地市級供電局配電網(wǎng)通信技術分析

洪子寧+張源

【摘 要】分析了配網(wǎng)通信承載的業(yè)務需求，多維度比較了光纖通信、中低壓載波、無線專網(wǎng)、無線公網(wǎng)等多種通信技術，提出了各種業(yè)務的承載方式，為配電通信網(wǎng)絡規(guī)劃、建設提供參考。

【關鍵詞】配電通信網(wǎng)；光纖通信；工業(yè)以太網(wǎng)

0 概述

配電網(wǎng)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要公共基礎設施，而我國配用電網(wǎng)的自動化、智能化程度以及自愈和優(yōu)化運行水平仍未能達到國際水準。隨著我國智能配電網(wǎng)系統(tǒng)建設力度的不斷加大，選擇合適的通信技術作為智能配電網(wǎng)的支撐是需要關注的重點。

1 需求分析

配電通信網(wǎng)需要承載包括配電自動化、計量自動化、汽車充電設施管理、分布式電源管理、配網(wǎng)生產(chǎn)管理等業(yè)務。

配電自動化系統(tǒng)通過配電通信網(wǎng)實現(xiàn)開關站、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關、配電變壓器等設備的信息采集和控制，對業(yè)務實時性要求較高，屬于生產(chǎn)控制大區(qū)。10kV配電自動化單個終端帶寬需求在20kb，按典型變電站匯聚帶寬為1Mb左右。

計量自動化系統(tǒng)主要實現(xiàn)用戶負荷、電量、電壓等重要信息的采集和計量裝置在線監(jiān)測，對業(yè)務實時性要求較低，屬于管理信息大區(qū)。單塊電表每天上傳數(shù)據(jù)至集中器，數(shù)據(jù)量約為幾百b，單個集中器每天的數(shù)據(jù)量在10-100kb，按典型變電站匯聚帶寬為1Mb左右。未來計量自動化系統(tǒng)將提高采集頻度，并增加電壓、電流、事件等多項數(shù)據(jù)，對通信速率的需求將提高。

電動汽車充電設施分為集中式充/換電站和充電樁兩類，主要業(yè)務包含用電信息采集、運營管理、充電監(jiān)控等。集中式充/換電站的通信帶寬在10Mb左右，充電樁的通信帶寬在20kb左右。分布式電源站點主要包括電能質(zhì)量監(jiān)測、分布式電源監(jiān)測終端信息接入、電費計量等業(yè)務。10kV分布式電源站點流量在10kb數(shù)量級，0.4kV分布式電源站點流量在1k字節(jié)數(shù)量級。配網(wǎng)生產(chǎn)管理業(yè)務包括配電房視頻監(jiān)控、配電房門禁、配電房環(huán)境監(jiān)測、配電設備在線狀態(tài)監(jiān)測等。

具體配電通信網(wǎng)需要承載的業(yè)務需求如圖1所示：

2 技術分析

為滿足配電自動化等業(yè)務要求，必須對配電網(wǎng)通信技術進行分析，選擇合理的通信技術保障配電網(wǎng)通信的可靠性、安全性和有效性。以下對配網(wǎng)通信可采用的主流技術進行逐一分析。

2.1 光纖通信技術

光纖通信的主要特點是傳輸容量大、傳輸距離長、抗干擾性強，可應用于配電房、配電線路等高電壓強電磁干擾環(huán)境，是目前電力通信中廣泛應用的通信方式，光纖通信可以分為多種通信技術：

1）SDH/MSTP組網(wǎng)

使用SDH/MSTP設備與光纖組成的光傳輸網(wǎng)絡，是一種將線路傳輸及交換功能融為一體的綜合信息傳送網(wǎng)絡。SDH/MSTP技術十分成熟，在電力通信網(wǎng)中廣泛應用，缺點是設備龐大，無法滿足配網(wǎng)通信的空間需求。

2）商用以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)

使用商用以太網(wǎng)交換機與光纖組成IP網(wǎng)絡，廣泛應用于電網(wǎng)企業(yè)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)。在應用于配電網(wǎng)中，商業(yè)以太網(wǎng)交換機不具備在高溫、潮濕、電磁干擾的工業(yè)環(huán)境中長時間連續(xù)可靠地傳送數(shù)據(jù)的能力，無法滿足配網(wǎng)通信的穩(wěn)定性要求。

3）工業(yè)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)方式與商用網(wǎng)絡交換機組網(wǎng)方式相同，但組網(wǎng)設備采用的是工業(yè)以太網(wǎng)交換機。工業(yè)以太網(wǎng)交換機具有良好的環(huán)境適應性，并且針對工業(yè)傳輸信息長度較短、交換頻繁、周期信息較多、非周期信息較少的特點做出了優(yōu)化。

4）PON光纖通信技術組網(wǎng)

使用PON技術組網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），以及一批安裝于用戶場所的光網(wǎng)絡單元（ONU），在OLT與ONU之間的光配線網(wǎng)（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。由于配網(wǎng)線路變更比較頻繁，采用分光器需跟隨變動，且設備性能不穩(wěn)定，通信可靠性無法得到保證。

基于上述光纖通信組網(wǎng)技術的分析，建議采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機方式進行組網(wǎng)。

2.2 中低壓載波技術

電力線載波通信是電力系統(tǒng)通信的一種方式，其原理是將信號按一定方式調(diào)制后，用耦合設備注入輸電線，利用現(xiàn)有的輸電線傳遞信息。配電中低壓載波通信優(yōu)點主要有：靈活性大，可以連接任何測控點；成本低，利用輸電線作為通信，無需額外架設通信通道。

受限于中壓載波技術體制的影響，載波技術并沒在在配網(wǎng)通信中大規(guī)模的應用，主要的缺點是：可靠性較低，配電載波通道的傳輸特性較惡劣，速率低可靠性不高；建設較難，中壓載波設備主要有注入式和卡接式兩種安裝方式，前者需要停電、受干擾小、信號好；后者不需要停電，但受干擾大、信號差；運維困難，載波設備在運維管理需要一次專業(yè)支持。

2.3 電力無線專網(wǎng)技術

電力無線專網(wǎng)技術是電網(wǎng)公司采用主流無線技術建設的無線專用網(wǎng)絡。電力無線寬帶專網(wǎng)建設速度快，可很好地覆蓋各類終端，實現(xiàn)末端用戶的接入。電力無線專用還可以滿足電力業(yè)務信息安全、實時性以及服務質(zhì)量的需求，可以作為光纖通信最后一公里的補充。

電力無線專網(wǎng)的主要問題有：站址選擇受限，而站點選址不好會導致網(wǎng)絡覆蓋受限，部分室內(nèi)或地下室存在無線專網(wǎng)覆蓋盲區(qū)；無線頻率不夠理想，且存在一定的不確定性；投資成本較高。

2.4 無線公網(wǎng)技術

無線公網(wǎng)技術是使用運營商提供的GPRS、CDMA 3G和LTE 4G等通信技術來傳輸配電網(wǎng)的業(yè)務。無線公網(wǎng)組網(wǎng)速度快，適合布局在偏遠或者零散的終端，應用于對通信速率、時延、中斷率、安全性等要求不嚴格的場景。

無線公網(wǎng)主要缺點是：無線公網(wǎng)技術由于存在資源的競爭性、易受環(huán)境因素干擾，一般時延較大；運維困難，電網(wǎng)企業(yè)無法監(jiān)控無線終端、無線鏈路的運行情況，在運行維護過程中完全依賴運營商，造成故障發(fā)現(xiàn)和處理不及時的現(xiàn)象；費用過高，由于配用電終端數(shù)量迅速增加，運營商的租賃費用也迅猛增加。

2.5 主要通信技術對比分析

針對以上描述的各種通信技術，圖2中進行多維度的簡要對比分析：

從表中的分析對比綜合得出，光纖通信技術具備傳輸容量大、傳輸距離長、抗干擾性強、安全性好、具備保護機制等優(yōu)勢，應以光纖通信技術中的工業(yè)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)方式作為配網(wǎng)通信的主用技術，并采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)形成通道自愈保護環(huán)。

對于具體業(yè)務，配電自動化智能分布式配電終端與“三遙”終端、大客戶負荷管理終端、配變監(jiān)測終端、低壓集抄集中器終端均應優(yōu)先采用光纖通信方式承載，保證通信可靠接入。配電自動化“一遙”、“二遙”終端、計量自動化終端以無線公網(wǎng)通信為主，已有專網(wǎng)通信覆蓋的優(yōu)先選擇專網(wǎng)通信方式。

在光纜無法敷設的區(qū)段，配電自動化智能分布式配電終端與“三遙”終端、大客戶負荷管理/大客戶負荷控制終端、10kV分布式能源站、汽車充電樁管理接入優(yōu)先采用無線專網(wǎng)方式承載，宜配置一條無線公網(wǎng)通信通道作為備用，不具備專網(wǎng)條件，可采用無線公網(wǎng)通信承載，應配置雙網(wǎng)雙待無線通信終端。無專網(wǎng)覆蓋的配變監(jiān)測終端、低壓集抄集中器終端采用無線公網(wǎng)通信方式，配置一條無線公網(wǎng)通信通道。

不建議大規(guī)模電力線載波組網(wǎng)，在光纜、無線通信無法覆蓋的業(yè)務，可用電力線載波作為補充方式承載業(yè)務。已建設無線專網(wǎng)的地區(qū)應充分利用無線專網(wǎng)，配網(wǎng)自動化、計量自動化等業(yè)務終端逐步調(diào)整為無線專網(wǎng)通信方式。

3 結(jié)論

智能配電網(wǎng)及相應的配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡是當前電力行業(yè)的重點建設內(nèi)容，本文從智能配電網(wǎng)業(yè)務及通信需求分析出發(fā)，解析了配電網(wǎng)通信的主流技術，選擇光纖通信為主，無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)為輔的組網(wǎng)技術，為配電通信網(wǎng)絡規(guī)劃、建設提供參考，實現(xiàn)智能配電信息的安全、可靠傳輸。在接下來的配網(wǎng)通信的規(guī)劃建設中，應持續(xù)關注寬帶電力線載波通信與北斗系統(tǒng)在配網(wǎng)通信中的應用。endprint