智能配電網(wǎng)通信技術(shù)研究

沈雨生，荀思超，徐 榮，劉曉玥

（國網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224000）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了大范圍普及。要想全面覆蓋AMI智能電表和負(fù)荷控制管理業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，就要整合配電網(wǎng)通信技術(shù)體系，滿足業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性需求的同時(shí)，為智能配電網(wǎng)通信體系的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 智能配電網(wǎng)通信概述

1.1 特 點(diǎn)

首先，智能配電網(wǎng)本身就是廣域通信網(wǎng)，變電站、開閉所、配電變壓器等數(shù)量較多，要想借助智能設(shè)備和遠(yuǎn)程終端節(jié)點(diǎn)控制模塊對其予以監(jiān)控，就要全面掌控終端模式，終端的節(jié)點(diǎn)需求就會(huì)隨之增多[1]。

其次，通信距離較短。DTU和TTU集中器的基礎(chǔ)終端數(shù)據(jù)一般都是在小區(qū)范圍內(nèi)完成匯集和轉(zhuǎn)發(fā)，而多數(shù)的通信距離會(huì)控制在5 km以內(nèi)。需要注意的是，在實(shí)際設(shè)置處理過程中，會(huì)選取小區(qū)分支通信匹配主干通信的智能配電模式實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性管理。

最后，通信數(shù)據(jù)的體量較小。我國多數(shù)地區(qū)依舊采取電纜傳輸技術(shù)完成通信，而電纜傳輸信號本身就存在質(zhì)量水平一般的弊端，這就使得采集到的數(shù)據(jù)應(yīng)用效率大大降低。如果對大量的線路開關(guān)和配電變壓器予以智能終端采集，在資源配備和處理方面也存在一定難度。基于此，全范圍推廣光纖通信技術(shù)將成為智能配電網(wǎng)建設(shè)方案的重點(diǎn)，充分發(fā)揮光纖通信技術(shù)低誤碼率、高保密性以及高抗干擾性的優(yōu)勢作用，為智能配電網(wǎng)通信的綜合優(yōu)化提供支持[2]。

1.2 需 求

1.2.1 ADO通信需求

在智能電網(wǎng)裝備中，ADO（Microsoft ActiveXData Object）能為智能配電網(wǎng)實(shí)時(shí)性監(jiān)控用戶互動(dòng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供保障。相較于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)應(yīng)用模式，配網(wǎng)通信通道縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)機(jī)制能在保護(hù)電氣元件的同時(shí)，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。智能配電網(wǎng)通信的設(shè)立能充分滿足高級配電自動(dòng)化通信需求，并且在建構(gòu)分布式電源和儲(chǔ)能站狀態(tài)監(jiān)測模塊的同時(shí)更好地維持通信應(yīng)用效果。例如，分布式能源站能對負(fù)荷予以實(shí)時(shí)性預(yù)測，一般是15 min一次，然后在24 h內(nèi)將96點(diǎn)預(yù)測點(diǎn)繪制為基礎(chǔ)曲線，上傳調(diào)度端就能對其予以合理性分析評估[3]。

1.2.2 AMI通信需求

（1）智能電表通信需求。在電力用戶管理過程中，借助智能電表對用戶用電量信息予以實(shí)時(shí)性收集和匯總，確保電費(fèi)傳遞的規(guī)范性和合理性，同時(shí)也能及時(shí)掌握分時(shí)電價(jià)和智能家電控制信息。假設(shè)區(qū)域內(nèi)要配置400個(gè)配電臺(tái)區(qū)、安裝20萬個(gè)智能電表，每個(gè)電表按照300字節(jié)/min信息量予以設(shè)定，則借助RS485電纜和WiFi技術(shù)等完成集中點(diǎn)匯聚處理后，配合使用配電網(wǎng)就能建立完整的傳輸機(jī)制[4]。

（2）負(fù)荷需求側(cè)通信需求。對一些負(fù)荷量較大的用戶，要利用對應(yīng)的應(yīng)用模塊完成電能質(zhì)量監(jiān)測、負(fù)荷控制參數(shù)處理等工作，保證帶寬滿足5K級別[5]。

1.2.3 AAM通信需求

在智能配電網(wǎng)通信管控工作中，要想從根本上提高電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率，需要對電網(wǎng)設(shè)備予以全生命周期管控。配合設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析機(jī)制，全面了解監(jiān)測信息點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容，從而有效完成監(jiān)測信息的管控。除此之外，智能配電網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用和升級也是為滿足匯總智能配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求而展開的。通過搭建非實(shí)時(shí)性監(jiān)測管理和實(shí)時(shí)性控制業(yè)務(wù)模塊，更好地評估符合需求控制管理的要點(diǎn)，保證運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的規(guī)范性[6]。

2 智能配電網(wǎng)通信技術(shù)方式

在技術(shù)條件支持下，智能配電網(wǎng)通信體系能依據(jù)相應(yīng)技術(shù)屬性建立更加有效的信息數(shù)據(jù)交互模式，滿足應(yīng)用管理的基本需求。

2.1 電力線載波

電力線載波技術(shù)是針對電力系統(tǒng)建立的特有通信模式，在現(xiàn)有電力線基礎(chǔ)上利用載波的處理模式有效完成模擬信號和數(shù)字信號的傳遞。電力線載波最大的應(yīng)用特點(diǎn)就是無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)模式，只需要使用電力線就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。由于電力線載波技術(shù)的變化模式較為復(fù)雜，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中需要配合調(diào)制編碼技術(shù)才能有效提高信息傳輸?shù)目煽啃訹7]。

在智能配電網(wǎng)通信體系中應(yīng)用電力線載波技術(shù)建立擴(kuò)頻窄帶調(diào)頻處理模式，能為擴(kuò)頻調(diào)試處理工作提供良好的應(yīng)用平臺(tái)，同時(shí)配合正交頻分多路復(fù)用技術(shù)就能建立傳輸效率和頻譜利用率更高的抗噪處理模式，提高電力線上網(wǎng)應(yīng)用的通信質(zhì)量。此外，電壓電力線載波組網(wǎng)體系中，結(jié)合物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)就能建立邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模式，有效提升通信可靠性和糾錯(cuò)技術(shù)水平，維持傳輸模式控制、數(shù)字調(diào)制等模塊應(yīng)用的規(guī)范性。

2.2 以太無源光網(wǎng)絡(luò)

在智能配電網(wǎng)體系中應(yīng)用以太無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)光纖實(shí)時(shí)性接入，配合局端OLT設(shè)備和多個(gè)用戶端設(shè)備，維持光分配網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的規(guī)范性。這種技術(shù)體系最大的優(yōu)勢在于能打造組網(wǎng)靈活度較高、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式較為簡便的穩(wěn)定性主干光纖體系，在滿足業(yè)務(wù)需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。

典型EPON系統(tǒng)完整的應(yīng)用模型如圖1所示。其中，光線路終端放置在智能變電站中心機(jī)房，配合系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)連接工作；光分配網(wǎng)絡(luò)借助無源光纖分支器和光纖元件等建立ONU和OLT光傳輸通道，維持分配機(jī)制的規(guī)范性；光網(wǎng)絡(luò)單元能為用戶側(cè)提供對應(yīng)的接口，維持OLT轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)廣播的實(shí)時(shí)性，保證接收效果滿足預(yù)期[8]。

圖1 典型EPON系統(tǒng)應(yīng)用模型

此外，以太無源光網(wǎng)絡(luò)模型還支持多樣化的業(yè)務(wù)端口配置模式，為組網(wǎng)應(yīng)用提供保障，借助技術(shù)自身的穩(wěn)定性特點(diǎn)和可擴(kuò)展性優(yōu)勢，在提升以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)用效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)新建業(yè)務(wù)承載的目標(biāo)[9]。

2.3 分時(shí)長期演進(jìn)技術(shù)

近年來，無線寬帶技術(shù)的研究范圍在不斷擴(kuò)大。分時(shí)長期演進(jìn)技術(shù)作為新一代無線寬帶技術(shù)，采取不同無線通信技術(shù)模塊和應(yīng)用要點(diǎn)，建立更加合理且有效的技術(shù)統(tǒng)籌體系，其中包括正交頻分復(fù)用技術(shù)、多輸入多輸出技術(shù)等，在提高數(shù)據(jù)吞吐量的同時(shí)還能擴(kuò)大覆蓋范圍[10]。

一方面，物理層建設(shè)基本傳輸技術(shù)和多址技術(shù)模型，主要是應(yīng)用OFDM調(diào)制技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)流的串并變換模式，為子信道信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)范性提供保障。基于每個(gè)基礎(chǔ)信道中符號周期的增加，要想建立完整的信息管控結(jié)構(gòu)，需要借助技術(shù)要求減少無線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展產(chǎn)生的彌散性影響。

另一方面，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用Node B單層結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的技術(shù)體系，能在減少網(wǎng)絡(luò)延遲問題的同時(shí)真正實(shí)現(xiàn)低時(shí)延控制的要求。相較于傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)技術(shù)模式，分時(shí)長期演進(jìn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效減少了無線網(wǎng)絡(luò)控制器（Radio Network Controller，RNC）節(jié)點(diǎn)，更好地維持演進(jìn)模式的規(guī)范性。同時(shí)基于典型IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其綜合應(yīng)用效能更加突出。

除此之外，分時(shí)長期演進(jìn)技術(shù)還支持核心層、接入層、終端層的分層處理。配合智能配電網(wǎng)整體管理要求，建構(gòu)滿足服務(wù)器歸屬簽約用戶服務(wù)器（Home Subscriber Server，HSS）功能、網(wǎng)絡(luò)操作管理功能的應(yīng)用體系，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的合理性。與此同時(shí)，分時(shí)長期演進(jìn)技術(shù)還能輔助智能配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)、配變運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、高故障設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)合處理，及時(shí)檢索故障問題，為應(yīng)急調(diào)度一體化工作的全面落實(shí)提供支持。

3 結(jié) 論

總而言之，智能配電網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展要順應(yīng)技術(shù)升級的趨勢。建立健全網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)，打造雙向高速且應(yīng)用效能更高、可靠性更好的通信系統(tǒng)，充分發(fā)揮分時(shí)長期演進(jìn)技術(shù)、無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用優(yōu)勢作用，在保障技術(shù)應(yīng)用效果的同時(shí)，為電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。