王偉亮　李艷華　盧茂超　盧權(quán)　何恒欣

[摘? ? 要]本文基于光纖通信及中壓（10 kV）電力線寬帶載波，自主加密芯片研究，思考自主加密芯片與中壓寬帶載波融合，完成了技術(shù)路線，方案設計，滿足配電自動化信息傳輸通道加密需求。

[關(guān)鍵詞]中壓（10 kV）電力線寬帶載波;自主加密芯片;融合

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）06–00–03

Research on Encrypted Medium Voltage Broadband Carrier Communication

Scheme Based on Fusion of Independent Encryption Chip

Wang Wei-liang， Li Yan-hua， Lu Mao-chao， Lu Quan， He Heng-xin

[Abstract]Based on the research of optical fiber communication and medium voltage （10 kV）power line broadband carrier and independent encryption chip， this paper considers the integration of independent encryption chip and medium voltage broadband carrier， and completes the technical route and scheme design to meet the encryption requirements of distribution automation information transmission channel.

[Keywords]medium voltage （10 kV）power line broadband carrier; independent encryption chip; fusion

1 配電自動化通信的目的和意義

根據(jù)《南方電網(wǎng)“十三五”智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》智能電網(wǎng)采集的用電信息除主網(wǎng)外，還包括中壓配網(wǎng)和家庭用電信息，由于部分用電信息所處的節(jié)點、位置特殊，目前沒有一種通信手段能夠完全解決所有的電力信息、數(shù)據(jù)采集問題。中壓配電網(wǎng)智能化、自動化對提高配電網(wǎng)運行安全性、提高供電質(zhì)量、提高負荷率、降低停電時間和停電用戶數(shù)、降低配電網(wǎng)絡線損、降低系統(tǒng)容載比進而提高配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、提高設備利用率、提高供電企業(yè)經(jīng)濟效益等極為重要。

“發(fā)電-輸電-配電-用電”構(gòu)成了這整個電能從生產(chǎn)到消費的全過程。其中，配電環(huán)節(jié)在智能電網(wǎng)的建設過程中起到連接電源和用戶，承上啟下的關(guān)鍵作用。我國目前用戶停電95%以上都是配電系統(tǒng)原因?qū)е?。配電網(wǎng)線損占到系統(tǒng)總損耗的60%以上。分布式新能源的接入主要影響配電網(wǎng)的運行和控制。而我國的配電網(wǎng)智能化、自動化水平遠低于輸電網(wǎng)。因此智能配電網(wǎng)發(fā)展建設將是控制、保證用戶供電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)與智能配電網(wǎng)主要差異。

（1）傳統(tǒng)的配電網(wǎng)電能單向方向從變電站輸送到用戶端，而智能電網(wǎng)中各種分布式電源都是接入配電網(wǎng)，因此智能配電網(wǎng)電能在配電網(wǎng)和用戶端雙向流動。

（2）傳統(tǒng)的配電網(wǎng)僅能實現(xiàn)單向的對電壓、電流和功率信息采集。系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)提供輔助分析結(jié)果，調(diào)度員結(jié)合自己經(jīng)驗進行判斷，進行人工控制。而智能配電網(wǎng)可以根據(jù)各種傳感器和通信技術(shù)快速判斷系統(tǒng)故障原因，并快速形成控制策略，系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制自動恢復到安全狀態(tài)，實現(xiàn)電網(wǎng)自愈。

以上2點提出了先進的傳感技術(shù)和控制技術(shù)之外，還需要先進的通信技術(shù)支撐，該通信技術(shù)必須具備10 kV及以下配電網(wǎng)全網(wǎng)絡覆蓋能力、全網(wǎng)感知能力、雙向通信能力以及快速響應能力才能夠滿足智能配網(wǎng)自動化的建設需求。

雖然光纖網(wǎng)絡技術(shù)能夠提供高速及可靠的數(shù)據(jù)傳輸，并且已大規(guī)模鋪設和應用，但在很多地方仍存在網(wǎng)絡覆蓋不完善、使用光纖成本高或?qū)嵤┖途S護困難等問題。寬帶電力線載波利用既有電力配電線路，不需要重新布線，且通信速率高，可以有效的形成對光纖網(wǎng)絡的補充。因此，對于快速發(fā)展的配電自動化、饋線自動化（智能分布式）是一個新的應用。

2 配電自動化安全性

電網(wǎng)作為國家能源基礎(chǔ)網(wǎng)絡，安全性尤為重要，無線通信模式容易被外部介入導致電網(wǎng)安全事故，作為載波通信，也需要做好安全措施，因此，在載波通信設備中加入加密芯片，就是防止外部介入電力通信網(wǎng)絡，在南網(wǎng)也是首次這種應用，載波與加密相結(jié)合，多節(jié)點加密寬帶載波的應用，既能保證載波網(wǎng)絡的獨立性，防止外來載波設備破壞網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)安全，形成了整個下行通信網(wǎng)絡“載波+光纖”、“載波+公網(wǎng)”通信鏈路加密，完成了下行通信鏈路的加密閉環(huán)，同時端到端采用IP加密，如圖1所示，加密信息傳輸保證通信信道的穩(wěn)定性和終端數(shù)據(jù)的安全性，提高了電網(wǎng)公司配電自動化數(shù)據(jù)的安全等級。

中壓載波以電力線傳輸介質(zhì)為對象，將加密型中壓載波設備應用到自動化，實現(xiàn)以電力線為介質(zhì)的覆蓋全用電環(huán)境的物聯(lián)信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)一次故障的快速定位，電感耦合方式如圖2所以。

3 國際電力線寬帶載波標準

BPLC（Broadband Power Line Communication）寬帶電力線載波通信，一般指載波信號工作頻率在2MHz以上的電力線通信技術(shù)。該技術(shù)起源于電力線上網(wǎng)，就是利用電力線載波通信技術(shù)和電力線入戶功能實現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)化網(wǎng)絡傳輸。國外在相關(guān)研究和應用已取得巨大進展。

諸多PLC標準化組織近年來開展了廣泛的交流和合作。歐洲UPA、美國HPA、日本的消費電子電力線通信聯(lián)盟CECPA（Consumer Electronics Powerline Communication Alliance）3大體系開始在技術(shù)上尋求共存和融合，但無法完成“互通”（Cooperatability）。因此近年來一些國際組織開展了新的標準制定工作，試圖能將寬帶PLC標準統(tǒng)一，目前還沒有一個具有絕對領(lǐng)導力的寬帶PLC國際標準。國際電力線寬帶載波標準如表1所示。

4 加密芯片與中壓寬帶載波融合技術(shù)路線

研究思考影響電力線通信的頻率、阻抗、傳輸距離等特性，針對電力線通信特性，研究影響寬帶載波通信的解決辦法和算法，制定一套適合電力線寬帶載波通信的物理標準。

4.1 研發(fā)技術(shù)路線

目標1：研究并制定中壓寬帶載波的相關(guān)技術(shù)標準。

（1）編制中壓載波信息采集的通信協(xié)議及接口標準，規(guī)范載波通信終端設備網(wǎng)管協(xié)議。

（2）規(guī)范中壓載波在不同應用下的組網(wǎng)規(guī)范，提出典型組網(wǎng)建議。

（3）根據(jù)不同的應用、環(huán)境場景，研制適應電網(wǎng)業(yè)務需求的產(chǎn)品。

（4）研究在中壓寬帶載波通信設備中植入安全芯片技術(shù)，并形成標準。

目標2：根據(jù)標準，開發(fā)芯片并研制設備。

（1）研制適用于中壓寬帶載波的通信裝置。

（2）研制基于寬帶載波的集中抄表的通信模塊。

（3）研制植入安全芯片的寬帶載波通信模塊。

目標3：試點應用。

選擇柳州供電公司，采用本項目開發(fā)的寬帶載波通信設備/模塊進行配電自動化業(yè)務應用試點。

4.2 研究難點

4.2.1 寬帶載波技術(shù)難點

（1）低壓配電網(wǎng)信道參數(shù)變化大。

（2）中壓配電網(wǎng)信道形態(tài)多。

（3）中低壓線路結(jié)構(gòu)復雜，低壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境變化快，負荷隨機接入、干擾無規(guī)律;中壓配電網(wǎng)邏輯子網(wǎng)龐大。

解決措施：研究動、靜態(tài)載波路由，適應電網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境的變化，自動調(diào)節(jié)輸入輸出增益，并增加網(wǎng)絡分組功能保證邏輯子網(wǎng)連接數(shù)據(jù)互補干涉。

4.2.2 耦合技術(shù)難點

（1）電感耦合方式衰耗大。

（2）架空線路容易遭受雷擊。

（3）耦合涉及停電施工。

解決措施：研究電容耦合，減少接入衰耗;在架空耦合裝置上研究防雷設計，避免雷擊造成設備損壞;研究設計耦合設備帶電安裝工具，避免停電施工帶來的工期及影響。

5 結(jié)束語

智能電網(wǎng)實現(xiàn)關(guān)鍵需要先進的通信技術(shù)進行支撐，才能實現(xiàn)各種配電設備與后臺之間的雙向感知能力，光纖網(wǎng)絡技術(shù)能夠提供高速及可靠的數(shù)據(jù)傳輸，但覆蓋受限、成本高、維護困難，使得目前配電通信通道存在大量無法建設區(qū)域，寬帶電力線載波通信技術(shù)，為配網(wǎng)、集抄、充電樁、家庭用電設備信息采集手段等配用電設施提供通信手段，具有安裝簡單、部署靈活、管理方便、經(jīng)濟等優(yōu)勢。全新的寬帶載波通信技術(shù)應用，使得供電公司配電自動化通信網(wǎng)絡可以適應不同用電環(huán)境，具備TCP/IP協(xié)議擴展條件，實現(xiàn)快速部署，與光纖網(wǎng)絡相結(jié)合，通信速率是普通窄帶載波的200～300倍。同時，將安全加密芯片集成到寬帶載波設備中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的加密傳輸，對應用層數(shù)據(jù)進行安全，防止非法入侵和數(shù)據(jù)篡改，為物聯(lián)網(wǎng)的信息安全提供了有力保障。

參考文獻

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