蔡曉榆 林曉田

摘 要：本文結合智能電網的業(yè)務特點、業(yè)務關系和業(yè)務對配電網通信需求，對配電網通信技術在智能電網方面應用進行了研究，并給出配電網通信可行的技術實現(xiàn)方案。

關鍵詞：智能電網；通信網；配電網

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

1 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，各行業(yè)對電力企業(yè)提供清潔、可靠、高效的電力供應的需求日益迫切，電力企業(yè)對智能電網的研究越來越深入，智能電網成為現(xiàn)階段電網發(fā)展的新趨勢。建設具有高度自動化、信息化、互動化特征的堅強電網是國家電網公司的發(fā)展目標。電力網絡由發(fā)電、輸電、變電、配電網、用戶等部分組成。配電網是供電企業(yè)向客戶供電的“最后一公里線路”，是連接用戶和供電企業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)，用戶側實時負載信息、客戶電價信息、配電網設備監(jiān)測信息等都需要實時傳輸?shù)诫娏ζ髽I(yè)的數(shù)據(jù)庫中。

配電通信網是保障配電網正常運行、業(yè)務實時實現(xiàn)、故障快速響應等功能的信息通道，由于我國電力發(fā)展長期“重發(fā)電、輕配電”，作為智能電網咽喉的配電網發(fā)展極不平衡，配電通信網存在缺乏總體規(guī)劃、各業(yè)務間通信網重復投資建設、通信網通信協(xié)議多樣，業(yè)務網絡孤立等問題。因此，建設統(tǒng)一接口標準、多業(yè)務融合傳輸、業(yè)務終端信息相互兼容的配電通信網極為迫切。

2 智能配用電業(yè)務分析

配電網需要借助有效的通信手段，將配電網設備運行情況數(shù)據(jù)收集并上傳到控制中心，同時將控制中心命令傳送到各配電網設備。配電網中的通信技術應用主要取決于智能配電網業(yè)務的特點。智能配電網的業(yè)務主要由配電網調度和監(jiān)控業(yè)務、智能化業(yè)務、管理信息、配電網信息采集等組成。

智能配電網業(yè)務特點是：（1）業(yè)務覆蓋面廣、業(yè)務節(jié)點多、信息量大；（2）配電網設備分布廣、運行環(huán)境惡劣；（3）通信距離遠，差異性大、業(yè)務多元化；（4）通信方式多樣化。

3 智能配電網通信方式

由于電力系統(tǒng)的特殊性，配電網通信系統(tǒng)采用專用網絡或者公用通信網絡進行通信。其中電力線載波、局域網通信、光纖通信、專用無線寬帶等為專用網絡通信，CDMA、GPRS、TD-SCDMA 和無線局域網為公用通信網絡。

目前，遠程抄表、智能家居數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娌捎玫闹饕请娏€載波。電力線載波通信無需架設新的通信網絡，利用電力線作為傳輸介質，包括半載波和全載波兩種組網方式。電力線的架構已完善，不需要線路的基建投資和日常的維護費用，在電力系統(tǒng)中采用電力線載波投資少、經濟性好。但由于變壓器繞組對載波信號的隔離作用，電力載波信號只能在一臺配電變壓器的供電范圍內進行信號傳輸。同時，電力線載波傳輸速率和穩(wěn)定性容易受配電變壓器供電負荷的變動干擾，通信傳輸量低、部分大流量業(yè)務無法承載。

配電網通信其通信環(huán)節(jié)最理想方案是使用電力系統(tǒng)自建的4G TD-LTE核心通信技術的電力專用無線網絡。電力專用無線網絡具有更高的安全性、傳輸速率快的優(yōu)點。目前230MHz和1.8GHz的頻段在電力系統(tǒng)中采用較多，在無線傳輸條件相對較差的故障巡視、檢修等現(xiàn)場，宜采用1.8GHz頻帶組網，在無線傳輸條件好、地域分布分散、流量需求小的用電信息采集、配電自動化現(xiàn)場，可采用230MHz頻帶組網。由于無線網絡的傳輸需要基站，且傳輸覆蓋面積是以基站為中心一定半徑圓內，電力專用無線網絡在偏遠地區(qū)和山區(qū)的投資成本巨大。

隨著國家減少重復投資、充分利用資源的倡議，各大運營商推出了ADSL、SCDMA、ZigBee、PSTN等多種通信方式的寬帶接入業(yè)務，部署靈活、容易擴展，具有傳輸流量大、兼容性好、覆蓋面廣的優(yōu)點，解決了電力系統(tǒng)自建專用無線網絡投資量大、建設周期長的難題，可以實現(xiàn)智能電網“全采集、全覆蓋”的要求。公用通信網絡存在系統(tǒng)漏洞多易受攻擊、運營成本高、擴展需運營商配合等缺點。

4 基于智能配電網的通信技術分析

4.1 主要業(yè)務分析

與普通通信業(yè)務數(shù)據(jù)分類采用語音類、數(shù)據(jù)類、視頻類、多媒體類的業(yè)務偏好分析不同，本文采用按服務類別分類的方式對智能配電網通信業(yè)務需求進行分析，通過對官方標準文件及參考文獻進行統(tǒng)計，得通信數(shù)據(jù)流向、單向通信延時、單節(jié)點流量、適用的通信平臺等信息，保障了分析數(shù)據(jù)的樣本性和準確性。以配電網調度和監(jiān)控業(yè)務類別中的配電自動化為例，數(shù)據(jù)流向為柱上開關、環(huán)網柜終端—配電子站—配電主站，單向通信延時<500ms，單節(jié)點流量<20kbit/s，適用的通信平臺為電力線載波或電力專用網絡。

4.2 網絡性能需求分析

配電網通信業(yè)務不同于普通的移動通信業(yè)務，在智能配用電通信網網絡決策切換度量上映考慮以下幾點：

（1）安全性。配電網中對外業(yè)務公網通信漏洞多，電力線載波通信信息完整性較差，專網安全性最高。

（2）可用性。發(fā)射信號強度、覆蓋面積、接收信號強度、信號干擾比決定了通信網絡的可用性。目前，1.8GHz頻率的上行覆蓋受限，電力線載波通信覆蓋面最高，公網次之。

（3）傳輸時延。配電網中通信業(yè)務時延要求有秒級和分鐘級兩種，對于故障處理時限的通信要求在秒級以下。

（4）服務速率：智能電表到主站中心通信雖然對傳輸速率和實時性要求不高，單點帶寬采用kbps級，匯集帶寬一般可以達到1Mbps，配電變壓器、線路開關等測量裝置要求帶寬要求kbps—Mbps之間。

（5）經濟成本。配電網設備分布廣、運行環(huán)境復雜，在通信網絡的選擇上應綜合考慮需求和高效綜合的運行方式，節(jié)約開支。

5 基于智能配電網的通信技術實例

以智能配電網的配電自動化系統(tǒng)為例，配電自動化系統(tǒng)由配電設備終端、配電子站、配電自動化主站三部分組成，具備饋線自動化、故障分析、設備監(jiān)控、遠程操作、用電信息采集、內部管理監(jiān)控綜合功能。配電終端包括環(huán)網柜、柱上開關、配變監(jiān)測終端等控制單元。為實現(xiàn)智能配電網通信功能，采用電力線載波、專用無線網絡、公用無線網絡、光纖通信融合的通信網絡構架。

各個配電終端采集的信息上傳至配電子站，配電子站下發(fā)各控制信號到終端設備。配電子站的信號匯集到配電主站，配電主站對信號進行分析、處理，并根據(jù)需要進行需求響應。同時配電主站可以下達各處開關進行操作命令，對配單網中的設備進行遠程遙控操作。

6 總結

本文對智能配電網的業(yè)務進行分析，概括性介紹了各通信網絡的方式、特點，對智能配電網通信技術業(yè)務、網絡性能需求進行分析。在此基礎上對智能配電網通信技術應用進行了實例分析，提出了切實可行的應用方法。

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