基于智能电网的配电网通信技术应用研究

蔡晓榆 林晓田

摘 要：本文结合智能电网的业务特点、业务关系和业务对配电网通信需求，对配电网通信技术在智能电网方面应用进行了研究，并给出配电网通信可行的技术实现方案。

关键词：智能电网；通信网；配电网

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.159

1 引言

隨着社会经济的快速发展，各行业对电力企业提供清洁、可靠、高效的电力供应的需求日益迫切，电力企业对智能电网的研究越来越深入，智能电网成为现阶段电网发展的新趋势。建设具有高度自动化、信息化、互动化特征的坚强电网是国家电网公司的发展目标。电力网络由发电、输电、变电、配电网、用户等部分组成。配电网是供电企业向客户供电的“最后一公里线路”，是连接用户和供电企业的关键环节，用户侧实时负载信息、客户电价信息、配电网设备监测信息等都需要实时传输到电力企业的数据库中。

配电通信网是保障配电网正常运行、业务实时实现、故障快速响应等功能的信息通道，由于我国电力发展长期“重发电、轻配电”，作为智能电网咽喉的配电网发展极不平衡，配电通信网存在缺乏总体规划、各业务间通信网重复投资建设、通信网通信协议多样，业务网络孤立等问题。因此，建设统一接口标准、多业务融合传输、业务终端信息相互兼容的配电通信网极为迫切。

2 智能配用电业务分析

配电网需要借助有效的通信手段，将配电网设备运行情况数据收集并上传到控制中心，同时将控制中心命令传送到各配电网设备。配电网中的通信技术应用主要取决于智能配电网业务的特点。智能配电网的业务主要由配电网调度和监控业务、智能化业务、管理信息、配电网信息采集等组成。

智能配电网业务特点是：（1）业务覆盖面广、业务节点多、信息量大；（2）配电网设备分布广、运行环境恶劣；（3）通信距离远，差异性大、业务多元化；（4）通信方式多样化。

3 智能配电网通信方式

由于电力系统的特殊性，配电网通信系统采用专用网络或者公用通信网络进行通信。其中电力线载波、局域网通信、光纤通信、专用无线宽带等为专用网络通信，CDMA、GPRS、TD-SCDMA 和无线局域网为公用通信网络。

目前，远程抄表、智能家居数据传输等方面采用的主要是电力线载波。电力线载波通信无需架设新的通信网络，利用电力线作为传输介质，包括半载波和全载波两种组网方式。电力线的架构已完善，不需要线路的基建投资和日常的维护费用，在电力系统中采用电力线载波投资少、经济性好。但由于变压器绕组对载波信号的隔离作用，电力载波信号只能在一台配电变压器的供电范围内进行信号传输。同时，电力线载波传输速率和稳定性容易受配电变压器供电负荷的变动干扰，通信传输量低、部分大流量业务无法承载。

配电网通信其通信环节最理想方案是使用电力系统自建的4G TD-LTE核心通信技术的电力专用无线网络。电力专用无线网络具有更高的安全性、传输速率快的优点。目前230MHz和1.8GHz的频段在电力系统中采用较多，在无线传输条件相对较差的故障巡视、检修等现场，宜采用1.8GHz频带组网，在无线传输条件好、地域分布分散、流量需求小的用电信息采集、配电自动化现场，可采用230MHz频带组网。由于无线网络的传输需要基站，且传输覆盖面积是以基站为中心一定半径圆内，电力专用无线网络在偏远地区和山区的投资成本巨大。

随着国家减少重复投资、充分利用资源的倡议，各大运营商推出了ADSL、SCDMA、ZigBee、PSTN等多种通信方式的宽带接入业务，部署灵活、容易扩展，具有传输流量大、兼容性好、覆盖面广的优点，解决了电力系统自建专用无线网络投资量大、建设周期长的难题，可以实现智能电网“全采集、全覆盖”的要求。公用通信网络存在系统漏洞多易受攻击、运营成本高、扩展需运营商配合等缺点。

4 基于智能配电网的通信技术分析

4.1 主要业务分析

与普通通信业务数据分类采用语音类、数据类、视频类、多媒体类的业务偏好分析不同，本文采用按服务类别分类的方式对智能配电网通信业务需求进行分析，通过对官方标准文件及参考文献进行统计，得通信数据流向、单向通信延时、单节点流量、适用的通信平台等信息，保障了分析数据的样本性和准确性。以配电网调度和监控业务类别中的配电自动化为例，数据流向为柱上开关、环网柜终端—配电子站—配电主站，单向通信延时<500ms，单节点流量<20kbit/s，适用的通信平台为电力线载波或电力专用网络。

4.2 网络性能需求分析

配电网通信业务不同于普通的移动通信业务，在智能配用电通信网网络决策切换度量上映考虑以下几点：

（1）安全性。配电网中对外业务公网通信漏洞多，电力线载波通信信息完整性较差，专网安全性最高。

（2）可用性。发射信号强度、覆盖面积、接收信号强度、信号干扰比决定了通信网络的可用性。目前，1.8GHz频率的上行覆盖受限，电力线载波通信覆盖面最高，公网次之。

（3）传输时延。配电网中通信业务时延要求有秒级和分钟级两种，对于故障处理时限的通信要求在秒级以下。

（4）服务速率：智能电表到主站中心通信虽然对传输速率和实时性要求不高，单点带宽采用kbps级，汇集带宽一般可以达到1Mbps，配电变压器、线路开关等测量装置要求带宽要求kbps—Mbps之间。

（5）经济成本。配电网设备分布广、运行环境复杂，在通信网络的选择上应综合考虑需求和高效综合的运行方式，节约开支。

5 基于智能配电网的通信技术实例

以智能配电网的配电自动化系统为例，配电自动化系统由配电设备终端、配电子站、配电自动化主站三部分组成，具备馈线自动化、故障分析、设备监控、远程操作、用电信息采集、内部管理监控综合功能。配电终端包括环网柜、柱上开关、配变监测终端等控制单元。为实现智能配电网通信功能，采用电力线载波、专用无线网络、公用无线网络、光纤通信融合的通信网络构架。

各个配电终端采集的信息上传至配电子站，配电子站下发各控制信号到终端设备。配电子站的信号汇集到配电主站，配电主站对信号进行分析、处理，并根据需要进行需求响应。同时配电主站可以下达各处开关进行操作命令，对配单网中的设备进行远程遥控操作。

6 总结

本文对智能配电网的业务进行分析，概括性介绍了各通信网络的方式、特点，对智能配电网通信技术业务、网络性能需求进行分析。在此基础上对智能配电网通信技术应用进行了实例分析，提出了切实可行的应用方法。

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