BPLC在智能用電小區(qū)的應(yīng)用

姚學(xué)科 李 嶸

（張家口供電公司信息通信分公司，河北 張家口075000）

0 引 言

智能用電小區(qū)是智慧城市的組成部分，包括可再生能源／分布式能源接入、充電樁（站）、用電信息采集與服務(wù)互動(dòng)、電力光纖到戶等，積極試點(diǎn)新型業(yè)務(wù)模式，達(dá)到用戶與電力營銷相關(guān)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享，并為營銷用電數(shù)據(jù)維護(hù)工作提供便利；實(shí)時(shí)為電力營銷PMS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）、GIS、配電自動(dòng)化、SG186營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)間“圖、模、數(shù)”信息交互提供平臺(tái).在智能用電小區(qū)建設(shè)中，不僅應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)，同時(shí)也為用戶提供多樣化的服務(wù)，引導(dǎo)用戶的用電需求和習(xí)慣，積極探索與用戶的雙向互動(dòng)模式.智能臺(tái)區(qū)全覆蓋和變電站供電所全覆蓋的電力通信網(wǎng).通過電力光纖通信和無線通信相結(jié)合的方式同步實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)管理、營銷管理、安全管控和調(diào)度管理等系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用，從根本上解決變電運(yùn)行、在線監(jiān)測、用電信息采集和智能臺(tái)區(qū)管理等多方面業(yè)務(wù)的應(yīng)用.

智能用電小區(qū)建設(shè)遵循城市規(guī)劃和規(guī)范要求，為下一步加快建設(shè)智慧小區(qū)、智慧城市奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)，智能用電小區(qū)建設(shè)內(nèi)容中體現(xiàn)的先進(jìn)理念應(yīng)能夠向全社會(huì)直觀展示，起到明顯示范作用，為今后智能電網(wǎng)的大規(guī)模推廣做好技術(shù)儲(chǔ)備.

1 EPOP、BPLC技術(shù)原理與使用原則

1.1 無源光纖專網(wǎng)通信網(wǎng)

EPON是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)，采用以太網(wǎng)幀封裝方式，非常適于承載IP業(yè)務(wù)，傳輸速率高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適應(yīng)寬帶接入的IP化發(fā)展潮流，實(shí)現(xiàn)比較簡單，成本比較低，維護(hù)方便，升級(jí)可操作性比較強(qiáng).無源光設(shè)備組網(wǎng)靈活，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).非常適合配電網(wǎng)的樹形或總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).所謂無源是指ODN不含有任何電子器件及電子電源，全部由光分路器等無源器件組成，不需要昂貴的有源電子設(shè)備.從而使得維護(hù)簡單、安裝后幾乎不需要維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺(tái)或多臺(tái)ONU（用戶終端單元）故障或掉電都不會(huì)影響其它設(shè)備的正常工作，成本低，而且能節(jié)約光纖資源，設(shè)備的使用壽命長，是國家電網(wǎng)公司主要推薦的技術(shù)之一.

EPON是基于千兆以太網(wǎng)技術(shù)的無源光纖通信接入網(wǎng)，EPON網(wǎng)絡(luò)主要由光線路終端（OLT）設(shè)備和多個(gè)光遠(yuǎn)端設(shè)備（ONU）以及連接這些設(shè)備的光分配網(wǎng)（ODN）構(gòu)成.OLT設(shè)備安裝在住宅附近通信中心站或變電站、開閉站等機(jī)房條件較好的地方，ONU設(shè)備安裝在住宅小區(qū)樓宇的單元公共區(qū)間，或者安裝在用戶電表箱內(nèi)，最好與電力載波集中器設(shè)備安裝在一起，ODN是由多個(gè)分光器、主干光纜、室外光配線箱（ODF）和配線光纜組成，主干光纜采用24芯阻燃非金屬防鼠咬管道光纜敷設(shè)在電力電纜溝道路徑，或采用非金屬自承式架設(shè)在電力線路上，ODF和分光器相分別于應(yīng)的OLT或ONU安裝一起，便于調(diào)試和維護(hù).

EPON典型結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：

圖1.1 EPON典型結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)采用全光低壓接入時(shí)，OLT安裝在配電室，電力業(yè)務(wù)如用電信息采集業(yè)務(wù)和三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)PON口隔離.光分路器一般安裝在光纜交接箱、光纖配線架或光纖接頭盒中，采用適當(dāng)?shù)姆绞焦潭?（小區(qū)配電室或弱點(diǎn)井內(nèi)）.建網(wǎng)時(shí)根據(jù)實(shí)際鏈路計(jì)算多級(jí)分光的級(jí)數(shù).ONU一般安裝在樓層電表間.室內(nèi)接入網(wǎng)提供FE接口.當(dāng)采用光電復(fù)合纜入戶（PFTTH）時(shí)，ONU進(jìn)一步延伸至用戶桌面，并向用戶提供FE口、POTS接口、E1接口等.

1.2 寬帶電力線載波通信技術(shù)

寬帶電力線載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)以中壓配電網(wǎng)為傳輸介質(zhì)的數(shù)字通信，主要是利用現(xiàn)有的配電線路進(jìn)行載波信號(hào)傳輸，通信設(shè)備投資低.主要不足是通信速率較低，容易受配電網(wǎng)絡(luò)及外界負(fù)載變化的影響.

寬帶電力線載波方案的用戶接入網(wǎng)絡(luò)基于電力線寬帶通信技術(shù)，主要應(yīng)用于電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的本地通信方式，由集中器、采集器及低壓電力線信道構(gòu)成.集中器通常以臺(tái)區(qū)變壓器為單位設(shè)置，通過光纖通信、無線等遠(yuǎn)程信道連接后臺(tái)主站服務(wù)器，本地通過低壓電力線與采集器通信，負(fù)責(zé)主站和采集器之間的數(shù)據(jù)交互.寬帶載波距離較長時(shí)，通信效果較差，應(yīng)用時(shí)通常采用采集器，采集器通過RS－485總線采集電表數(shù)據(jù)，以此減少寬帶載波通信距離，并通過電力線寬帶通信將數(shù)據(jù)返回給集中器，在每個(gè)單元安裝集中器（內(nèi)含寬帶電力線載波通信模塊并與光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過RJ45接口連接）進(jìn)行寬帶載波信號(hào)注入，各電力表計(jì)量表箱安裝采集器，通過485線對(duì)表箱內(nèi)的電表進(jìn)行采集.集中器作為寬帶電力線載波的頭端設(shè)備與寬帶載波采集器組成寬帶電力線網(wǎng)絡(luò)，形成以電力線為傳輸介質(zhì)的高速IP網(wǎng)絡(luò).采集的數(shù)據(jù)通過電力線網(wǎng)絡(luò)傳至主站.在通信效果欠佳的情況下，可通過安裝中繼器增強(qiáng)通信效果.

寬帶PLC信號(hào)耦合方式一般采用“相－零”耦合，在所有小區(qū)都能順利實(shí)施.在地線完備的小區(qū)，可采用地線耦合寬帶電力線載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，地線上分支少干擾小，信噪比更高，可帶來更好和傳輸效果和穩(wěn)定性.

光纖網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)到住宅小區(qū)樓宇單元內(nèi)，形成對(duì)住宅用電區(qū)域的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，其他配電網(wǎng)通信線路采用中壓電力線通信方式，EPON設(shè)備的ONU與電力載波設(shè)備的集中器在樓宇單元內(nèi)連接，由電力載波通信終端覆蓋到單元每套住宅，用電信息采集主站根據(jù)用電信息采集總體方案置于供電公司本部，接入公司內(nèi)網(wǎng).小區(qū)內(nèi)居民戶內(nèi)智能電能表通過RS485接線接入用電信息采集專用ONU，經(jīng)專用OLT傳輸至公司內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行采集.

2 智能用電小區(qū)的建設(shè)示例

本案例實(shí)現(xiàn)張家口電力迎賓路小區(qū)和空軍大院小區(qū)，共6棟低板樓，333戶居民的智能用電采集和寬帶入網(wǎng)接入.

各樓宇結(jié)構(gòu)情況見表1：樓宇結(jié)構(gòu)與電力表情況表：

2.1 供電大樓通信機(jī)房入樓網(wǎng)絡(luò)方案

小區(qū)總網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)置在張家口供電大樓通信1機(jī)房，張家口供電公司提供外網(wǎng)信號(hào)接入OLT，使用分光器，經(jīng)過ODF配線架與光纜接續(xù)，再將這些光纜鋪至各個(gè)樓宇，實(shí)現(xiàn)供電公司到小區(qū)樓宇的通道建設(shè)，整體光纜結(jié)構(gòu)示意圖如下：

黃色的線均為光纜，分光器和配線架均安裝在機(jī)房內(nèi).機(jī)房內(nèi)的結(jié)構(gòu)如下：

2.2 樓宇網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

2.2.1 迎賓路小區(qū)

具體到每一棟樓的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于每棟樓的單元數(shù)和單元戶數(shù)的不同，則以迎賓路2號(hào)樓為例代表迎賓路小區(qū)，結(jié)構(gòu)圖如下：

表1 樓宇結(jié)構(gòu)與電力表情況表

該圖表示五個(gè)單元七層高的結(jié)構(gòu)，其中紅色的線為電力線，紫色的為485線，黃色的為光纜.

a.供電大樓通信機(jī)房光纜鋪設(shè)到樓配電箱后，在這里注入PLC頭端信號(hào)，通過電力線到達(dá)至各戶家中，實(shí)現(xiàn)寬帶接入業(yè)務(wù).

b.供電大樓通信機(jī)房電纜出線處放置集中器，通過電纜下連到各個(gè)采集器，采集器放置在各個(gè)單元的地下室的集中電表箱處，以實(shí)現(xiàn)抄表業(yè)務(wù).

2.2.2 空軍大院小區(qū)

1）空軍大院三棟樓1，2號(hào)樓結(jié)構(gòu)基本相同，僅1號(hào)樓多了1個(gè)單元，故以2號(hào)樓為例，結(jié)構(gòu)圖如下：該圖表示三單元七層結(jié)構(gòu)，其中紅色的線為電力線，紫色的為485線，黃色的為光纜.

a.供電大樓通信機(jī)房光纜鋪設(shè)到樓配電箱后，在這里注入PLC頭端信號(hào)，通過電力線到達(dá)至各戶家中，實(shí)現(xiàn)寬帶接入業(yè)務(wù).

b.供電大樓通信機(jī)房電纜出線處放置集中器，通過電纜下連到各個(gè)采集器，采集器放置在各個(gè)單元的1層的設(shè)備箱處，通過485線串聯(lián)各樓層分散放置的電表，以實(shí)現(xiàn)抄表業(yè)務(wù).

2）空軍大院3號(hào)樓結(jié)構(gòu)與1、2號(hào)樓不同，結(jié)構(gòu)圖如下：

該圖表示三單元四層結(jié)構(gòu)，其中紅色的線為電力線，紫色的為485線，黃色的為光纜.

a.供電大樓通信機(jī)房光纜鋪設(shè)到樓配電箱后，在這里注入PLC頭端信號(hào)，通過電力線到達(dá)至各戶家中，實(shí)現(xiàn)寬帶接入業(yè)務(wù).

b.供電大樓通信機(jī)房電纜出線處放置集中器，通過電纜下連到各個(gè)采集器，采集器放置在各個(gè)單元的1層的設(shè)備箱處，通過485線串聯(lián)各樓層分散放置的電表，以實(shí)現(xiàn)抄表業(yè)務(wù).

3 結(jié) 論

BPLC在電力小區(qū)的應(yīng)用是電力光先到樓，寬帶載波到戶的首次嘗試，方案實(shí)施后，經(jīng)24小時(shí)測試，出局端到用戶終端出口的誤碼率低于10－6，最大上網(wǎng)速率可達(dá)到1000k／b，24小時(shí)平均網(wǎng)速為560k／b，網(wǎng)速是在受限于供電公司互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一出口帶寬的情況下測得的，與傳統(tǒng)的ADLS方式比較，沒有變化，取得理想效果.這種技術(shù)融合的方式完全可作為智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)建設(shè)的主要技術(shù)推廣使用，可進(jìn)一步改善住宅供電基礎(chǔ)設(shè)施，為電費(fèi)實(shí)時(shí)召測、電量記憶、智能計(jì)費(fèi)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)控制等功能的實(shí)現(xiàn)提高了支撐，能夠幫助普通百姓及時(shí)進(jìn)行用電分析，明明白白消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用電、節(jié)約用電、智能用電.電力光纖到戶除了承載電網(wǎng)自身業(yè)務(wù)外，還可用于構(gòu)建完全開放的公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為電信、互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視傳媒和其他企業(yè)提供接入服務(wù)，將其作為社會(huì)資源統(tǒng)籌使用，既符合國家推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施共建共享的工作思路，也是目前世界上光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營的先進(jìn)模式.

本方案的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了電力光纖到戶的建設(shè)和相關(guān)業(yè)務(wù)的開通.可以進(jìn)一步作為“電力光纖入戶，服務(wù)三網(wǎng)合一”的試點(diǎn)，經(jīng)過和聯(lián)通、廣電的協(xié)商，聯(lián)通、廣電等公司分別將自己的有線電視、互聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)在各自主站出口及最終接入用戶弱電箱位置留下接口，主站至弱電箱的傳輸通道采用供電公司的光線＋寬帶載波技術(shù)實(shí)現(xiàn).同時(shí)保留聯(lián)通、廣電等公司原計(jì)劃建立的有線電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電話網(wǎng)，以便在電力光線通道出現(xiàn)重大問題時(shí)可以切換為原有網(wǎng)絡(luò).小區(qū)“電力光纖到戶”的建設(shè)，給國家“三網(wǎng)融合”戰(zhàn)略的推進(jìn)提供了技術(shù)層面支撐和經(jīng)驗(yàn)積累.