中压电力线宽带载波在配网自动化通信建设中的前景探讨

郑猷泉 江铮 林泓生

【摘要】 MV-BPLC的特点在配电网通信系统建设中有较强的比较优势，在局部地区已经规模化应用，效果良好。随着配电网自动化的快速发展，“MV-BPLC+光纤通信”将成为配电网通信系统建设最重要的解决方案，快速得到发展。

【关键词】 配电网自动化 通信系统建设 中压电力线宽带通信（MV-BPLC）

一、配电网自动化的发展趋势及目标

2013年，国家能源局发布了南方电网十三五规划《南方电网发展规划（2013—2020年）》，已经明确提出未来8年配电网自动化发展目标：到2020年城市配电网自动化覆盖率达到 80%；2014年，国家电网在十三五规划编制指导思想工作会议中明确提出了加强智能电网建设。经权威机构预测，国家电网配电网自动化建设，到2020年城市配电网自动化覆盖率将达到90%左右。配电网自动化：就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，实现配电系统正常运行及事故情况下的远程监测、保护、控制和配电管理的现代化。按照电网的配电网自动化要求，即实现对配电网设备的“五遥”管理：遥信、遥测、遥控、遥调、遥视。

配电网自动化通信系统，是配电网自动化的神经系统，负责配电设备与远程控制管理中心的双向数据传送，是配电网自动化实现的基础，也是配电网自动化实现的关键，通信系统的传输速率、可靠性等，直接影响到配电网自动化的应用效果。

二、配电网自动化发展中通信系统建设面临的问题

配电网网络结构复杂，分支多、分布广、节点数量庞大，覆盖了从变电站10kV端到开闭所、环网柜、配电室及箱变台变等各个应用场所，因此对通信系统有非常高的需求：

2.1可靠性

配电设备多应用与室外环境，因此通信系统必须具备具备在恶劣环境下工作的能力，抗干扰能力强、通信稳定可靠。

2.2高通信速率

按照配网自动化的五遥（遥信、遥测、遥调、遥控、遥视）要求，通信速率需达到4MBPS左右（欧洲智能电网研究项目INTEGRIS分析，配电网自动化对配网通信速率的需求估算为4Mbps，才能有效支撑配电网数据通信要求）。

2.3工程实施简单，具备快速建网的能力

配电网通信节点存量改造点多面广，分布范围大，布局分散，工程量大；因国家新城建设日新月异，配电网通信系统新增节点大量增长，因此更加需要通信系统工程实施简单、具备快速建网的能力。

2.4易用性&易维护性

通信系统必须易使用、维护方便等特点，才能满足新技术快速规模应用的要求。

2.5通信设备接口标准化

配电设备种类多、接口复杂，因此通信设备必须具备通用的标准化的接口，才能满足配电设备的接入要求。

2.6灵活组网的能力

配电网设备组网复杂，从主干线路到支线线路，网络拓扑多种多样，因此通信系统必须具备满足复杂组网的能力，变更方便，易于构建大型网络，便于网络集中管理。

2.7投资成本

由于配电网通信点多面广的特点，采用全光纤通信方式，投资巨大：

1）建设成本：特别是城市密集区，光纤敷设成本非常高；另外，光纤敷设还需要支付昂贵的市政规费。

2）运维成本：一旦光纤损坏，维护成本非常高；城市改造，配电线路变更导致光纤线路变更成本非常高；需设置专人维护。线路维护需专业团队。

3）时间成本：在光纤敷设时，市政申请、挖沟破路、管线挖埋、光纤中继设计等都需要耗费大量的时间和人力成本，造成通信系统建设工期较长。

目前，配电网通信解决方案纷繁复杂，包括光纤通信、租用移动运营商信道（GPRS/3G/4G）、中压（10kV）电力线窄带通信、中压电力线宽带通信、自建小无线等方式，各有优势与不足，如何选择性价比高、满足配电网通信需求的解决方案，成为配电网自动化通信建设的关键。租用信道（GPRS/3G等）优点：实施简单，不足长期租用信道的高成本，公共信道安全性隐患高；公网繁忙时稳定性、实时性和可靠性较差；不能自己管理与维护信道；低通信速率，不能满足配电网“五遥”通信需求。自主建设小无线优点：投资小、维护简单，不足是易受建筑遮挡，传输距离受限，难以实现端到端的可靠通信；易受天气环境等影响，可靠性差；配电网设备需要更换相应的通讯模块才能与基站通讯，需要和所有设备厂商进行设备联调，工作量很大；无线覆盖规划、实施难度大；□难于管理和维护。

三、MV-BPLC配电网自动化通信系统建设方案

3.1概念及原理

中压载波技术是指电力线载波通信（PLC，Power Line Communication）运用在中压（10kV）电力线上进行监测、控制、语音、视频等数据传输的一种电力线增值技术，是一种高传输带宽（传输速率达到5Mbps以上）的中压电力线载波技术，中压电力线宽带通信（MV-BPLC）运用先进的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）调制解调方式，在抗干扰、通信可靠稳定性、带宽，传输实时性等各方面均具有明显的优势。

中压电力线宽带通信（MV-BPLC）解决方案具备以下特点：

1、充分利用现有10kV电力线做为数据传输载体，无土方施工，无需敷设传输线路，可以实现快速建网。

2、基于OFDM调制解调技术，抗干扰能力强，通信稳定可靠。

3、芯片物理速率200M，应用层通信速率10M-100M，带宽高、数据传输稳定，是一条电力信息传输高速公路。

2、MV-BPLC配电网通信建设方案

因MV-BPLC具备的一些显著特點，则在配电网通信系统建设中，可以充分利用。国家电网公司《电力通信网规划设计技术导则》（国家电网企管【2015】238号Q/GDW 11358—2014）中也明确指出，10kV通信接入网有线组网可采用光纤、中压载波等方案：

（1）在配电网自动化通信解决方案中，配电网主干线路采用光纤通信方案，确保主干通信网络高速稳定的通信通道；配电网分支线路采用中压电力线宽带载波（MV-BPLC）通信解决方案，灵活快速接入光纤主干通信网络，可以有效降低建设成本，缩短建设工期。

（2）在光纤敷设困难（包括市政规划限制、光纤敷设协调/实施困难、商业及人口密集区敷设成本高、影响建设工期等因素）的配电网主干线路，也可以用中压电力线宽带载波通信（MV-BPLC）解决方案灵活快速部署。

（3） 对建设工期要求短、投资预算受限的区域：部分配电网主干线路和分支线路都可以采用MV-BPLC配电网通信解决方案。

四、MV-BPLC在配电网自动化通信系统建设中的实际应用

国家电网公司福建省龙岩市供电公司，从2008年就开始MV-BPLC的应用研究和应用，经过多年和MV-BPLC供应商的探讨、需求分析和产品不断优化改进，最终选择了与珠海市铭诚电力科技有限公司合作，形成了“光纤通信+MV-BPLC”的配电网通信解决方案。目前龙岩配电网MVBPLC网上应用超过500套，产品运行稳定可靠，未发生通信中断事故，有效降低了建设成本和建设工期，取得了良好的投资效益。在2014国家电网审批立项的配电自动化工程试点项目龙岩市核心区建设中，通过了福建省公司、国家电网总公司专家团队现场测试验证，专家团队MV-BPLC产品和解决方案给予了高度评价和认可，认为MV-BPLC达到了光纤通信的应用效果。

目前珠海市铭诚电力科技有限公司提供的MV-BPLC产品及解决方案，具备了满足配电网通信需求的许多特性，运行稳定可靠，能有效缩短建设工期和投资成本：

4.1通信速率高

针对配电网线路距离、受干扰程度的不同，铭诚电力MV-BPLC通信速率能稳定达到5M-50Mbps，通信稳定可靠，完全满足配网自动化通信需求；

4.2配电线路适应性强

对配电网地埋电缆线路和架空线路，可以采用不同的耦合方式（电感耦合和电容耦合）将信号加载到10kV电力线上，保障数据传送的稳定可靠。

4.3高可靠性和抗干扰性

采用最先进的调制解调技术——OFDM技术，将信息分配在1536个子信道上传输，采取智能检测信道和规避干扰的技术，最大限度的提高抗电磁干扰和多径干扰能力。对同频干扰，铭诚电力MV-BPLC的通信频率达到2-34MHz，远离一般电气设备所能产生的频率干扰，同时也远离10kV电网的噪声和脉动干扰。另外铭诚电力MV-BPLC具备数据完整性检查，鉴权功能，加密算法，支持3DES和AES-128/256，通信稳定可靠。

4.4通信距离

点对点的通信距离地埋电缆线路距离能达到2Km左右，架空线路可达到2Km以上，通信稳定可靠；通过中继模式（铭诚电力MV-BPLC可以10级中继），可满足更长的线路通信需求；

4.5灵活组网的能力

可以组成星型通信网络、树形通信网络及混合通信网络，完全满足配电网复杂的组网需求；

4.6工程实施简单，1小时即可建立高速通信通道

工程实施免敷设传输线路（充分利用10kV的电力线资源）、无土方工程，硬件安装简单、免调试（即装即用）、利用工具可免断电实施；一般情况下，1小时左右即可以建立两通信节点的宽带通信通道；

4.7易维护

只需对故障设备更换，无需任何数据配置（即换即用），让维护更加简单；

4.8网络管理

通过嵌入式网管机，可以对MV-BPLC进行远程的管理，包括对MV-BPLC各节点通信状态进行实时监控、远程数据配置、调试、故障信息手机、信噪比分析。接口标准化：提供标准的10M/100M以太网接口，支持标准的IP协议规范；

4.9电源热备份设计

支持DC24V/48V和AC220V电源同时输入，保障通信不间断运行；

4.10建设成本

建设成本与光纤通信相比，有明显的成本优势，建设成本大概是光纤通信的50%左右。

五、MV-BPLC应用前景探讨

1、 中压电力线宽带通信（MV-BPLC）解决方案在欧美已经规模化应用，在欧美中压电力线宽带通信在配电网自动化通信使用率超过80%。但在国内，MV-BPLC应用较为缓慢，主要原因在于：一是国内配电网自动化的需求较为滞后，影响了MV-BPLC的应用研究和推广；二是欧美配电网规划较好，线路上受干扰影响较小，技术上容易实现。而国内因近二三十年城市化发展迅速，导致配电网网络结构、应用环境较为复杂，国外的产品和解决方案在国内无法适应，需要针对国内配电网的应用环境和特点进行针对性的改进。

2、 国内从九十年代开始，就有许多的机构、企业在学术方面研究MV-BPLC，已经有了较为充分的理论基础。2010后，陆续有不少电力通信供应商已经将学术理论转换成了MV-BPLC的产品实际应用，在局部地区已经规模化应用，并且取得了非常好的应用效果（如珠海市铭诚电力科技有限公司）。MV-BPLC产品及解决方案的日渐成熟，为MVBPLC在配电网自动化通信系统广泛应用提供了产品基础。

3、 国家电网公司《电力通信网规划设计技术导则》（国家电网企管【2015】238号Q/GDW 11358—2014），也已经明确了配电网建设“光纤通信+MV-BPLC”的解决方案，为MV-BPLC发展提供了政策支持。

4、 电力发展十三五规划，配电网自动化成为电网发展的重点，为MV-BPLC大规模应用提供了良好的市场环境。

因此，我们相信，随着配电网自动化的快速发展，MVBPLC产品及解决方案的日渐成熟，MV-BPLC的优势将得以规模化显现，“MV-BPLC+光纤通信”将成为配电网通信的最主流的解决方案，在电力发展十三五规划配电网自动化建设中，将发挥重要的作用。

参 考 文 献

[1] 孟绍良.中压电力线宽带载波通信新技术應用于配电自动化通信的实践研究.第二届配电自动化新技术及其应用高峰论坛论文集. 2011年10月

[2] 周志福.10kV中压电力线宽带技术应用于配网自动化通信的实践研究.2010年配电自动化新技术及其应用高峰论坛论文集