面向農(nóng)村電網(wǎng)的通信網(wǎng)建設(shè)模式研究

占永紅

摘要：隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的深入推進和農(nóng)村電網(wǎng)的逐步堅強，中壓配網(wǎng)通信和低壓配網(wǎng)通信實時性、可靠性程度相對薄弱的特點逐漸凸顯。本文通過闡述農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，對比剖析了農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)技術(shù)體制，針對復雜多樣的通信網(wǎng)絡(luò)特征，設(shè)計了農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)整體建設(shè)路線，并提出了在不同基礎(chǔ)條件下的農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)方案。

Abstract： With the deepening of the smart grid construction and the gradual strengthening of the rural power grid， the weak characteristics of medium voltage and low-voltage distribution network， such as real-time responsibility， reliability， is gradually highlighted. This paper introduces comprehensive business needs of the rural power grid communication network， and the technical system of communication network in rural power has comparative analyzed. In view of the complicated characteristics of communication network， the paper designs a kind of whole construction route for rural power grid communication network， and puts forward the construction scheme of communication network in rural power grid which based on different basic conditions.

關(guān)鍵詞：農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)；業(yè)務(wù)需求；技術(shù)體制；建設(shè)路線

Key words： communication network of rural power grid；business requirement；technical system；construction route

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0013-03

0 引言

農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)涵蓋高壓配網(wǎng)通信、中壓配網(wǎng)通信和低壓配網(wǎng)通信，實現(xiàn)用電信息、配電自動化等智能終端設(shè)備信息的實時傳輸，但是基層配電網(wǎng)及農(nóng)村地區(qū)電網(wǎng)由于點多面廣、分布無序、建設(shè)歷史等原因，存在通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)薄弱，體系架構(gòu)、構(gòu)建模式還不夠完善等問題，同時，隨著新農(nóng)村建設(shè)的不斷深入，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)以及城鄉(xiāng)一體化的快速發(fā)展，我國農(nóng)村電力需求增勢強勁，農(nóng)村電網(wǎng)面臨供電壓力，對供電可靠性、智能化也提出了新的要求農(nóng)村配用電通信網(wǎng)絡(luò)存在建設(shè)成本高、維護難、可靠性低、安全隱患多等問題。為此，本文通過農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)多種通信技術(shù)體制及承載的綜合業(yè)務(wù)進行對比分析，提出了適用于農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)的建設(shè)策略和演進路線，并在多樣化基礎(chǔ)條件下提出了農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)典型建設(shè)方案。

1 農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

1.1 農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)概述

農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)按電壓等級、覆蓋網(wǎng)點分散性分為三層結(jié)構(gòu)：骨干通信網(wǎng)、中壓通信接入網(wǎng)和低壓通信接入網(wǎng)[1]，其中業(yè)務(wù)承載內(nèi)容上主要包括以下方面：

①骨干通信網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)包括調(diào)度電話和行政電話等語音通信、實時性和可靠性要求較高的變電站站間線路保護通信、調(diào)度中心和變電站之間控制信號傳輸、以及一些數(shù)據(jù)量較大的辦公自動化數(shù)據(jù)，并滿足中壓通信接入網(wǎng)的上聯(lián)需求。國網(wǎng)公司建成了物理隔離的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)（生產(chǎn)控制類數(shù)據(jù)）和綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)（輔助類、辦公類數(shù)據(jù)）兩張網(wǎng)，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)部又采用SDH等方式物理隔離出多條專用通道供不同業(yè)務(wù)使用。而針對農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)特征重點分析生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)。②中壓通信接入網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)主要包括配電自動化、分布式電源電站中壓接入和電動汽車充電站中壓接入等的遠程監(jiān)控、以及未來有源配網(wǎng)中基于通信的網(wǎng)絡(luò)化繼電保護。并滿足低壓通信接入網(wǎng)的上聯(lián)需求[2]。中壓通信接入網(wǎng)是骨干網(wǎng)的延伸，其上的業(yè)務(wù)大體也可以分為生產(chǎn)控制類業(yè)務(wù)和綜合數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，前者是電力公司通信網(wǎng)支持的首要業(yè)務(wù)。③低壓通信接入網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)主要包括用電信息采集、充電樁計量監(jiān)控、用戶側(cè)小型分布式電源計量監(jiān)控等。

1.2 農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)特點

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)拓撲復雜，業(yè)務(wù)接入點多

由于配電通信網(wǎng)線路多依托配網(wǎng)線路建設(shè)，配網(wǎng)線路的改造會對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。

1.2.2 承載業(yè)務(wù)多元化

配用電通信網(wǎng)不僅承載配網(wǎng)生產(chǎn)、控制類信息，也承載接入配網(wǎng)的分布式能源、電動汽車充電站運行監(jiān)控及計量等業(yè)務(wù)，而且用戶用電信息采集業(yè)務(wù)也將通過配電通信網(wǎng)承載[3]。

1.2.3 業(yè)務(wù)流量低，工控特性需求多樣

配用電通信網(wǎng)各類業(yè)務(wù)流量均比較低，但具有一定實時性要求，各種業(yè)務(wù)在帶寬、時延、可靠性、安全性要求上存在一定差異。通常配用電通信網(wǎng)所承載的各類業(yè)務(wù)帶寬需求都比較小，部分服務(wù)于配網(wǎng)自動化控制的業(yè)務(wù)在傳輸實時性及可靠性上有一定的要求，而服務(wù)于用電信息采集及營銷的業(yè)務(wù)則更注重傳輸可靠性與安全性。

1.2.4 通信技術(shù)體制多樣

基于各類通信方式的技術(shù)經(jīng)濟性分析，適于配用電通信網(wǎng)的通信方式將是多種多樣的，包括光纖通信、載波通信和無線通信方式等多種。

1.3 農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)分類

農(nóng)網(wǎng)通信的關(guān)鍵業(yè)務(wù)主要是中壓通信接入網(wǎng)承載的生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)[4]。按照目前的情況，中壓通信接入網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)大體可分為用電信息采集、配電自動化和智能化業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)流特點主要是匯聚型為主，如表1。

1.4 農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸性能

農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)主要涵蓋配電網(wǎng)開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、公用配變、線路等以及網(wǎng)內(nèi)專變、工商業(yè)及居民用戶表計、電動汽車充電站和分布式能源站點等相關(guān)設(shè)備，按照數(shù)據(jù)源特點，劃分成三種類型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流[5]。

1.4.1 周期性業(yè)務(wù)流

周期性業(yè)務(wù)流屬于典型的時間驅(qū)動型數(shù)據(jù)，即通信報文按預(yù)定時間定時觸發(fā)，報文大小和分組長度可以事先確定，如配電自動化系統(tǒng)周期性狀態(tài)掃描，用電信息采集定時任務(wù)等。

1.4.2 隨機性業(yè)務(wù)流

隨機性業(yè)務(wù)流屬于典型的事件驅(qū)動型數(shù)據(jù)，報文大小和分組長度不能確定，數(shù)據(jù)以概率分布特點產(chǎn)生，如斷路器遠程操作、無功補償遠程投切、終端故障告警上傳等。

1.4.3 突發(fā)性數(shù)據(jù)流

突發(fā)性業(yè)務(wù)流的特點是傳輸時間集中，如電網(wǎng)故障情況下通信節(jié)點信息的上傳，通信節(jié)點之間信息交互等。

2 農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)技術(shù)體制剖析

2.1 現(xiàn)有通信技術(shù)體制剖析

利用現(xiàn)有通信技術(shù)體制[6]，可滿足前述業(yè)務(wù)需求的常用技術(shù)體制適應(yīng)性剖析如表2。

2.2 各項技術(shù)可承載業(yè)務(wù)內(nèi)容分析

綜合上述適應(yīng)性剖析，各單項技術(shù)均不能單獨解決農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)承載問題，只能為單項業(yè)務(wù)提供解決方案，對綜合業(yè)務(wù)的整體解決方案，需要在組網(wǎng)層面進行設(shè)計，具體包括以下兩個方面。

①技術(shù)層面上，除中壓PLC外的每種專網(wǎng)技術(shù)都可以單獨支持負控、自動化遙控、遙信、遙測、用電信息采集業(yè)務(wù)等五種業(yè)務(wù)組合。

②管理層面上，自動化遙控為I區(qū)業(yè)務(wù)，GPRS類公網(wǎng)不能承載，其他專網(wǎng)技術(shù)可以承載。負控為III區(qū)業(yè)務(wù)，同時是生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)，因此管理上可用公網(wǎng)傳輸，實際生產(chǎn)中以專網(wǎng)傳輸，如目前基層供電公司使用GPRS來完成負控覆蓋率指標，但不用于生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)。

因此，現(xiàn)有電力通信系統(tǒng)應(yīng)用的主流情況是：230M數(shù)傳電臺專門給負控終端使用；GPRS主要給用電信息采集使用，并負責部分自動化二遙數(shù)據(jù)（在有些地方二者還不是統(tǒng)一和移動談的）；3G無線專網(wǎng)專門給用電信息采集或配電自動化的一者使用；EPON專門給配電自動化使用，而自動化內(nèi)部又沒有將遙控和二遙分開傳。

3 農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)策略

3.1 農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)整體建設(shè)路線

農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)具有“廣域?qū)拵А焙汀肮I(yè)控制”的內(nèi)在矛盾，應(yīng)該按照“專網(wǎng)技術(shù)公網(wǎng)化，公網(wǎng)管理專網(wǎng)化”的原則，走IP化、以太網(wǎng)化的技術(shù)路線；按照業(yè)務(wù)重要性采用“專網(wǎng)為主，公網(wǎng)為輔”的原則，技術(shù)設(shè)備選擇上采用“光纖為主，無線為輔”的原則，整體按照“租用公網(wǎng)”—“專網(wǎng)骨干線覆蓋，公網(wǎng)面覆蓋”—“專網(wǎng)基本覆蓋，公網(wǎng)補盲”—“專網(wǎng)全覆蓋”的平滑建設(shè)路線。

基于以上原則，各建設(shè)方可以在技術(shù)路線的前提下，在建設(shè)路線中根據(jù)現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)基礎(chǔ)情況選擇建設(shè)起點和終點，對不同經(jīng)濟和供電重要性場景提出組網(wǎng)建議（平滑建設(shè)方案），選擇建設(shè)的起點和終點。

3.2 不同基礎(chǔ)條件下的建設(shè)方案

3.2.1 經(jīng)濟條件較好和供電重要性較高的城市配網(wǎng)

對經(jīng)濟條件較好和供電重要性較高的城市配網(wǎng)，如工商業(yè)大用戶密集，政府部門等供電重要性高的地區(qū)（如市區(qū)局政府和商業(yè)區(qū)、高可靠性示范區(qū)、工業(yè)基地等），存在較多自動化三遙、營銷采集和負控業(yè)務(wù)，對自建專網(wǎng)的需求和支撐條件都較高，定位在大力發(fā)展光纖專網(wǎng)建設(shè)，租用公網(wǎng)補盲的階段。

建設(shè)方案：以EPON光纖網(wǎng)為主，沿10KV線路將光纖盡可能敷設(shè)到三遙節(jié)點和重要用戶的負控節(jié)點處，形成拉手或環(huán)網(wǎng)保護，并盡量用多芯數(shù)的光纜，為各種業(yè)務(wù)預(yù)留通道。對剩下實在不具備光纜敷設(shè)條件，且業(yè)務(wù)重要性不高的點，再考慮自建小無線補盲或者租用公網(wǎng)補盲。

這些區(qū)域負控和用電信息采集業(yè)務(wù)可能已經(jīng)有230M數(shù)傳電臺或GPRS在承載，但還是建議將光纜敷設(shè)到相應(yīng)節(jié)點，以備將來通信和信息整合后，這些業(yè)務(wù)過渡到性能最好的光網(wǎng)上來。

3.2.2 經(jīng)濟條件和供電重要性一般級別的城市配網(wǎng)

針對經(jīng)濟條件普通和供電重要性一般的城市配網(wǎng)，如以普通居民用戶為主，供電級別不高的轄區(qū)（如普通居民區(qū)地段），業(yè)務(wù)需求主要是用電信息采集和自動化二遙，負控及遙控業(yè)務(wù)較少，該地區(qū)有自建光纖網(wǎng)的條件和發(fā)展?jié)摿?，公網(wǎng)資源也較好，定位在搭建光纖專網(wǎng)骨干框架，同時充分利用公網(wǎng)資源的階段。

建設(shè)方案：以EPON光網(wǎng)絡(luò)為主，沿10kV線路敷設(shè)光纜，覆蓋有遙控節(jié)點的骨干線路，并盡量形成拉手或環(huán)網(wǎng)保護，為自動化遙控業(yè)務(wù)提供通道，同時完成沿線其他節(jié)點信息上傳。其余不帶遙控的分支節(jié)點用GPRS方式接入。營銷用電信息采集也使用GPRS接入，負控延用現(xiàn)有230m數(shù)傳電臺不變。

然后視投資預(yù)算、業(yè)務(wù)需求及電網(wǎng)的發(fā)展情況，逐漸擴大光纜覆蓋范圍，采用平滑擴展的方式，逐步將光纜擴展到10kV線的各分支線，同時擴建EPON設(shè)備，用同纜不同芯方式將用電信息采集也通過該部分光纜接入骨干網(wǎng)，逐步替代GPRS。直到性價比、運維效率最佳的比例。

3.2.3 經(jīng)濟條件較好的農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)

針對條件較好且需要部署智能配用電業(yè)務(wù)的農(nóng)村、縣城地區(qū)，如沿變電站出線串形分布有一些企業(yè)用戶、新農(nóng)村聚居地、小縣城的場景，其業(yè)務(wù)需求主要是用電信息采集和二遙，負控和遙控點數(shù)量不多，整體呈線狀分布，并非集中分布，公網(wǎng)無線資源并不豐富，無線頻點資源較為“干凈”，有建設(shè)無線專網(wǎng)的條件和需求，但由于線狀分布的特點，直接采用光纖方式的性價比太低，所以考慮用光纖和無線專網(wǎng)耦合的方式搭建專網(wǎng)的框架，租用公網(wǎng)填充覆蓋面。

建設(shè)方案：以EPON為主，建設(shè)有遙控節(jié)點的骨干10kV線光網(wǎng)，為遙控業(yè)務(wù)提供通道。在不能形成拉手保護的地區(qū)（農(nóng)網(wǎng)常見）試點無線專網(wǎng)，為覆蓋范圍內(nèi)的用電信息采集和二遙數(shù)據(jù)提供專網(wǎng)通道，同時作為遙控業(yè)務(wù)的異網(wǎng)備份通道。其余有公網(wǎng)資源的地區(qū)用電信息采集仍采用GPRS方式接入，負控業(yè)務(wù)延用現(xiàn)有數(shù)傳電臺。

然后逐步擴大光纜覆蓋率，首先爭取形成骨干網(wǎng)的拉手或環(huán)網(wǎng)保護，其次對10kV分支線進行覆蓋，逐步擴建接入二遙和用電信息采集數(shù)據(jù)。無線專網(wǎng)設(shè)備可在光纖網(wǎng)建設(shè)到較好程度時撤下，換到其他地方再按照上述模式使用。

3.2.4 經(jīng)濟條件較差的農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)

針對經(jīng)濟條件較差的農(nóng)網(wǎng)（如區(qū)縣供電局的農(nóng)村用電信息采集片區(qū)），主要的建設(shè)重點在于一次電網(wǎng)的提升，通信作為高級應(yīng)用的支撐需求較小，目前較為明確的需求為用電信息采集。

建設(shè)方案：依據(jù)該類地區(qū)的建設(shè)性價比、人員運維實力等因素，建議采用公網(wǎng)GPRS方式處理，將建設(shè)、運維問題轉(zhuǎn)移至電信運營商。在某些特別偏的地區(qū)，甚至電信運營商未進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)，可以采用中壓PLC方式建設(shè)遠程通道，達到采集覆蓋率要求。

4 結(jié)束語

農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)是智能電網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，而承載的業(yè)務(wù)內(nèi)容及需求是推動電力通信網(wǎng)轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力。因此，本文對農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)承載業(yè)務(wù)需求進行分析，并在此基礎(chǔ)上對承載業(yè)務(wù)內(nèi)容的農(nóng)網(wǎng)通信網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)體制進行對比剖析，提出了農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)策略，為不同基礎(chǔ)條件下的農(nóng)村電網(wǎng)通信網(wǎng)建設(shè)提供建設(shè)指導方案。

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