智能配电网通信网络建设原则分析

荆鹏飞，宋春红

（河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031）

智能配电网是智能电网建设的重要环节。根据国家智能电网发展的战略需求，智能配电网在配电自动化、配电变压器监测以及电能质量监测等方面对通信带宽和通信可靠性提出了更高要求，通信网络应提供满足配电网信息收集、控制和管理的通信综合平台，实现多种通信方式统一接入、统一接口和统一管理。做好智能配电通信网络的规划设计工作是建设优质、安全、可靠智能配电通信网的基础［1］。

1 配电通信网现状及存在的问题

1.1 现状

配电通信网主要与城市实施的配电自动化系统配套建设，“十二五”期间，随着城市智能配电网试点工作逐步的开展，也配套进行了配电通信网试点建设。总体而言，配电自动化及其配套通信网仍处于小规模应用阶段，大规模建设尚未展开。目前，配电通信网多采用光调制解调器、工业以太网、以太网无源光网络、中压电力线载波、无线公网等通信方式［2］。

1.2 存在的问题

目前运行的配电通信网大多为各地各部门根据实际需要分散建设，规划、建设、改造及运维管理上还没有形成统一的规范，多采用公网GPRS（通用分组无线服务技术）通信方式，造成配电网对公网依赖程度较高，且受无线公网通信技术体制、运营性质和通道安全性制约，导致相关业务应用标准和技术指标降低，信息安全存在风险，严重制约智能配电网的发展。

2 智能配电网通信网业务需求

配电通信网承载的业务主要包括配电自动化系统及配电变压器监测系统业务，随着智能配电网的建设，在“十二五”期间配电通信网还将扩展电能质量监测、语音服务、配电监控运行业务、分布式电源控制等业务，并作为用电业务的上联通道。智能配电网业务种类见表1。

表1 智能配电网业务种类

表1中控制类业务（如三遥配电开关业务）对通信安全性要求高，通信时延要求严格（要求秒级以下），通信的失效会影响电网的控制执行，导致电网运行故障；信息监测类业务对通信安全性要求较高，通信时延、路由要求相对宽松，通信的失效对电网运行存在一定管理方面的影响；视频类业务、语音类业务与信息监测类业务类似，但对通信的带宽需求较大，其接入点均在开闭所。

根据河北省南部电网配电通信网规划中关于智能配电网通信网业务需求的分析，单条10kV 线路业务总需求带宽约1.2 Mb／s，在变电站侧汇聚的传统配电自动化业务流量不超过300Kb／s，变电站传输设备提供2 Mb／s 的基础带宽即可满足要求；扩展性配电自动化业务汇聚流量40 Mb／s，其中90%以上为开闭所业务，且以视频监控业务为主，可承载于数据网上，变电站传输设备提供2×2 Mb／s的基础带宽即可。智能用电业务可承载于综合数据网上，根据覆盖范围提供相应带宽。因此汇聚站点传输设备预测带宽为3×2 Mb／s，提供4 个2 Mb／s可满足需求。

3 智能配电网通信技术

3.1 光纤通信技术

光纤专网通信方式带宽高、容量大、覆盖范围广，可靠性、实时性、安全性都很高，适用于配用电通信领域的所有业务，和其他通信方式相比优势明显。从技术角度看，配电通信网可以采用工业以太网技术或者无源光网络技术。

工业以太网技术比较成熟，可靠性高，电力系统应用多，但成本偏高；以太网无源光网络（EPON）和吉比特无源光网络（GPON）技术发展前景很好，上下行速率为1.25Gb／s（GPON 下行速率可达2.5 Gb／s），并且组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。非常适合配电网的网络结构。目前EPON 建网成本低于GPON，技术成熟度较高。光纤专网通信方式的缺点在于建设成本较高，部分老线路不具备光缆铺设条件［3－4］。

3.2 无线宽带专网技术

无线宽带专网方式带宽较高、系统容量较大、扩展性好，实时性较好，为电网公司在智能配电网建立全面覆盖、接入方式便捷的宽带综合业务通信平台提供了一个技术选择。但无线宽带通信网络的安全可靠性比有线通信网络低，目前业界主流的通信技术都有各自的缺点。全球微波互联接入（WiMAX）技术在国外应用较多，国内没有分配频点，存在政策风险；多载波无线信息本地环路（McWiLL）技术标准化程度不高，只有很少部分企业掌握核心技术，存在垄断风险；3GPP 长期演进（LTE）技术尚未大规模商用，成熟度有待进一步验证［5］。

230 MHz LTE系统利用电力行业已有的230 MHz负控频率资源（电力专用频率带宽1 MHz，40个频点），通过扩充频点可实现上行15 Mb／s和下行6Mb／s传输速率，采用多种解决高吞吐量和高可靠性传输的LTE 关键技术，如自适应调制与编码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）技术、混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat－Request，HARQ）技术、动态调度技术、干扰协调技术等，具备成本低、广覆盖和较大带宽的特点，并且组网灵活，便于施工。目前已有厂商研发出电力专用230 MHz LTE产品。

3.3 中压电力线载波技术

中压电力线载波技术为电力系统特有的通信方式，利用10kV 配电线路为媒质进行通信，无需布线，具有成本低、安全性好等优点。根据调制频带和带宽的不同可分为宽带技术和窄带技术。目前中压窄带电力线载波技术在配电通信领域使用较多，但由于频带限制，其传输带宽和实时性较低，同时中压电力线路情况复杂，开关众多，电力线载波通信容易受到配电网运行状况的影响［6］。

以往因技术成熟度所限，中压电力线载波技术的大规模应用还比较少，仅仅作为对光纤和无线通信方式的补充手段，近年随着OFDM（正交频分复用）自适应调制解调、卷积编码、信道估计等技术的采用，中压宽带电力线载波技术也趋于成熟，视线路条件和环境情况，传输速率可达2～10 Mb／s。目前中压宽带电力线载波技术在国外应用相对较多，在国内也开始试点应用。

3.4 无线公网通信技术

无线公网通信是指配用电终端设备通过无线通讯模块接入到无线公网，再经由专用光纤网络接入到主站系统的通信方式，目前无线公网通信主要包括GPRS、CDMA、3G 等。无线公网通信方式具有系统容量较大，建设成本较低，运行维护简便等优点，但采用无线公网通信方式安全性、实时性不能得到保证。另外，无线公网通信方式每年需要向运营商支付的使用费用也很大。电力专网与无线公网通信技术见表2和表3。

表2 智能配电网电力专网通信技术对比

表3 智能通信网无线公网通信技术

4 智能配电通信网建设原则

综合考虑智能配电网规划建设情况和业务需求，并通过配电网通信技术的综合比较，建议智能配电通信网建设原则如下：

a.因地制宜，综合采用多种通信技术相结合的方式建设智能配电通信网络。宜以专网为主，公网为辅。

b.应根据实施智能配电区域的具体情况选择合适的通信方式。配电网主干线路宜采用光纤通信方式，分支线路可采用光纤与无线及中压载波相结合的通信方式。

c.实现“三遥”功能的站点、依赖通信实现故障自动隔离的馈线自动化区域、分布式电源等宜采用通信专网，优先采用光纤通信方式；实现“两遥”、“一遥”功能的站点可采用光纤通信、中压载波及无线通信等多种方式，但采用无线公网时需采取相应的安全防护策略。

d.采用光纤通信方式的配电通信网可根据情况采用无源光网络（EPON／GPON）、工业以太网等通信技术。

e.应充分考虑配网改造工程多、网架频繁变动的特点，智能配电通信网系统规划设计时要有预留和备份资源。

f.光缆建设应充分考虑智能配电通信网建设需求，以及用电通信网和其它增值业务的接入需求，新建配电网电缆线路或架空线路宜同步建设通信光缆或预留光缆架设通道。

g.进行LTE、中压宽带电力线载波等通信新技术试点建设，技术成熟时可进一步推广。

智能配电通信网络示意见图1。

图1 智能配电通信网示意

5 结束语

以上提出了智能配电通信网建设原则作为网络规划设计和实施阶段的参考，智能配电网由于其配电站点种类众多、分布广泛、安置环境复杂，单一的通信方式无法解决智能配电通信网络的全覆盖问题。在实际建设中，需要根据现场情况因地制宜，同时考虑应用需求、经济成本等因素，综合采用最适宜的通信方案以满足智能配电网业务的要求。

［1］吴俊勇.智能电网综述技术讲座第四讲：电力电子技术在智能电网中的应用［J］.电力电子，2010（4）：67－70.

［2］辛培哲，李 隽，王玉东，等.智能配电网通信技术研究及应用［J］.电力系统通信，2010，31（217）：14－18.

［3］刘 峰.无源光网络技术在配电自动化系统中的应用［J］.中国通信，2013，15（16）：53－54.

［4］孙 娴，龚晓莉，刘 鹏.中压配电通信网EPON 系统建设［J］.农村电气化，2013（12）：30－31.

［5］姚虹春，郭经红.WiMAX 技术及其在电力系统通信中的应用［J］.电力系统通信，2007，28（1）：46－47.

［6］顾 力，鲁 兵，施维杨.中压电力线载波通信在配电自动化系统中的应用分析［J］.电工技术，2011（3）：13－15.