電力物聯網的接入網技術研究

吳凱文，楊 丹，熊倍萱

（云南電網有限責任公司大理供電局，云南 大理 671000）

2019年國家電網提出“三型兩網，世界一流”的發展目標，明確指出打造“兩網”的建設目標。其中，兩網不僅包括堅強智能電網，實現各級網絡的協調統一運行，更加重要的是突出了泛在電力物聯網的建設，實現了電力系統萬物互聯，人機交互，具有全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活性的特點[1]。但是在實際應用過程中，泛在電力物聯網的接入網技術還沒有進行基礎確定，對泛在電力物聯網的具體應用產生了一定的影響。因此，加強對泛在電力物聯網的接入網技術的研究具有重要的實際意義。

1 泛在電力物聯網概述

泛在電力物聯網是國家電網提出的“三型兩網”建設和運營目標，能夠在一定程度上提升企業的核心競爭實力，促進企業綜合能力的提升，有助于提升企業積極應對來自內外的挑戰。合理應用泛在電力物聯網，可確保電網系統安全運行，并實現精細化管理，提升投資效益，提升電力系統的服務質量，最大程度上體現了電網的獨特優勢。泛在電力物聯網的總體結構不僅涵蓋了感知層、網絡層，而且還包含了平臺層和應用層，四個部分的結構對整體物聯網的架構正常運作起到了舉足輕重的作用。

感應層主要是對通信技術標準進行統一，擴展信息接收范圍。對終端數據信息進行采集，實現對終端業務的有效控制，促進配電側以及用電側信息深度覆蓋，有效提升終端智能化和邊緣計算水平[2]。為了進一步拓寬感知層接收信息的范圍，需加大對感知層的終端投入，例如智能電表、智能傳感器等，實現對發、輸、變、配、用等全過程的信息采集。平臺層是實現泛在電力物聯網和兩網融合建設的關鍵環節。在國網云一體化云平臺的基礎上，促進超大規模終端統一物聯管理，建設全業務統一數據中心，提高數據處理效率。在數據中心和物聯管理中心的基礎上，實現存儲和共享數據功能。對海量的電力終端物聯進行管理，實現數據的集中采集和共享，深度挖掘數據潛在價值，為平臺提供數據支撐，促進聯網設備的精細化管理。由此可見，平臺層在整個電力物聯網中發揮著重要關鍵作用，不僅承接了2B以及2C業務，而且可高效處理電力數據，促進整體架構運作效率的提升[3]。

為提升電力物聯網數據的安全性，增強網絡擴展，加強對電力無線專網的建設是最為有效的方式。電力無線專網安全性比較高，運行成本低，對于有效解決泛在電力物聯網機入網技術的應用具有重要實際意義。在通信衛星和5G等現代化無線通信技術的基礎上，電力無線專網可高速實時傳輸數據信息，并能夠在傳輸過程中保障數據信息的安全性和可靠性。有效建設網絡層不僅可以增強網絡帶寬，而且在一定程度上可以促進全覆蓋，符合新興業務的發展需求。

應用層是建設泛在電力物聯網的主要目標，在平臺層數據信息的基礎上，為電網調度和檢查維修提供依據，提升企業經營管理效率提升，為客戶提供更加優質的電力服務，提高清潔能源的消納能力，確保電網系統運行的安全性和可靠性。在對外業務中，主要是提供智能服務，助推新型業務發展，實現對外業務戰略轉型，建設能源生態體系。

2 泛在電力物聯網接入網技術

在泛在電力物聯網的綜合結構中，網絡層在多層骨干網、數據網、傳輸網等方面的建設已經比較全面，實現了信號接收全面覆蓋。但是在應用接入網技術方面還存在一定的問題，嚴重影響了泛在電力物聯網“最后一千米”的接入效率。

應用接入網技術的方式主要包括有線接入和無線接入兩種類型。其中有線接入主要包括光纖、電力載波通信技術等。無線接入方式主要包括電力無線專網、移動運營商網絡（5G）、物聯網網絡等。國家電網要結合實際需要，對接入方式進行科學合理的分析，從而選擇最佳的接入方案，有效解決泛在電力物聯網接入問題。下面主要對各種類型的接入技術的特點進行具體分析和研究，以便為國家電網選擇合適的接入網技術提供參考依據。

2.1 光纖接入網技術

光纖接入網技術主要由兩種網絡技術構成，即有源光網絡（AON）和無源光網絡（PON）。有源光網絡（AON）主要包括SDH技術、ATM技術和以太網技術。只有無源器件構成的光配線網被稱為無源光網絡[4]。

無源光網絡（PON）是FTTX的關鍵技術。無源光網絡技術系統不僅包括光網絡單元和光分配網絡，而且還涵蓋了線路終端。無源光網絡（PON）能夠減少主干光纖資源和網絡層次，在遠距離傳輸時，能夠提升雙向高帶寬能力，包容性較強，能夠適應多種接入任務。此外這種接入技術在運營過程中消耗成本較低，非常適合應用在小面積密集用戶區域。

在利用光纖接入技術時，為了提高信息傳輸的速度和效率，適應現代化社會發展對信息的高需求，在加強主干傳輸網絡的同時，注重對用戶接入部分的技術應用。根據光纖到達值的差異性，把光纖寬帶接入分為以下幾種方式：FTB、FTTC、FTTCaB、FTTH，并把他們并稱為FTTx。

FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的終端，能全面接入光纖信息。在應用FTTH技術時，要結合光纖的具體寬帶特點和屬性，為用戶提供無限帶寬，最大程度上滿足用戶的個性化需求。實際應用FTTH技術后應用效果良好，并得到了居民用戶、企業用戶等人群的良好評價。制定了統一的技術標準和建設要求，進一步促進了FTTH技術的有效應用。總體而言，光纖接入技術具有實時性、帶寬大、信號傳輸穩定的優勢，但是也必須客觀評價其缺點，例如建設時間長、涉及環節較多、難以協調等。因此，光纖接入技術主要在高速傳輸等業務中進行被使用。

2.2 電力無線專網技術

目前電力無線專網技術主要包括LTE230和IoT230兩種技術類型[5]。LTE230和IoT230都使用了無線蜂窩網架構，本文主要從以下幾方面對兩種技術應用進行全面分析比較，以便對其性能和特點進行深度了解，為選擇更加合適的接入網技術提供參考依據：①傳輸速率。LTE230終端速率較高，支持視頻等電力寬帶業務，IoT230主要在窄帶低速電力業務中被應用。②連接數量。在技術理論方面，兩者都可以實現50 000的連接量，但是在實際的、應用過程中，LTE230實現了10 000以上的終端應用，而IoT230還沒有進行實際的應用連接。③移動性。LTE230在實際的業務應用中支持越區切換，在電力移動業務的傳輸業務方面發揮了重要的積極作用。現階段IoT230只能接入固定終端。④傳輸時延。LTE230和IoT230在傳輸時延上的差距較小，都可以滿足電網傳輸時延要求。⑤覆蓋率。在條件比較差的區域，沒有實現完全覆蓋。⑥成本。在實際應用中兩種技術的成本消耗較為相近。⑦業務支持。LTE230具備寬帶移動功能，并在實際業務中得到廣泛應用，尤其是在分布式能源接入、應急搶修等方面發揮了重要優勢作用。但是目前IoT230這方面的功能還不能實現。

2.3 運營商公網

通常情況下運營商公網租用4G或者5G網絡以供使用。運營商公網技術的優勢主要是信號覆蓋范圍較廣，初建階段沒有建設成本，但是長期使用成本較高，安全性較差。

2.4 物聯網通信技術

一般情況下，物聯網通信技術主要包括以下兩方面的技術應用：①短距離通信技術主要在信號傳輸距離比較短的情況下被使用，在實際應用過程中廣泛應用的技術有Wi-Fi、Z-wave等技術；②廣域網通信技術也被稱為LPWAN，主要應用在智能抄表中方面。

LPWAN包括以下兩種類型：①非授權頻段應用技術，如Lora、Sigfox等技術；②授權頻段廣泛應用的技術是NB技術等。一般情況下，物聯網通信技術應用成本較低，部署環節較為簡便，可以利用多種形式，但是信號傳輸安全性較低。

3 結語

綜上所述，在國家電網發展過程中，建設泛在電力物聯網成為重要的發展趨勢。泛在電力物聯網接入網技術主要包括有線接入技術和無線接入技術。對它們的優勢和缺點進行了科學合理地分析和比較，并結合實際情況，選擇最佳的接入方案，促進中國電網系統的穩定運行。