智能配電網通信技術研究

段 森

（國網徐州市銅山區供電公司，江蘇 徐州 221000）

1 智能配電網通信現狀

隨著社會經濟的快速發展，智能配電網需要為儲能電站、電動汽車充換電站、分布式能源以及微電網裝置等提供高質量和高水平的服務。智能配電網是智能電網的重要組成部分，其實現的基礎條件之一就是智能配電通信網。智能配電通信網的建設原則是利用安全可靠、先進成熟以及經濟合理的通信技術，滿足智能配電網現階段及未來對配電通信網的需求。

智能配電通信網主要采用同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH） 光纖傳輸技術和以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）傳輸技術。

SDH 光端機容量較大，一般是16 E1 到4 032 E1。E1（2M）通道指建立在光纖傳輸系統上，為繼電保護裝置和穩控裝置提供復用的電信號通道。保護裝置和穩控裝置發出信號需要經過規定的接口傳送給復用設備，然后經復用設備傳輸至對端站點。SDH光纖傳輸系統能夠為站端之間的繼電保護裝置和穩控裝置提供可靠的通信通道，但是該系統涉及的設備較多，設備及站端之間的光纜投資大，運維壓力也較大[1]。SDH 光纖傳輸系統原理如圖1 所示。

圖1 SDH 光纖傳輸系統原理

EPON 技術采用點到多點結構和無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）傳輸，通過以太網提供多業務傳輸。其在物理層采用PON 技術，在鏈路層采用以太網協議，利用PON 的拓撲實現了以太網業務接入。EPON 技術綜合了以太網技術和PON技術的優點，包括擴展性強、服務重組靈活快速、高帶寬、高兼容性、方便管理以及低成本等。配電網EPON 綜合接入系統可承載的業務類型包括RS 232/RS 485 串口業務和IP 業務，支持多種電力通信規約，支持數據業務（視頻監控業務、語音業務）、時分復用業務等。EPON 光纖傳輸主要作為10 kV 配電終端之間、10 kV配電終端與35 kV變電站之間的通信方案，為配電終端的自動化信息傳輸提供通信通道。EPON光纖傳輸系統依賴于站端之間的光纜，光纜運維壓力較大。EPON 傳輸系統原理如圖2 所示。

圖2 EPON 傳輸系統原理

2 5G 通信技術

隨著無線通信技術的發展，5G 傳輸速度與帶寬方面也得到了不斷增強。與4G 通信技術相比，5G 通信技術對基站峰值速率提出了更高的要求，使人們能夠擁有更加舒適的上網體驗，如可以實時查看高分辨率圖片和4K/8K 高畫質視頻等，并進一步滿足人們的通信需求。同時，5G 通信技術因其具備傳輸速率快的優勢，能夠大幅縮短物與物之間和物與人之間的信息傳輸時間，使得萬物互聯的操作更加自然。

物聯網智能信息的服務質量受無線通信覆蓋面積的影響。5G 通信技術具有覆蓋廣的優勢，且不易受地理環境與位置等因素的限制。因此，5G 通信技術能夠在山區和森林等空曠面積少的地區實現信號的覆蓋。此外，5G 網絡的延時較低，通常為1 ms 以內，使其在保證覆蓋廣的同時，提升了信息傳輸的時效性。5G通信技術能夠被應用在延時要求較高的行業中，如儀器儀表實時數顯和遠程醫療等[2]。

3 智能配電網5G 通信技術應用方案

對于具備光纜敷設到站條件的110 kV 變電站和35 kV 變電站，以SDH 光纖傳輸技術與5G 通信技術相結合的方式，針對不同應用場景采用相應的通信方式。對于控制業務、保護業務以及調度業務，以SDH 光纖傳輸技術為主要通信方式，5G 使用設備到設備（Device to Device，D2D）傳輸模式，直接進行設備與設備之間的通信，不僅能夠節約資源，還能有效降低時延。4G 網絡的時延在30 ～90 ms，對于5G 而言時延小于1 ms，時延更短，以滿足其對通信通道超低時延、超高可靠的要求。對于機器人/無人機數據回傳、虛擬現實技術/增強現實技術（Virtual Reality/Augmented Reality，VR/AR）運檢以及整站安防或遠程診斷業務，在現有移動寬帶業務場景的基礎上，對用戶體驗等性能進一步提升，通過增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）滿足業務對通信通道超高速率的要求。在大規模機器通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的應用場景中實現海量傳感器的連接，達到萬物互聯的效果，以保證各傳感器對通信通道局部高密度連接的要求[3]。

對于具備光纜敷設到站條件的10 kV 配電終端，以EPON 技術與5G 通信技術相結合的方式，針對不同應用場景采用相應的通信方式。對于配電自動化“三遙”（遙測、遙控以及遙信）采用EPON 技術傳輸為主用通信方式，通過網絡切片技術來保障通信，保證低時延高可靠通信（ultra-Reliable Low-Latency Communications，uRLLC）應用場景中對通信通道超低時延性和超高可靠性的要求。對于配電運行監控業務采用eMBB 的應用場景模式，保證對通信通道超高速率的要求。對于配電自動化“二遙”（遙信和遙測），采用eMBB 的應用場景模式，保證其對通信通道局部高密度連接的要求[4]。

4 基于計算機通信技術的智能配電網改造措施

4.1 提升計算機通信技術的可用性

推動智能配電網發展的關鍵在于通信技術，通信技術也是配電網自動化升級的重要支撐，因此必須要提升計算機通信技術的可用性。首先可以對通信硬件設備進行升級，提升通信技術的抗干擾能力，使得配電網在不同場地下都能滿足運營需求。其次，可以將通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service，GPRS）作為通信技術的主要方式，以全球移動通信 系 統（Global System for Mobile Communications，GSM）為基礎，充分利用現有的網絡資源。最后，通過各供電公司與各地區的移動通信網絡的整合，實現各地區各供電公司的GPRS 網絡覆蓋，從而滿足長距離的通信需求，提升計算機通信技術的可用性[5]。

4.2 借助電子計算機通訊技術健全基礎設施建設

近年來，隨著信息化程度的不斷提升，計算機通信技術也被廣泛應用于基礎設施建設與完善中，依托計算機通信技術可以提高設施的自動化處理效率，建設更加完善的智能配電網系統。首先，可以通過計算機通信技術對系統的協同工作進行自動化處理，從而提高對故障范圍的檢測敏感度，最大限度地降低故障范圍的影響。其次，通過計算機通信技術進行數據的實時采集，實現城市用電量和電壓的自動收集、匯總以及反饋。最后，在輸電線路發生斷電等突發事故時，能夠通過計算機通信技術能迅速做出反應，既保證人們的人身安全，又能提高工作效率，節省開支，實現資源的高效利用。

此外，可以對配電通信的結構進行優化，充分利用接入層與骨干層的傳送技術，增加通信傳輸的層數，完善線路設施。計算機通信技術還能針對線路的失效狀況，制訂相應的應急處置方案，從而減少由于供電所故障帶來的問題，完善基礎設施。

4.3 依托計算機通信技術提高智能配電網的可靠性

隨著電力行業的不斷發展，智能配電網已成為電力行業的重要發展方向。而在智能配電網的建設中，依托計算機通信技術來提高智能配電網的可靠性顯得尤為關鍵。在此，我們將從配電自動化數據傳輸有效性的核心設備、基站設備、傳輸系統、糾錯機制等方面進行分析，以期為智能配電網的建設提供一些有益的指導意見。

在配電自動化數據傳輸方面，核心設備、基站設備、傳輸系統、糾錯機制等都是決定數據傳輸有效性的關鍵因素。為了保證網絡的核心設備有效，我們需要根據企業的要求配置相應的網絡設備。同時，在電力系統基站的設計階段，應該選擇性能更好、技術更成熟的先進設備來提高配電自動化數據傳輸的效率。

在數據傳輸過程中，限制電網的安全防護體系也是非常重要的。為了保證通信供電的安全性，需要采用較為嚴密的監測手段進行通信供電，以限制電網的安全防護體系。此外，在構建SDH 光纖的自愈環后，必須在應急線路上進行調度，以確保數據傳輸的連續性和可靠性。

在糾錯機制方面，使用ARQ 的錯誤檢測技術并在FEC 上使用卷積編碼可以有效提高數據的可靠性。同時，CS-1 和CS-2 具有良好的糾錯性能，但在功率傳輸信道質量較差的情況下，性能較差。因此，在實際應用中，我們需要根據具體情況選擇合適的糾錯機制。

依托計算機通信技術來提高智能配電網的可靠性是非常重要的。通過分析配電自動化數據傳輸有效性的核心設備、基站設備、傳輸系統、糾錯機制等方面，為智能配電網的建設提供一些有益的指導意見。

5 結 論

隨著智能配電網通信技術的不斷發展研究，對配電網安全可靠性高、超低時延、大規模覆蓋以及大帶寬等的要求將為未來智能配電業務對通信網承載能力提出的新挑戰，終端通信接入網由小規模應用和公網支撐為主逐步向較大規模發展、專網以及公網相結合的方向演進。光纖通信技術與5G 通信技術相結合，骨干通信網與終端通信接入網協調發展，滿足配電網自動化和用電信息采集等多業務需求，提高其增值服務能力，最終形成一個“安全可靠、一網多能以及優質高效”的終端通信接入網。