智能配电网通信技术分析与应用

高如超

摘 要：目前配电网正朝着智能化的方向发展，相关业务的智能化水平越来越高，对通信技术提出了新要求，如何选择合适的通信手段对提高配电网智能化水平乃至供电可靠性至关重要。文章旨在介绍目前常用的配电网通信技术，分析光纤通信、载波通信、无线专网、无线公网等技术特点及在配电网的应用情况，并对未来配电网通信技术的发展做了展望。

关键词：智能配电网；电力通信；电力光纤；载波通信；电力无线专网

中图分类号：TM73 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）14-0135-02

Abstract： At present， the distribution network is developing towards the direction of intelligence， and the intelligence level of related services is becoming higher and higher， which puts forward new requirements for communication technology. How to choose the appropriate means of communication is very important to improve the intelligent level of distribution network and even the reliability of power supply. The purpose of this paper is to introduce the commonly used communication technology of distribution network， analyze the characteristics of optical fiber communication， carrier communication， wireless private network， wireless public network and its application in distribution network， and make a prospect for the development of communication technology in distribution network in the future.

Keywords： intelligent distribution network； power communication； power fiber； carrier communication； power wireless private network

1 背景

随着国家经济的飞速发展和人民生活水平的提高，对电力的需求达到了空前水平，对供电可靠性也提出了新要求。传统配电网在发展中日渐呈现瓶颈，已开始不能满足社会日益增长的用电需求。与此同时，国家正在加大电力市场化的力度，对电网公司将产生较大冲击，电力系统已经到了不得不改革的境况。因此，近年来配电网正逐渐朝着智能化的方向发展，以应对用电需求的提高和即将到来的电力市场化竞争。智能配电网是指以配电自动化技术为基础，应用先进的测量和传感技术、计算机技术、控制技术、信息通信技术，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的智能化。智能配电自动化系统主要由主站、通信系统、自动化监控终端三大部分组成，形成一个完整的信息传输与处理系统，实现对配电网运行的远程管理。其中，通信系统是实现数据传输的关键和核心，其将主站的控制命令准确地传送到众多的远方终端，且将远方設备运行状况的数据信息收集到控制中心。因此，通信技术对于智能配电网将产生重要影响，脱离通信，智能电网将犹如失去一双眼睛，无法开展对配电网系统的有效管理。而配电网系统非常庞大，其所处地理环境、社会环境等又多种多样，需要因地制宜合理选择通信技术，才能满足智能配电网发展需求，充分发挥作用。下文对相关配电网通信技术展开分析，并对部分应用场景进行描述。

2 智能配电网通信技术

2.1 电力光纤通信

目前，智能配电网光纤组网主要采用工业以太网交换机或EPON等技术。（1）工业以太网交换机网络。工业以太网交换机，即应用于工业控制领域的以太网交换机设备，能适应低温高温，抗电磁干扰强，防盐雾，抗震性强。主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输。以太网在设计时，由于其采用载波侦听多路复用冲突检测（CSMA/CD机制），在复杂的工业环境中应用，其可靠性大大降低，从而导致以太网不能使用。工业以太网交换机采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况，使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。由于一般配电房或环网箱环境会比较恶劣，工业以太网交换机正好满足了智能配电网的要求。一般在配电房或环网箱中配置工业以太网交换机，相邻站点之间通过光纤互联，最终汇聚到变电站里的汇聚层设备，通过主网光纤或是传输网络传送至配电主站，实现业务上传。这也是目前配电网中采用最多的光纤通信方式。（2）EPON网络。EPON即以太网无源光网络，是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼容、方便管理等。EPON系统由局端设备OLT、用户端设备ONU以及光分配网ODN组成。在配电自动化系统应用中，EPON组网采用OLT和ONU两级通信网方式，每个自动化子站接入的终端数量大致相似，主站与子站之间通过MSTP/SDH传输网络互联，子站一般设置在变电站，安装OLT设备，ONU安装在环网柜、柱上开关或配电房中。EPON业务一般为点对多点模式，业务通过ONU汇聚到OLT设备，再上传至主站。

2.2 無线公网

无线公网通信是指使用由电信部门建设、维护和管理，面向社会开放的通信系统和设备所提供的公共通信服务。公共通信网具有地域覆盖面广，技术成熟可靠，通信质量高，建设和维护质量高等优点，主要包括GPRS、CDMA、3G、4G等。目前无线公网在配电网中得到广泛应用，用来传输配网自动化、低压集抄、配变监测、负控终端等业务。但无线公网在容量规划上是按照一定的并发比设计的，无法满足所有在线用户同时发生通信需求。在发生重大事故、重要事件时，公网的通信量会达到网络容量设计容限，将存在用户无法接入的情况，此时电力公司的保供电任务或抢修工作将受到影响，存在不确定因素。

2.3 电力无线专网

电力无线专网采用TD-LTE宽带技术体制，可选用的频率包括230MHz频段电力频率和1.8GHz（1785-1805MHz）频段，主要由核心网、网管系统、基站和无线终端四部分组成，其中基站包括BBU、RRU和天馈线等，无线终端类型主要包括CPE（含室内型、室外型）、嵌入式终端模块、数据卡和手持终端等。可用于承载配电自动化、远程抄表、视频监控等业务。相比光纤通信，无线专网具有组网灵活、施工简易等优势，其相对无线公网又具有传输资源可控、服务质量保障高等优势。但电力无线专网对规划、选点等要求较高，后期也需要投入较多力量进行网络优化，而且由于频段资源的限制目前电力专网还是有需要改善的空间。

2.4 载波通信

电力线载波通信（PLC）是一种以电力线为传输媒介，利用电力线传输模拟或数字信号的技术，是电力系统独有的通信方式。电力线覆盖的区域都可以利用这一通信技术，实现高效利用电力线路的运行资源，且专有通信通道确保数据安全。根据电压等级的不同，电力线载波可分为：低压PLC（220V/380V）、中压PLC（10kV/35kV）、高压PLC（35kV以上）。根据其工作频段，又可分为窄带PLC与宽带PLC。窄带载波数据传输速率较低，传输距离长，因电力线信道具有信号衰减大、噪声源多且干扰强、受负载特性影响大的特性，导致窄带载波通信的可靠性一般。宽带载波占用频带宽，数据传输速率高，数据量大，稳定性好，但载波信号采用较高的频率，导致电力线中信号衰减较快，传输距离有限，有效传输距离约1km。

3 业务应用场景

在配电网中，对通信有需求的主要是配电自动化业务（一遥、二遥、三遥）及计量自动化业务（集抄、负控、配变监测）。（1）配电自动化。配电自动化主要用于实现对配电网系统的遥信、遥测、遥控等功能（一遥：遥信；二遥：遥信和遥测；三遥：遥信、遥测、遥控）。遥测即利用通信技术在远方（如在调度所）对变电所等的电气参数进行测量，如负荷测量、电压、电流、功率等。遥信即远方信号传递，即变电所重要的预告信号都通过通信技术直接在调度所显示。遥控即远方控制操作。只要刀闸是电动操作的，一般都可以不用人工进行，远方即可完场操作。遥信、遥测由于只需要传送相关信号量，不涉及对开关的控制，因此对通信的实时性要求不是太高，一般采用无线公网即可实现，部分有电力无线专网的区域也可采用无线专网接入，没有无线信号的，也可考虑采载波通信。而遥控则对通信技术的实时性、稳定性要求较高，不可靠的通信技术将导致开关拒动甚至误动，因此三遥业务点一般推荐使用光纤通信，虽然有些情况下无线公网通信也可实现遥控，但无法保证遥控的可靠性。随着配电自动化技术的发展，目前还出现了智能分布式自动化终端，可实现配电网自愈功能，对通信可靠性提出了更高要求。对于此类应用，暂时只有光纤通信能够满足。（2）计量自动化。配电网计量自动化业务主要包括低压集抄、负荷控制、配变监测等。低压集抄实现对用户的自动化远方抄表，实现远方监控计量设备的工作状况。负荷控制系统主要对客户的用电数据进行在线监测，有机结合客户的抄表和负荷管理，最终完成对电能的自动采集、分析、计费。配变监测系统能实时监测低压配点变压器的运行状况并进行数据的采集，实时监测线路测量点的情况。计量自动化的这些业务，对通信的实时性要求并不是太高，对带宽也没有特别要求，一般无线公网就能满足需求，如果有无线专网或光纤专网覆盖的区域，也可考虑接入专网，提高可靠性。

4 结束语

随着配电网智能化水平的提高，需要更先进的、更便捷的通信技术对其进行支撑。最近，5G网络已经进行试点阶段，5G网络可以满足超大带宽、超高容量、超密站点、超可靠性、随时随地接入的要求，是一个广带化、泛在化、智能化、融合化、绿色节能的大通信网络。与此同时，物联网也得到了进一步发展，其是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络，实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。5G、物联网等技术的崛起将为智能配电网提供更为高效可靠的通信基础，在不远的未来，配电网将变得更加智能可靠，全力满足人民美好生活需要。

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