中壓電力線寬帶載波在配網自動化通信建設中的前景探討

鄭猷泉 江錚 林泓生

【摘要】 MV-BPLC的特點在配電網通信系統建設中有較強的比較優勢，在局部地區已經規模化應用，效果良好。隨著配電網自動化的快速發展，“MV-BPLC+光纖通信”將成為配電網通信系統建設最重要的解決方案，快速得到發展。

【關鍵詞】 配電網自動化 通信系統建設 中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）

一、配電網自動化的發展趨勢及目標

2013年，國家能源局發布了南方電網十三五規劃《南方電網發展規劃（2013—2020年）》，已經明確提出未來8年配電網自動化發展目標：到2020年城市配電網自動化覆蓋率達到 80%；2014年，國家電網在十三五規劃編制指導思想工作會議中明確提出了加強智能電網建設。經權威機構預測，國家電網配電網自動化建設，到2020年城市配電網自動化覆蓋率將達到90%左右。配電網自動化：就是利用現代電子技術、通訊技術、計算機及網絡技術，實現配電系統正常運行及事故情況下的遠程監測、保護、控制和配電管理的現代化。按照電網的配電網自動化要求，即實現對配電網設備的“五遙”管理：遙信、遙測、遙控、遙調、遙視。

配電網自動化通信系統，是配電網自動化的神經系統，負責配電設備與遠程控制管理中心的雙向數據傳送，是配電網自動化實現的基礎，也是配電網自動化實現的關鍵，通信系統的傳輸速率、可靠性等，直接影響到配電網自動化的應用效果。

二、配電網自動化發展中通信系統建設面臨的問題

配電網網絡結構復雜，分支多、分布廣、節點數量龐大，覆蓋了從變電站10kV端到開閉所、環網柜、配電室及箱變臺變等各個應用場所，因此對通信系統有非常高的需求：

2.1可靠性

配電設備多應用與室外環境，因此通信系統必須具備具備在惡劣環境下工作的能力，抗干擾能力強、通信穩定可靠。

2.2高通信速率

按照配網自動化的五遙（遙信、遙測、遙調、遙控、遙視）要求，通信速率需達到4MBPS左右（歐洲智能電網研究項目INTEGRIS分析，配電網自動化對配網通信速率的需求估算為4Mbps，才能有效支撐配電網數據通信要求）。

2.3工程實施簡單，具備快速建網的能力

配電網通信節點存量改造點多面廣，分布范圍大，布局分散，工程量大；因國家新城建設日新月異，配電網通信系統新增節點大量增長，因此更加需要通信系統工程實施簡單、具備快速建網的能力。

2.4易用性&易維護性

通信系統必須易使用、維護方便等特點，才能滿足新技術快速規模應用的要求。

2.5通信設備接口標準化

配電設備種類多、接口復雜，因此通信設備必須具備通用的標準化的接口，才能滿足配電設備的接入要求。

2.6靈活組網的能力

配電網設備組網復雜，從主干線路到支線線路，網絡拓撲多種多樣，因此通信系統必須具備滿足復雜組網的能力，變更方便，易于構建大型網絡，便于網絡集中管理。

2.7投資成本

由于配電網通信點多面廣的特點，采用全光纖通信方式，投資巨大：

1）建設成本：特別是城市密集區，光纖敷設成本非常高；另外，光纖敷設還需要支付昂貴的市政規費。

2）運維成本：一旦光纖損壞，維護成本非常高；城市改造，配電線路變更導致光纖線路變更成本非常高；需設置專人維護。線路維護需專業團隊。

3）時間成本：在光纖敷設時，市政申請、挖溝破路、管線挖埋、光纖中繼設計等都需要耗費大量的時間和人力成本，造成通信系統建設工期較長。

目前，配電網通信解決方案紛繁復雜，包括光纖通信、租用移動運營商信道（GPRS/3G/4G）、中壓（10kV）電力線窄帶通信、中壓電力線寬帶通信、自建小無線等方式，各有優勢與不足，如何選擇性價比高、滿足配電網通信需求的解決方案，成為配電網自動化通信建設的關鍵。租用信道（GPRS/3G等）優點：實施簡單，不足長期租用信道的高成本，公共信道安全性隱患高；公網繁忙時穩定性、實時性和可靠性較差；不能自己管理與維護信道；低通信速率，不能滿足配電網“五遙”通信需求。自主建設小無線優點：投資小、維護簡單，不足是易受建筑遮擋，傳輸距離受限，難以實現端到端的可靠通信；易受天氣環境等影響，可靠性差；配電網設備需要更換相應的通訊模塊才能與基站通訊，需要和所有設備廠商進行設備聯調，工作量很大；無線覆蓋規劃、實施難度大；□難于管理和維護。

三、MV-BPLC配電網自動化通信系統建設方案

3.1概念及原理

中壓載波技術是指電力線載波通信（PLC，Power Line Communication）運用在中壓（10kV）電力線上進行監測、控制、語音、視頻等數據傳輸的一種電力線增值技術，是一種高傳輸帶寬（傳輸速率達到5Mbps以上）的中壓電力線載波技術，中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）運用先進的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）調制解調方式，在抗干擾、通信可靠穩定性、帶寬，傳輸實時性等各方面均具有明顯的優勢。

中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）解決方案具備以下特點：

1、充分利用現有10kV電力線做為數據傳輸載體，無土方施工，無需敷設傳輸線路，可以實現快速建網。

2、基于OFDM調制解調技術，抗干擾能力強，通信穩定可靠。

3、芯片物理速率200M，應用層通信速率10M-100M，帶寬高、數據傳輸穩定，是一條電力信息傳輸高速公路。

2、MV-BPLC配電網通信建設方案

因MV-BPLC具備的一些顯著特點，則在配電網通信系統建設中，可以充分利用。國家電網公司《電力通信網規劃設計技術導則》（國家電網企管【2015】238號Q/GDW 11358—2014）中也明確指出，10kV通信接入網有線組網可采用光纖、中壓載波等方案：

（1）在配電網自動化通信解決方案中，配電網主干線路采用光纖通信方案，確保主干通信網絡高速穩定的通信通道；配電網分支線路采用中壓電力線寬帶載波（MV-BPLC）通信解決方案，靈活快速接入光纖主干通信網絡，可以有效降低建設成本，縮短建設工期。

（2）在光纖敷設困難（包括市政規劃限制、光纖敷設協調/實施困難、商業及人口密集區敷設成本高、影響建設工期等因素）的配電網主干線路，也可以用中壓電力線寬帶載波通信（MV-BPLC）解決方案靈活快速部署。

（3） 對建設工期要求短、投資預算受限的區域：部分配電網主干線路和分支線路都可以采用MV-BPLC配電網通信解決方案。

四、MV-BPLC在配電網自動化通信系統建設中的實際應用

國家電網公司福建省龍巖市供電公司，從2008年就開始MV-BPLC的應用研究和應用，經過多年和MV-BPLC供應商的探討、需求分析和產品不斷優化改進，最終選擇了與珠海市銘誠電力科技有限公司合作，形成了“光纖通信+MV-BPLC”的配電網通信解決方案。目前龍巖配電網MVBPLC網上應用超過500套，產品運行穩定可靠，未發生通信中斷事故，有效降低了建設成本和建設工期，取得了良好的投資效益。在2014國家電網審批立項的配電自動化工程試點項目龍巖市核心區建設中，通過了福建省公司、國家電網總公司專家團隊現場測試驗證，專家團隊MV-BPLC產品和解決方案給予了高度評價和認可，認為MV-BPLC達到了光纖通信的應用效果。

目前珠海市銘誠電力科技有限公司提供的MV-BPLC產品及解決方案，具備了滿足配電網通信需求的許多特性，運行穩定可靠，能有效縮短建設工期和投資成本：

4.1通信速率高

針對配電網線路距離、受干擾程度的不同，銘誠電力MV-BPLC通信速率能穩定達到5M-50Mbps，通信穩定可靠，完全滿足配網自動化通信需求；

4.2配電線路適應性強

對配電網地埋電纜線路和架空線路，可以采用不同的耦合方式（電感耦合和電容耦合）將信號加載到10kV電力線上，保障數據傳送的穩定可靠。

4.3高可靠性和抗干擾性

采用最先進的調制解調技術——OFDM技術，將信息分配在1536個子信道上傳輸，采取智能檢測信道和規避干擾的技術，最大限度的提高抗電磁干擾和多徑干擾能力。對同頻干擾，銘誠電力MV-BPLC的通信頻率達到2-34MHz，遠離一般電氣設備所能產生的頻率干擾，同時也遠離10kV電網的噪聲和脈動干擾。另外銘誠電力MV-BPLC具備數據完整性檢查，鑒權功能，加密算法，支持3DES和AES-128/256，通信穩定可靠。

4.4通信距離

點對點的通信距離地埋電纜線路距離能達到2Km左右，架空線路可達到2Km以上，通信穩定可靠；通過中繼模式（銘誠電力MV-BPLC可以10級中繼），可滿足更長的線路通信需求；

4.5靈活組網的能力

可以組成星型通信網絡、樹形通信網絡及混合通信網絡，完全滿足配電網復雜的組網需求；

4.6工程實施簡單，1小時即可建立高速通信通道

工程實施免敷設傳輸線路（充分利用10kV的電力線資源）、無土方工程，硬件安裝簡單、免調試（即裝即用）、利用工具可免斷電實施；一般情況下，1小時左右即可以建立兩通信節點的寬帶通信通道；

4.7易維護

只需對故障設備更換，無需任何數據配置（即換即用），讓維護更加簡單；

4.8網絡管理

通過嵌入式網管機，可以對MV-BPLC進行遠程的管理，包括對MV-BPLC各節點通信狀態進行實時監控、遠程數據配置、調試、故障信息手機、信噪比分析。接口標準化：提供標準的10M/100M以太網接口，支持標準的IP協議規范；

4.9電源熱備份設計

支持DC24V/48V和AC220V電源同時輸入，保障通信不間斷運行；

4.10建設成本

建設成本與光纖通信相比，有明顯的成本優勢，建設成本大概是光纖通信的50%左右。

五、MV-BPLC應用前景探討

1、 中壓電力線寬帶通信（MV-BPLC）解決方案在歐美已經規模化應用，在歐美中壓電力線寬帶通信在配電網自動化通信使用率超過80%。但在國內，MV-BPLC應用較為緩慢，主要原因在于：一是國內配電網自動化的需求較為滯后，影響了MV-BPLC的應用研究和推廣；二是歐美配電網規劃較好，線路上受干擾影響較小，技術上容易實現。而國內因近二三十年城市化發展迅速，導致配電網網絡結構、應用環境較為復雜，國外的產品和解決方案在國內無法適應，需要針對國內配電網的應用環境和特點進行針對性的改進。

2、 國內從九十年代開始，就有許多的機構、企業在學術方面研究MV-BPLC，已經有了較為充分的理論基礎。2010后，陸續有不少電力通信供應商已經將學術理論轉換成了MV-BPLC的產品實際應用，在局部地區已經規模化應用，并且取得了非常好的應用效果（如珠海市銘誠電力科技有限公司）。MV-BPLC產品及解決方案的日漸成熟，為MVBPLC在配電網自動化通信系統廣泛應用提供了產品基礎。

3、 國家電網公司《電力通信網規劃設計技術導則》（國家電網企管【2015】238號Q/GDW 11358—2014），也已經明確了配電網建設“光纖通信+MV-BPLC”的解決方案，為MV-BPLC發展提供了政策支持。

4、 電力發展十三五規劃，配電網自動化成為電網發展的重點，為MV-BPLC大規模應用提供了良好的市場環境。

因此，我們相信，隨著配電網自動化的快速發展，MVBPLC產品及解決方案的日漸成熟，MV-BPLC的優勢將得以規模化顯現，“MV-BPLC+光纖通信”將成為配電網通信的最主流的解決方案，在電力發展十三五規劃配電網自動化建設中，將發揮重要的作用。

參 考 文 獻

[1] 孟紹良.中壓電力線寬帶載波通信新技術應用于配電自動化通信的實踐研究.第二屆配電自動化新技術及其應用高峰論壇論文集. 2011年10月

[2] 周志福.10kV中壓電力線寬帶技術應用于配網自動化通信的實踐研究.2010年配電自動化新技術及其應用高峰論壇論文集