智能配电网通信组网模式设计及应用

曾凌烽, 曾旭

(深圳供电局有限公司, 深圳 518000)

0 引言

智能配电网是当前配网发展的一种高级形态，也是配电网发展的趋势。智能配电网主要由通信设备和电力设备组成。换句话来讲，配网就是一个全新的配电网自动化管理系统，是在传统配网基础上的一个技术革新。在智能配电网中，不仅满足当前分布式能源设备的接入需求，还满足电网用户和电力企业的互动，以此实现电力的精细化管理，提高了电网整体运行的灵活性和可靠性。而从技术的角度来看，智能电网是结合电力电子技术、计算机技术，并借助通信技术和传感器技术等，实现了整个电网的互动、自愈、优化。此外，智能电网还可全面提升电能的质量，使得各个应用系统成为一个有机、协调的整体。当我国智能电网存在很多问题，如配网自动化涉及面广、点多、配网数量大，进而使得早期智能电网投入多，当产出少。同时在系统建设上，信息整合和关联度不够，导致各个系统缺乏互联，信息共享差。另外，GIS应用也存在问题，如早期GIS建模缺乏深入论证，导致GIS的功能适应性差，不能满足实时分析和计算的要求。同时，由于GIS和SCADA主站之间的模型和接口等没有经过精密的设计，导致后期应用根本无法实现。因此，针对以上的问题，提出一种多维组网通信模式，并对该通信模式进行了详细的设计。

1 配电网通信组网解决方案

在本通信组网方案设计中，主要的通信模式包括通信专网和无线公网两部分组成，具体方案见图1所示。

在该方案中，包括骨干通信网络和接入通信网络两部分。其中骨干通信网络主要用于 110 kV/35 kV变电站和主站之间的通信；接入网络则主要实现35 kV以下变电站和10 kV 配电房/开关至380 V 用电的通信。在实际的应用中，骨干网络已经建成，主要是采用数据网或者是传输网模式。接入网中的信息全部汇聚到骨干层中，对信息的处理要高，并数据传输的方式多样。一次你在接入网中一般采用多种类型的通信方式，如光纤通信、中压电力线载波、电力无线宽带专网等；配电网公网的通信，我们则采用 GPRS、3G/4G/5G等通信技术与主站进行直接通信。

具体的通信组网方式见图2所示。

2 通信解决方案具体设计

2.1 骨干层通信解决方案

在骨干层的网络传输中，则采用光纤传输网络。在接入层汇聚信息后，则通过MSTP 专线传输至主站系统，而在具体的实现方式上，则采用EPON 或以太网交换机来实现，如图3所示。

图1 配电网通信平台体系架构

图2 配电网通信解决方案示意图

图3 光纤通信组网方案

新建配网专用的数据网则采用光纤直连的方式进行连接，进而组成IP数据网。同样在具体实现上，采用 EPON或以太网交换机。具体实现方案如图4所示。

图4 光纤通信组网方案(数据网)

2.2 接入层通信解决方案

接入层主要负责中低压配网终端信息的接入。由于中低压终端设备数据多，并且通信方式多样，对此采用多种通信方案来解决。在本通信组网实现中，采用EPON光纤通信和中压载波通信，或无线专网等来实现。

(1) EPON 解决方案

EPON的组网模式主要包括星型和手拉手组网，在本组网方案中，则采用星型组网模式，具体如下图5所示。

图5 EPON 星型组网示意图

之所以采用星型链路拓扑组网模式，是因为该模式适用于线路主线采用星型拓扑结构条件下的配电网光纤组网。而为了其以后的扩容或升级，在终端通常采用双上行口的方式。另外，每个OLT 的 PON 口所设置的 ONU数量则不能够超过10个。

(2) 中低压电力载波解决方案

在接入层，主要面向的是中低压用户。因此，电力载波被认为是一种常用的通信手段。电力载波通信的的原理是将信号调制后，结合耦合设备连接到输电线进行传输。这种通信方式的优点在于不需要另外架设通信线路，并且具有很大的成本优势。也可以利用配电线路与任何的测控点进行通信。在本文构建的中压载波通信方案中，采用“1 主载波机+N 个从载波机”的通信方式，具体网络结构如图6所示。

在具体实现方面，采用轮询方式进行通信，一塔器主载波则可以管理多台从载波，且主载波则安装在具有上行光纤通道的变电站，从载波则将其安装在 10 kV 的配电站中，各配电站的终端通过 RS232 和从载波连接，终端采集到的数据通过从载波上传至主载波，然后通过光纤通道上传至应用平台。

(3) 无线专网通信解决方案

除以上的通信方案以外，为保证电力通信的可靠性，还采用无线专网通信解决方案。具体来讲则可以采用TD-LTE、Wi MAX、Mc Wi L 等无线专网通信方案实现主站与系统之间的通信。具体的通信方案见图7所示。

图6 基于中压载波组网方案

图7 基于无线专网的配网自动化解决方案

(4) 无线公网通信解决方案

无线公网则主要采用GPRS通信方案，其具体的组网模式如图8所示。

3 应用实例

为验证上述通信组网模式的可行性和实用性，本文以某市电力企业通信组网作为具体案例进行研究。

3.1 某市配电网概况

截至 2018 年底，在该市下去中包含500 kV的变电站1座，包含220 kV 的变电站7座，包含110 kV 的变电站39座。全部变电站所配出的10 kV 线路总计有972条，线路总长度为5 792 km。在该线路中，包含4 026 km光缆线路，包含1 730 km的架空线路。同时在该市主城区，开关站1 315面，其中符合“三遥”标准的开关柜的数量为23面，覆盖率为1.75%。住上开关数量为1 108台，符合自动化开关的数量为39台。

3.2 组网存在的问题

通过走访调研发现，当前该市通信网络主要存在以下几方面的问题：一是在配网业务访问上，该市电力公司主要采用的GPRS 公网。这种通信方式虽然简单，但是通信是按照

图8 GPRS组网通信解决方案

流量来计费，一旦运行较大，会导致费用过高；二是采用GPRS 无线公网进行特殊要求的电力访问时，不能够满足其数据的安全性，并且很容易导致数据的丢失和修改；三是该市处在自然灾害频发的地区，一旦遇到自然灾害等紧急情况时，GPRS网络则不能满足大规模的通信调度需求，由此使得整个系统的通信应急能力差；四是GPRS/CDMA 自身技术存在局限，不能保证24小时都可提供在线服务。

因此，结合以上的问题，认为有必要对该市的电力通信进行调整，构建一套电力无线宽带专网解决方案，以解决当前配网业务通信需求。对此，本文则在上述的基础上，提出采用TD-LTE 无线宽带接入方案，在传统GPRS 通信的基础上，利用TD-LTE 无线宽带接入技术，实现对GPRS通信的补充，以提高该市电力通信的能力。

3.3 具体组网方案

结合以上的问题，本文将该TD-LTE 无线宽带接入的具体方案设计为如图9所示。

图9 TD-LTE 无线宽带接入方案

3.4 测试结果

为验证图8通信方案的正确性，采用实际路测的方式对TD-LTE文献通信接入方案进行评估。具体测试安排是：笔PC终端1台，华为 dongle 卡+2 天线 1 套、华为 PROBE路测软件 1 套、GPS(holux GR-213u)1 套。

字完成硬件的准备后，按照以下步骤进行测试：

1) 确认该区域所有基站工作正常；

2) 将路测的板卡和与PC电脑重点连接好；

3) 根据设定的线路进行行驶，将测试的板卡天线和GPS固定在车窗外，并驾驶测试车辆沿着通信信号覆盖的方向行驶；

4) 根据路测软件测试信号的强度、SNR值、GPS信息等全部整合到地图上，并得出基站的信号覆盖范围；

5) 根据上述的方法，对每个基站的信号覆盖范围进行描述；

6) 根据上述的描述，制作信号覆盖效果图。

根据上述的测试方案，我们设置在不同高度下对信号进行测试，从而得到以下的结果。

第一，在30 m高的情况下，在一般遮挡的区域其信号可达到 2.5 km 以上。在严重遮挡的区域，信号覆盖在 1.5 km 以上。

第二，在20 m高的情况下，一般遮挡区域信号覆盖可在 1.5 km 以上，严重遮挡的密集区域覆盖可达 1 km 以上。

4 总结

通过上述的研究看出，通信网络是保障电力的重要组成部分。只有可靠的通信网络，才可以保障电力业务的正常开展。也只有稳定和可靠的电力通信，才能更好的服务于广大的电力客户。本文则在分析当前电力主要通信组网模式的基础上，以某市GPRS通信方案存在的弊端，提出一种TD-LTE的无线宽带接入方案，并对该方案进行了测试，证明了该通信方案的可行性。而本文的实际应用只是一个参照，对不同区域来讲，还需要结合具体的环境进行通信方案部署。