基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用研究

蔡曉榆 林曉田

摘 要：本文結(jié)合智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)、業(yè)務(wù)關(guān)系和業(yè)務(wù)對(duì)配電網(wǎng)通信需求，對(duì)配電網(wǎng)通信技術(shù)在智能電網(wǎng)方面應(yīng)用進(jìn)行了研究，并給出配電網(wǎng)通信可行的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；通信網(wǎng)；配電網(wǎng)

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

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)電力企業(yè)提供清潔、可靠、高效的電力供應(yīng)的需求日益迫切，電力企業(yè)對(duì)智能電網(wǎng)的研究越來(lái)越深入，智能電網(wǎng)成為現(xiàn)階段電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)。建設(shè)具有高度自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化特征的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)是國(guó)家電網(wǎng)公司的發(fā)展目標(biāo)。電力網(wǎng)絡(luò)由發(fā)電、輸電、變電、配電網(wǎng)、用戶(hù)等部分組成。配電網(wǎng)是供電企業(yè)向客戶(hù)供電的“最后一公里線路”，是連接用戶(hù)和供電企業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，用戶(hù)側(cè)實(shí)時(shí)負(fù)載信息、客戶(hù)電價(jià)信息、配電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)信息等都需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娏ζ髽I(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

配電通信網(wǎng)是保障配電網(wǎng)正常運(yùn)行、業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)、故障快速響應(yīng)等功能的信息通道，由于我國(guó)電力發(fā)展長(zhǎng)期“重發(fā)電、輕配電”，作為智能電網(wǎng)咽喉的配電網(wǎng)發(fā)展極不平衡，配電通信網(wǎng)存在缺乏總體規(guī)劃、各業(yè)務(wù)間通信網(wǎng)重復(fù)投資建設(shè)、通信網(wǎng)通信協(xié)議多樣，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)孤立等問(wèn)題。因此，建設(shè)統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、多業(yè)務(wù)融合傳輸、業(yè)務(wù)終端信息相互兼容的配電通信網(wǎng)極為迫切。

2 智能配用電業(yè)務(wù)分析

配電網(wǎng)需要借助有效的通信手段，將配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況數(shù)據(jù)收集并上傳到控制中心，同時(shí)將控制中心命令傳送到各配電網(wǎng)設(shè)備。配電網(wǎng)中的通信技術(shù)應(yīng)用主要取決于智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)。智能配電網(wǎng)的業(yè)務(wù)主要由配電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)控業(yè)務(wù)、智能化業(yè)務(wù)、管理信息、配電網(wǎng)信息采集等組成。

智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)是：（1）業(yè)務(wù)覆蓋面廣、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)多、信息量大；（2）配電網(wǎng)設(shè)備分布廣、運(yùn)行環(huán)境惡劣；（3）通信距離遠(yuǎn)，差異性大、業(yè)務(wù)多元化；（4）通信方式多樣化。

3 智能配電網(wǎng)通信方式

由于電力系統(tǒng)的特殊性，配電網(wǎng)通信系統(tǒng)采用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)或者公用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。其中電力線載波、局域網(wǎng)通信、光纖通信、專(zhuān)用無(wú)線寬帶等為專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)通信，CDMA、GPRS、TD-SCDMA 和無(wú)線局域網(wǎng)為公用通信網(wǎng)絡(luò)。

目前，遠(yuǎn)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(wú)需架設(shè)新的通信網(wǎng)絡(luò)，利用電力線作為傳輸介質(zhì)，包括半載波和全載波兩種組網(wǎng)方式。電力線的架構(gòu)已完善，不需要線路的基建投資和日常的維護(hù)費(fèi)用，在電力系統(tǒng)中采用電力線載波投資少、經(jīng)濟(jì)性好。但由于變壓器繞組對(duì)載波信號(hào)的隔離作用，電力載波信號(hào)只能在一臺(tái)配電變壓器的供電范圍內(nèi)進(jìn)行信號(hào)傳輸。同時(shí)，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(fù)荷的變動(dòng)干擾，通信傳輸量低、部分大流量業(yè)務(wù)無(wú)法承載。

配電網(wǎng)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(shù)的電力專(zhuān)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。電力專(zhuān)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有更高的安全性、傳輸速率快的優(yōu)點(diǎn)。目前230MHz和1.8GHz的頻段在電力系統(tǒng)中采用較多，在無(wú)線傳輸條件相對(duì)較差的故障巡視、檢修等現(xiàn)場(chǎng)，宜采用1.8GHz頻帶組網(wǎng)，在無(wú)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(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)，可采用230MHz頻帶組網(wǎng)。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)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(nèi)，電力專(zhuān)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在偏遠(yuǎn)地區(qū)和山區(qū)的投資成本巨大。

隨著國(guó)家減少重復(fù)投資、充分利用資源的倡議，各大運(yùn)營(yíng)商推出了ADSL、SCDMA、ZigBee、PSTN等多種通信方式的寬帶接入業(yè)務(wù)，部署靈活、容易擴(kuò)展，具有傳輸流量大、兼容性好、覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)，解決了電力系統(tǒng)自建專(zhuān)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)投資量大、建設(shè)周期長(zhǎng)的難題，可以實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)“全采集、全覆蓋”的要求。公用通信網(wǎng)絡(luò)存在系統(tǒng)漏洞多易受攻擊、運(yùn)營(yíng)成本高、擴(kuò)展需運(yùn)營(yíng)商配合等缺點(diǎn)。

4 基于智能配電網(wǎng)的通信技術(shù)分析

4.1 主要業(yè)務(wù)分析

與普通通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分類(lèi)采用語(yǔ)音類(lèi)、數(shù)據(jù)類(lèi)、視頻類(lèi)、多媒體類(lèi)的業(yè)務(wù)偏好分析不同，本文采用按服務(wù)類(lèi)別分類(lèi)的方式對(duì)智能配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)官方標(biāo)準(zhǔn)文件及參考文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得通信數(shù)據(jù)流向、單向通信延時(shí)、單節(jié)點(diǎn)流量、適用的通信平臺(tái)等信息，保障了分析數(shù)據(jù)的樣本性和準(zhǔn)確性。以配電網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)控業(yè)務(wù)類(lèi)別中的配電自動(dòng)化為例，數(shù)據(jù)流向?yàn)橹祥_(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜終端—配電子站—配電主站，單向通信延時(shí)<500ms，單節(jié)點(diǎn)流量<20kbit/s，適用的通信平臺(tái)為電力線載波或電力專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)性能需求分析

配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)不同于普通的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，在智能配用電通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)決策切換度量上映考慮以下幾點(diǎn)：

（1）安全性。配電網(wǎng)中對(duì)外業(yè)務(wù)公網(wǎng)通信漏洞多，電力線載波通信信息完整性較差，專(zhuān)網(wǎng)安全性最高。

（2）可用性。發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度、覆蓋面積、接收信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)干擾比決定了通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)次之。

（3）傳輸時(shí)延。配電網(wǎng)中通信業(yè)務(wù)時(shí)延要求有秒級(jí)和分鐘級(jí)兩種，對(duì)于故障處理時(shí)限的通信要求在秒級(jí)以下。

（4）服務(wù)速率：智能電表到主站中心通信雖然對(duì)傳輸速率和實(shí)時(shí)性要求不高，單點(diǎn)帶寬采用kbps級(jí)，匯集帶寬一般可以達(dá)到1Mbps，配電變壓器、線路開(kāi)關(guān)等測(cè)量裝置要求帶寬要求kbps—Mbps之間。

（5）經(jīng)濟(jì)成本。配電網(wǎng)設(shè)備分布廣、運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，在通信網(wǎng)絡(luò)的選擇上應(yīng)綜合考慮需求和高效綜合的運(yùn)行方式，節(jié)約開(kāi)支。

5 基于智能配電網(wǎng)的通信技術(shù)實(shí)例

以智能配電網(wǎng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)為例，配電自動(dòng)化系統(tǒng)由配電設(shè)備終端、配電子站、配電自動(dòng)化主站三部分組成，具備饋線自動(dòng)化、故障分析、設(shè)備監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作、用電信息采集、內(nèi)部管理監(jiān)控綜合功能。配電終端包括環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)、配變監(jiān)測(cè)終端等控制單元。為實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)通信功能，采用電力線載波、專(zhuān)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、公用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、光纖通信融合的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

各個(gè)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(hào)到終端設(shè)備。配電子站的信號(hào)匯集到配電主站，配電主站對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理，并根據(jù)需要進(jìn)行需求響應(yīng)。同時(shí)配電主站可以下達(dá)各處開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作命令，對(duì)配單網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

6 總結(jié)

本文對(duì)智能配電網(wǎng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，概括性介紹了各通信網(wǎng)絡(luò)的方式、特點(diǎn)，對(duì)智能配電網(wǎng)通信技術(shù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)性能需求進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)智能配電網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)例分析，提出了切實(shí)可行的應(yīng)用方法。

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