步建設通信光纜或預留光纜架設通道。

g.進行LTE、中壓寬帶電力線載波等通信新技術試點建設，技術成熟時可進一步推廣。

智能配電通信網絡示意見圖1。

圖1 智能配電通信網示意

5 結束語

以上提出了智能配電通信網建設原則作為網絡規劃設計和實施階段的參考，智能配電網由于其配電站點種類眾多、分布廣泛、安置環境復雜，單一的通信方式無法解決智能配電通信網絡的全覆蓋問題。在實際建設中，需要根據現場情況因地制宜，同時考慮應用需求、經濟成本等因素，綜合采用最適宜的通信方案以滿足智能配電網業務的要求。

［1］吳俊勇.智能電網綜述技術講座第四講：電力電子技術在智能電網中的應用［J］.電力電子，2010（4）：67－70.

［2］辛培哲，李 雋，王玉東，等.智能配電網通信技術研究及應用［J］.電力系統通信，2010，31（217）：14－18.

［3］劉 峰.無源光網絡技術在配電自動化系統中的應用［J］.中國通信，2013，15（16）：53－54.

［4］孫 嫻，龔曉莉，劉 鵬.中壓配電通信網EPON 系統建設［J］.農村電氣化，2013（12）：30－31.

［5］姚虹春，郭經紅.WiMAX 技術及其在電力系統通信中的應用［J］.電力系統通信，2007，28（1）：46－47.

［6］顧 力，魯 兵，施維楊.中壓電力線載波通信在配電自動化系統中的應用分析［J］.電工技術，2011（3）：13－15.