馬 群，于 佳

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274000；2.南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000；3.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

踐行碳達(dá)峰碳中和，能源是主戰(zhàn)場(chǎng)，電力是主力軍。國(guó)家發(fā)改委、工信部、能源局、住建部等部門密集出臺(tái)風(fēng)光政策、儲(chǔ)能、清潔能源消納等相關(guān)文件，從政策上支持新型電力系統(tǒng)的發(fā)展［1-4］。

國(guó)家電網(wǎng)有限公司將發(fā)揮龍頭作用，推動(dòng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。一是打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，圍繞清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好，推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級(jí)。二是推進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)，統(tǒng)籌好電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)功能與需求，推動(dòng)合理安排新能源發(fā)展規(guī)模、布局和時(shí)序，切實(shí)提高電力系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。三是統(tǒng)籌發(fā)展與安全，堅(jiān)持鞏固和發(fā)展好電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理的體制優(yōu)勢(shì)，深化電力市場(chǎng)化改革，構(gòu)建統(tǒng)一開放、競(jìng)爭(zhēng)有序的全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)。

新能源單機(jī)容量小、數(shù)量多、布點(diǎn)分散、發(fā)電不穩(wěn)定等特性將對(duì)電力系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)產(chǎn)生較大影響［5-10］，現(xiàn)有通信系統(tǒng)已無(wú)法滿足相應(yīng)控制和信息采集要求，因此通信系統(tǒng)須具有更強(qiáng)的覆蓋能力、更實(shí)時(shí)的傳輸能力以及更大的容量。因此，對(duì)新型電力系統(tǒng)下電力通信系統(tǒng)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)，從技術(shù)性能、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較分析，并對(duì)新型電力系統(tǒng)下的遠(yuǎn)程接入網(wǎng)技術(shù)方案進(jìn)行研究，最終得出新型電力系統(tǒng)下遠(yuǎn)程接入網(wǎng)最佳選擇。

1 遠(yuǎn)程接入網(wǎng)技術(shù)體制分析

目前，遠(yuǎn)程接入網(wǎng)通信技術(shù)包括光纖專網(wǎng)、無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)、電力線載波等［11］。

1.1 光纖專網(wǎng)

光纖專網(wǎng)主要包括無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）、工業(yè)以太網(wǎng)、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Networking，TSN）等。

1）PON。

PON 是一種基于以太網(wǎng)的點(diǎn)到多點(diǎn)的光纖接入技術(shù)，該系統(tǒng)包括以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）和千兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit Passive Optical Network，GPON），各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）與光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設(shè)備之間通過無(wú)源分光器采用并聯(lián)方式組網(wǎng)，任何一個(gè)ONU 或多個(gè)ONU故障或停電，不影響OLT 和其他ONU 的穩(wěn)定運(yùn)行［12］。傳輸信號(hào)為光信號(hào)，傳輸安全性高。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON 最大傳輸距離為20 km，其中，EPON 可提供上下行對(duì)稱的1.25 Gbit/s 傳輸速率，上行傳輸時(shí)延小于1.5 ms，下行傳輸時(shí)延小于1 ms；千兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit Capable PON，GPON）可提供下行2.5 Gbit/s，上行1.25 Gbit/s 傳輸速率，上行傳輸時(shí)延小于1.2 ms，下行傳輸時(shí)延小于1 ms。PON 采用雙PON 口“手拉手”組網(wǎng)，可靠性高，可組成星型、樹型、總線型和環(huán)型結(jié)構(gòu)，與配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)吻合。

2）工業(yè)以太網(wǎng)。

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與商業(yè)以太網(wǎng)兼容，能夠滿足工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的需要，通信可靠性高，工業(yè)以太網(wǎng)光信號(hào)是在封閉介質(zhì)內(nèi)傳輸，輻射性較小，泄露及偵聽難度大，因此安全性較高。工業(yè)以太網(wǎng)最大傳輸距離為20 km，單個(gè)端口帶寬接近1 000 M。環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)時(shí)，環(huán)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)共享1 000 M 帶寬。單臺(tái)交換機(jī)的時(shí)延小于0.5 ms，采用環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)時(shí)，以環(huán)網(wǎng)20 臺(tái)交換機(jī)計(jì)算，總時(shí)延小于10 ms。

3）TSN 網(wǎng)絡(luò)。

TSN 時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，是基于以太網(wǎng)框架，在確定性網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向上的演進(jìn)，可提供精準(zhǔn)的流量調(diào)度、確定性時(shí)延傳輸、精確時(shí)間同步、帶寬預(yù)留等服務(wù)。TSN 采用IEEE802.1AS《IEEE1588 協(xié)議在以太網(wǎng)上的實(shí)現(xiàn)》協(xié)議，為所有以太網(wǎng)幀添加精確時(shí)戳；采用IEEE802.1Qbv 協(xié)議，基于時(shí)分復(fù)用技術(shù)（Timedivision Multiplexing，TDM）原理，在精準(zhǔn)時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，通過設(shè)定固定的傳輸時(shí)隙，獨(dú)占通信資源，保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)。提高時(shí)延和抖動(dòng)性能；采用IEEE802.1Qbv 協(xié)議，基于搶占機(jī)制，通過設(shè)置搶占幀和可被搶占幀的方式，保證一般優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)傳輸時(shí)通信帶寬的高利用率。

1.2 無(wú)線專網(wǎng)

無(wú)線專網(wǎng)包括230 MHz 無(wú)線專網(wǎng)和1 800 MHz無(wú)線專網(wǎng)等。

1）230 MHz 無(wú)線專網(wǎng)。

230 MHz 無(wú)線專網(wǎng)是用于電力業(yè)務(wù)的專用通信系統(tǒng)，采用載波聚合、頻譜感知等相關(guān)抗干擾技術(shù)，具備時(shí)頻隔離能力，安全性及可靠性較高，但標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)鏈方面相對(duì)欠缺，設(shè)備成本較高［13］。230 MHz無(wú)線專網(wǎng)的工作頻段為223.025～235.000 MHz，可根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際需要進(jìn)行上下行帶寬配比，滿足高上行比例要求，上行峰值速率可達(dá)14.4 Mbit/s，下行峰值速率為7 Mbit/s，傳輸時(shí)延（無(wú)線終端至核心網(wǎng)）約為100～300 ms，實(shí)際速率為500～1 000 kbit/s。市區(qū)內(nèi)約3～5 km，農(nóng)村地區(qū)覆蓋半徑約15～20 km。

2）1 800 MHz 專網(wǎng)。

長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）、1 800 MHz 4G 無(wú)線專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)繼承公網(wǎng)4G 承載絕大部分能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。在引入電力系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)電力安全需求進(jìn)行安全加固［14］。1 800 MHz 無(wú)線專網(wǎng)工作頻率為1 785～1 805 MHz，上行峰值速率為14.76 Mbit/s，下行峰值速率為23.04 Mbit/s，實(shí)際速率約為5～10 Mbit/s，傳輸時(shí)延約為30～100 ms，單站的終端連接數(shù)約為1 000 個(gè)，1 800 MHz 專網(wǎng)市區(qū)內(nèi)覆蓋半徑約1～3 km，農(nóng)村地區(qū)覆蓋半徑約5～10 km。

3）5G 專網(wǎng)。

根據(jù)5G 專網(wǎng)的組網(wǎng)情況，5G 專網(wǎng)一般分為三種：邏輯專網(wǎng)、獨(dú)立專網(wǎng)和混合專網(wǎng)。

邏輯專網(wǎng)在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中采用切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)。將采用的無(wú)線切片、承載網(wǎng)絡(luò)切片、核心網(wǎng)切片組成一個(gè)邏輯上獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，稱為虛擬專網(wǎng)，其特點(diǎn)是部署快、成本低、安全性差。虛擬專網(wǎng)一般由運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行運(yùn)維。

獨(dú)立專網(wǎng)是由企業(yè)獨(dú)立建設(shè)的5G 網(wǎng)絡(luò)，包括獨(dú)立的無(wú)線、承載、核心網(wǎng)，專網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)是完全隔離的。這種專網(wǎng)的特點(diǎn)是部署慢、成本高、安全性好、運(yùn)維要求高。獨(dú)立專網(wǎng)由企業(yè)自行運(yùn)維或者由運(yùn)營(yíng)商代理運(yùn)維。

混合專網(wǎng)專網(wǎng)是上述兩種專網(wǎng)的折中，其部分網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)采用運(yùn)營(yíng)商設(shè)備，另一部分網(wǎng)絡(luò)功能專屬于企業(yè)，如：專網(wǎng)的控制面網(wǎng)絡(luò)功能使用運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備，而專網(wǎng)的用戶面是企業(yè)專用的。承載網(wǎng)可以是部分由運(yùn)營(yíng)商建設(shè)，部分由企業(yè)來(lái)建設(shè)。通過用戶面部署到企業(yè)端，可以保證用戶數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)不出企業(yè)園區(qū)。這種混合專網(wǎng)的特點(diǎn)是部署速度適中，成本相對(duì)低，數(shù)據(jù)面安全性高，控制面安全性較低?；旌蠈＞W(wǎng)運(yùn)維一般為運(yùn)營(yíng)商與企業(yè)分別運(yùn)維各自設(shè)備。

1.3 無(wú)線公網(wǎng)

移動(dòng)通信無(wú)線公網(wǎng)主要由中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通三家公司運(yùn)營(yíng)，采用的網(wǎng)絡(luò)制式主要為2G 技術(shù)GSM/CDMA、3G 技術(shù)WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA、4G 技術(shù)TD/FDD-LTE、NB-IoT 和5G 技術(shù)［15］。電力系統(tǒng)通過租用公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通道，完成數(shù)據(jù)傳輸。

4G 公網(wǎng)峰值下行速率為100 Mbit/s、上行速率為50 Mbit/s。端到端的傳輸時(shí)延為100～200 ms。5G 技術(shù)作為新一代信息通信技術(shù)，定義了增強(qiáng)移動(dòng)帶寬（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠與低時(shí)延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和大規(guī)模機(jī)器類通信（Massive Machine Type Communication，mMTC）三大典型應(yīng)用場(chǎng)景［16］，可以提供20 Gbit/s 的超高帶寬、1 ms 的超低空口時(shí)延以及100 萬(wàn)/km2的超大規(guī)模連接的用戶體驗(yàn)，支持從接入網(wǎng)、核心網(wǎng)到承載網(wǎng)的端到端網(wǎng)絡(luò)切片，為行業(yè)用戶打造定制化的“專網(wǎng)”服務(wù)。

1.4 中壓電力線載波

在架空電力線和地埋電力電纜條件下，中壓窄帶電力線載波通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單跳傳輸距離分別小于10 km 和小于2 km。中壓寬帶電力線載波通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單跳傳輸距離小于2 km，通過中繼組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電區(qū)域覆蓋。中壓窄帶載波通信傳輸速率為10～100 kbit/s，單跳傳輸時(shí)延為0.3～3.0 s。中壓寬帶載波通信傳輸速率可達(dá)1 Mbit/s，單跳傳輸時(shí)延為30～300 ms，系統(tǒng)容量較小。

1.5 北斗短報(bào)文

北斗短報(bào)文通信最大傳輸距離支持視距，且支持不受遮擋的區(qū)域全覆蓋。北斗三號(hào)區(qū)域既能傳輸文字，又可傳輸語(yǔ)音和圖片，通信能力可達(dá)14 000 bit/s，并支持560 bit/s 的全球通信能力，單程通道時(shí)延一般為0.27 s，雙程通道時(shí)延約為0.54 s。由于目前全國(guó)北斗通道資源只用了不到10%，正常系統(tǒng)排隊(duì)時(shí)延約1～2 s，預(yù)計(jì)最大排隊(duì)時(shí)延20～30 s。

2 技術(shù)體制對(duì)比

2.1 技術(shù)性能比較

傳輸速率方面。5G 技術(shù)可提供100 Mbit/s 用戶體驗(yàn)速率，相比其他無(wú)線技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，與光纖（EPON、工業(yè)以太網(wǎng)、TSN）能力相當(dāng)；4G 公網(wǎng)與4G專網(wǎng)（1 800 MHz）相比，頻譜帶寬雖大，但由于共享特性，兩者體驗(yàn)速率相當(dāng)，均為8 Mbit/s 左右；4G 專網(wǎng)（230 MHz 專網(wǎng)）由于頻點(diǎn)離散、頻譜較窄，僅能提供1 Mbit/s 左右體驗(yàn)速率；NB-IoT 提供20 kbit/s速率［17］。

網(wǎng)絡(luò)時(shí)延優(yōu)勢(shì)方面。5G 空口時(shí)延為1 ms，端到端時(shí)延為10 ms 左右，滿足保護(hù)控制類業(yè)務(wù)需求；4G 公網(wǎng)時(shí)延為100～200 ms，4G 專網(wǎng)時(shí)延為20～100 ms，NB-IoT 和北斗短報(bào)文時(shí)延為秒級(jí)，延遲較大［18］。

覆蓋范圍方面。4G 專網(wǎng)目前主要是局域覆蓋，由上文可知，230 MHz 專網(wǎng)工作頻段低，單站覆蓋范圍略大于1 800 MHz 專網(wǎng)；4G 公網(wǎng)單站覆蓋范圍雖與1 800 MHz 4G 專網(wǎng)接近，但基站密度大，廣域覆蓋好；NB-IoT 通過功率譜密度提升和重傳機(jī)制提升覆蓋能力，但基站數(shù)量少于4G，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）農(nóng)村未覆蓋；5G 工作頻段較高，城區(qū)覆蓋半徑為0.5～0.8 km，農(nóng)村覆蓋半徑為1～2 km，覆蓋范圍較小，目前網(wǎng)絡(luò)處于建設(shè)階段，主要覆蓋直轄市、省會(huì)城市及重點(diǎn)城市；北斗雖屬于全域覆蓋，但遮擋影響大，僅適用于室外。

連接數(shù)量方面。NB-IoT 支持50 000/km2連接數(shù)，未來(lái)作為可選技術(shù)演進(jìn)至5G mMTC 場(chǎng)景后，可支持100 萬(wàn)/km2連接數(shù)；4G 公網(wǎng)提供10 000/km2連接數(shù)，230 MHz 4G 專網(wǎng)和1 800 MHz 4G 專網(wǎng)均提供不超過1 000/km2連接數(shù)。

綜上，在技術(shù)性能方面，光纖通信較無(wú)線技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，5G 技術(shù)性能明顯優(yōu)于其他無(wú)線技術(shù)，4G公網(wǎng)、1 800 MHz 4G 專網(wǎng)性能較好，230 MHz 4G 專網(wǎng)次之，NB-IoT 和北斗短報(bào)文適合針對(duì)特定業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.2 安全可靠性比較

安全可靠性方面。光纖安全可靠性最高，4G 專網(wǎng)、5G 獨(dú)立專網(wǎng)端到端網(wǎng)絡(luò)專用、資源獨(dú)享，安全可靠性次之［19］；5G 混合專網(wǎng)部分資源獨(dú)享，5G 邏輯專網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)，安全可靠性高于4G 公網(wǎng)；NB-IoT 依托現(xiàn)有4G 基站，面向行業(yè)用戶，安全可靠性略高于傳統(tǒng)4G 公網(wǎng)業(yè)務(wù)。

自主可控方面。光纖及廣域無(wú)線設(shè)備在我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)制造，其中5G 技術(shù)、NB-IoT 技術(shù)我國(guó)自主研發(fā)占比高，4G 技術(shù)我國(guó)自主研發(fā)占比略低，北斗技術(shù)我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

綜上，在安全可靠性方面，光纖作為有線通信具有明顯優(yōu)勢(shì)，4G 專網(wǎng)和5G 獨(dú)立專網(wǎng)、5G 混合專網(wǎng)安全可靠性較高，5G 邏輯專網(wǎng)、NB-IoT 和4G 公網(wǎng)可靠性一般。

2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

成本方面。NB-IoT 使用的4G 基站，終端成本及通道租用費(fèi)用均較低［20］；4G 公網(wǎng)隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模化部署，租用成本較低且不斷下降；1 800 MHz 4G 專網(wǎng)基站、終端產(chǎn)品成熟，建設(shè)運(yùn)維成本較低；230 MHz 4G 專網(wǎng)基站、終端產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高，建設(shè)運(yùn)維成本較高；5G 網(wǎng)絡(luò)尚在試點(diǎn)應(yīng)用階段，采用獨(dú)立專網(wǎng)模式時(shí)，建設(shè)運(yùn)維成本較高。

產(chǎn)業(yè)鏈方面。光纖及4G 公網(wǎng)技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)完善，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟完備；1 800 MHz 4G 專網(wǎng)依托4G 公網(wǎng)，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完善；NB-IoT 在我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈完善，芯片成熟；5G 的R15 產(chǎn)業(yè)鏈已成熟，R16 尚處于原型研制階段；230 MHz 4G 專網(wǎng)僅華為、普天兩家企業(yè)支撐，產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較弱。

各種遠(yuǎn)程通信技術(shù)在技術(shù)性能、安全可靠性對(duì)比如表1 所示。

表1 遠(yuǎn)程通信技術(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of telecommunication technologies

3 新型電力系統(tǒng)下的遠(yuǎn)程接入網(wǎng)技術(shù)方案

根據(jù)技術(shù)體制對(duì)比，考慮電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，遠(yuǎn)程通信接入網(wǎng)建設(shè)的總體原則是統(tǒng)籌建設(shè)、統(tǒng)籌運(yùn)維。一是持續(xù)推進(jìn)光纜與一次線路同步建設(shè)，持續(xù)打造基礎(chǔ)通信資源；二是探索采用5G 切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)一張5G 通信網(wǎng)絡(luò)的跨區(qū)多業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載；三是對(duì)控制類業(yè)務(wù)需采用專網(wǎng)承載，優(yōu)先考慮光纖專網(wǎng)，技術(shù)體制上可沿用EPON、工業(yè)以太網(wǎng)，并嘗試探索TSN 技術(shù)構(gòu)建確定性網(wǎng)絡(luò)；四是對(duì)無(wú)光纖覆蓋區(qū)域，作為過渡，可嘗試LTE 無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)，適配電網(wǎng)一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，構(gòu)建控制專網(wǎng)。對(duì)于海量終端的運(yùn)維需求，可通過專業(yè)網(wǎng)管接口標(biāo)準(zhǔn)化，開發(fā)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)統(tǒng)一管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化運(yùn)維。

3.1 遠(yuǎn)程接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

對(duì)于配電自動(dòng)化、用電信息采集等傳統(tǒng)電力業(yè)務(wù)，具備光纖的鏈路采用光纖專網(wǎng)技術(shù)，基于EPON、工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，不具備光纖條件的鏈路采用無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)及電力線載波等多種通信技術(shù)補(bǔ)充。遠(yuǎn)程接入網(wǎng)現(xiàn)狀及技術(shù)突破點(diǎn)如圖1 所示。

圖1 遠(yuǎn)程接入網(wǎng)現(xiàn)狀及技術(shù)突破點(diǎn)Fig.1 Current situation and technical breakthrough points of remote access network

由圖1 可知，針對(duì)新型電力系統(tǒng)分布式控制業(yè)務(wù)場(chǎng)景，基于TSN 構(gòu)建確定性承載網(wǎng)絡(luò)；針對(duì)無(wú)光纖覆蓋的電網(wǎng)控制類業(yè)務(wù)，作為過渡，采用LTE 無(wú)線自組網(wǎng)構(gòu)建控制專網(wǎng)承載。

在綜合考慮業(yè)務(wù)性能和安全需求的基礎(chǔ)上，電力5G 網(wǎng)絡(luò)切片總體考慮空口頻率、基站、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)以及切片管理等端到端的資源分配、組網(wǎng)方式，以及管控需求、經(jīng)濟(jì)因素，總體劃分為3 個(gè)切片如表2 所示。

表2 電力5G網(wǎng)絡(luò)切片總體架構(gòu)Table 2 Overall architecture of power 5G network slicing

表2 中，電力生產(chǎn)控制大區(qū)5G 切片空口采用物理資源模塊（Physical Resource Block，PRB）資源預(yù)留，承載網(wǎng)采用靈活以太網(wǎng)技術(shù)接口隔離與虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）隔離相結(jié)合，核心網(wǎng)用戶面功能（User Plane Function，UPF）、接入移動(dòng)管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）、會(huì)話管理功能（Session Management Function，SMF）獨(dú)享專用；電力管理信息大區(qū)5G 切片空口采用5G QoS 標(biāo)識(shí)符（5G QoS Identifier，5QI）優(yōu)先級(jí)調(diào)度，承載網(wǎng)采用VPN 隔離，核心網(wǎng)UPF 獨(dú)享專用；電力互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)5G 切片承載網(wǎng)采用VPN隔離，核心網(wǎng)共用ToB 模式。

3.2 網(wǎng)絡(luò)管理

加強(qiáng)運(yùn)維數(shù)字化水平，針對(duì)光纖專網(wǎng)、無(wú)線專網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)、電力線載波、衛(wèi)星通信等不同技術(shù)體制、不同廠商、不同型號(hào)，細(xì)化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理規(guī)則，制定統(tǒng)一的專業(yè)網(wǎng)管標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)統(tǒng)一管控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程升級(jí)、遠(yuǎn)程配置等方式，降低現(xiàn)場(chǎng)側(cè)通信終端維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)各類遠(yuǎn)程接入網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)一管控，并納入電力通信管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。遠(yuǎn)程接入網(wǎng)統(tǒng)一管控系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 遠(yuǎn)程接入網(wǎng)統(tǒng)一管控系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Unified management and control system architecture of the remote access network

3.3 安全防護(hù)

生產(chǎn)控制大區(qū)遵循國(guó)能安全〔2015〕36 號(hào)《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》和《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》相關(guān)要求。

變電業(yè)務(wù)采用自主可控的通信協(xié)議，且通信協(xié)議支持身份認(rèn)證功能；采用無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議應(yīng)支持身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密功能。

配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)系統(tǒng)與終端的縱向聯(lián)接使用無(wú)線通信網(wǎng)、電力企業(yè)其他數(shù)據(jù)網(wǎng)或外部公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的虛擬專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)方式等進(jìn)行通信的，應(yīng)當(dāng)設(shè)立安全接入?yún)^(qū)。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)未覆蓋到電力監(jiān)控系統(tǒng)（如配電自動(dòng)化、負(fù)荷控制管理、分布式能源接入等）的數(shù)據(jù)通信優(yōu)先采用電力專用通信網(wǎng)絡(luò)，不具備條件的也可采用公用通信網(wǎng)絡(luò)（不包括因特網(wǎng)）、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等通信方式，使用上述通信方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)立安全接入?yún)^(qū)，并采用安全隔離、訪問控制、認(rèn)證及加密等安全措施。新建“三遙”配電網(wǎng)終端原則上須采用光纖通信，嚴(yán)禁采用無(wú)線公網(wǎng)通信方式，如采用無(wú)線專網(wǎng)、電力線載波通信方式須通過相關(guān)信息安全評(píng)估。

管理信息大區(qū)/互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)遵循國(guó)家電網(wǎng)有限公司智慧物聯(lián)體系安全防護(hù)方案，滿足國(guó)家電網(wǎng)互聯(lián)〔2021〕24 號(hào)《國(guó)家能源局綜合司關(guān)于切實(shí)做好2021 年電力行業(yè)防汛抗旱工作的通知》要求。

在控制業(yè)務(wù)中，無(wú)線接入管理信息大區(qū)：接入管理信息大區(qū)前，要采取網(wǎng)絡(luò)隔離措施，在接入邊界上阻斷網(wǎng)絡(luò)層連接直接穿透；接入終端需要雙向身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密。有線接入管理信息大區(qū)：需要身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密措施，設(shè)備本體需要集成加密芯片，自身具備安全監(jiān)測(cè)能力。接入互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)：需要雙向身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密；設(shè)備本體需要集成加密芯片，自身具備安全監(jiān)測(cè)能力。

在一般業(yè)務(wù)中，無(wú)線接入管理信息大區(qū)較控制業(yè)務(wù)中的區(qū)別為設(shè)備本體無(wú)須集成加密芯片，無(wú)須具備安全監(jiān)測(cè)能力。有線接入管理信息大區(qū)：接入業(yè)務(wù)采用基于密碼算法的身份認(rèn)證。接入互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)：接入業(yè)務(wù)采用基于密碼算法的身份認(rèn)證。

4 新型電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 配電網(wǎng)場(chǎng)景遠(yuǎn)程接入方案

配電臺(tái)區(qū)遠(yuǎn)程接入自主可控通信總體方案如圖3 所示。遠(yuǎn)程接入網(wǎng)可以采用有線專網(wǎng)、無(wú)線專網(wǎng)或者虛擬無(wú)線專網(wǎng)方式，3 種方式安全性依次降低、成本依次降低。

圖3 配電臺(tái)區(qū)自主可控遠(yuǎn)程接入通信解決方案架構(gòu)Fig.3 Architecture of independent and controllable remote access communication solution for distribution station area

有線專網(wǎng)方式從變電站部署光纖專網(wǎng)，接入10 kV 出線沿線的臺(tái)區(qū)融合終端/站房監(jiān)測(cè)終端，采用的遠(yuǎn)程接入網(wǎng)技術(shù)體制包括TSN、PON、工業(yè)以太網(wǎng)等。有線專網(wǎng)是成本最高的遠(yuǎn)程接入方式，同時(shí)也是隔離程度和安全性最高的方式。

無(wú)線專網(wǎng)方式在變電站部署基站，接入10 kV出線沿線的臺(tái)區(qū)融合終端/站房監(jiān)測(cè)終端。無(wú)線專網(wǎng)可以采用的技術(shù)體制包4G/5G 行業(yè)授權(quán)專網(wǎng)、LTE 自組網(wǎng)等技術(shù)。

有線和無(wú)線專網(wǎng)均以變電站作為遠(yuǎn)程接入網(wǎng)的終結(jié)點(diǎn)，需要考慮從變電站到省公司/市公司信通機(jī)房的骨干網(wǎng)回傳通道規(guī)劃。

虛擬無(wú)線專網(wǎng)方式在臺(tái)區(qū)融合終端/站房監(jiān)測(cè)終端采用4G/5G 公網(wǎng)，以運(yùn)營(yíng)商虛擬無(wú)線專網(wǎng)的方式直接接到省公司/市公司信通機(jī)房。

4.2 輸電線路監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程接入方案

輸電線路在線監(jiān)測(cè)是指通過各種先進(jìn)的傳感器技術(shù)、廣域通信技術(shù)和信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)感知、監(jiān)視預(yù)警、分析診斷和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，是實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)運(yùn)行檢修管理、提升生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平的重要技術(shù)手段。輸電線路在線監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 輸電線路在線監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)界定Fig.4 Definition of remote access network for transmission line online monitoring services

圖4 中，3 種接入方案詳細(xì)描述如下。

方式1：邊緣物聯(lián)代理遠(yuǎn)程匯聚、遠(yuǎn)程傳輸。其中，“遠(yuǎn)程匯聚”對(duì)應(yīng)匯聚節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間、匯聚節(jié)點(diǎn)與邊緣物聯(lián)代理之間的匯聚網(wǎng)絡(luò)，“遠(yuǎn)程傳輸”對(duì)應(yīng)邊緣物聯(lián)代理和物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)之間的遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)。

方式2：邊緣物聯(lián)代理本地匯聚、遠(yuǎn)程傳輸。其中，“本地匯聚”對(duì)應(yīng)邊緣物聯(lián)代理直接匯聚其覆蓋范圍內(nèi)桿塔及線路上采集終端數(shù)據(jù)（對(duì)應(yīng)于感知層通信方案），“遠(yuǎn)程傳輸”對(duì)應(yīng)邊緣物聯(lián)代理和物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)之間的遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)。

方式3：輸電線路在線監(jiān)測(cè)視頻業(yè)務(wù)遠(yuǎn)傳。根據(jù)信號(hào)覆蓋情況，其通信方式目前一般采用無(wú)線公網(wǎng)或無(wú)線專網(wǎng)方式。

輸電線路在線監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)遠(yuǎn)程接入網(wǎng)優(yōu)先采用有線組網(wǎng)方案；若不具備條件，則選擇無(wú)線專網(wǎng)方案；若仍不具備條件，對(duì)于部署匯聚節(jié)點(diǎn)的塔間通信推薦采用微波接力通信與下行鏈路物聯(lián)網(wǎng)低功耗窄帶無(wú)線通信中繼相結(jié)合的方案，對(duì)于邊緣物聯(lián)代理可通過無(wú)線公網(wǎng)直接上傳物聯(lián)管理平臺(tái)或采用塔間通信方案中繼到變電站后經(jīng)骨干網(wǎng)上傳物聯(lián)管理平臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著新型電力系統(tǒng)的深入推進(jìn)，采集控制逐步向配用電側(cè)延伸和下沉，源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)銜接更緊密，海量數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)匯聚和高效處理，對(duì)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、業(yè)務(wù)承載、便捷接入、安全可控、規(guī)范管理等方面都提出更高的要求與挑戰(zhàn)。本文針對(duì)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)的技術(shù)方案、安全方案、性能比較和典型應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析。在新型電力系統(tǒng)環(huán)境下，考慮業(yè)務(wù)承載性能和安全隔離特性，具備建設(shè)條件的情況下，光纖專網(wǎng)仍是遠(yuǎn)程接入網(wǎng)的最佳選項(xiàng)，并全面推進(jìn)加密無(wú)線虛擬專網(wǎng)承載控制類業(yè)務(wù)的規(guī)模應(yīng)用，試點(diǎn)北斗短報(bào)文、衛(wèi)星通信、無(wú)線自組網(wǎng)等通信技術(shù)。在遠(yuǎn)程通信網(wǎng)方面，強(qiáng)化加密無(wú)線虛擬專網(wǎng)應(yīng)用，以北斗短報(bào)文作為補(bǔ)充，有條件的地區(qū)可采用無(wú)線專網(wǎng)，支撐分布式光伏等新業(yè)務(wù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用。對(duì)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)在技術(shù)方案、安全方案和典型應(yīng)用上進(jìn)行初步分析，后續(xù)將會(huì)在對(duì)實(shí)際應(yīng)用試點(diǎn)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。