電力物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)技術(shù)研究

吳凱文，楊 丹，熊倍萱

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671000）

2019年國(guó)家電網(wǎng)提出“三型兩網(wǎng)，世界一流”的發(fā)展目標(biāo)，明確指出打造“兩網(wǎng)”的建設(shè)目標(biāo)。其中，兩網(wǎng)不僅包括堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一運(yùn)行，更加重要的是突出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)萬(wàn)物互聯(lián)，人機(jī)交互，具有全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活性的特點(diǎn)[1]。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)技術(shù)還沒有進(jìn)行基礎(chǔ)確定，對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用產(chǎn)生了一定的影響。因此，加強(qiáng)對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)技術(shù)的研究具有重要的實(shí)際意義。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概述

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國(guó)家電網(wǎng)提出的“三型兩網(wǎng)”建設(shè)和運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，能夠在一定程度上提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，促進(jìn)企業(yè)綜合能力的提升，有助于提升企業(yè)積極應(yīng)對(duì)來(lái)自內(nèi)外的挑戰(zhàn)。合理應(yīng)用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，可確保電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，提升投資效益，提升電力系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，最大程度上體現(xiàn)了電網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)不僅涵蓋了感知層、網(wǎng)絡(luò)層，而且還包含了平臺(tái)層和應(yīng)用層，四個(gè)部分的結(jié)構(gòu)對(duì)整體物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)正常運(yùn)作起到了舉足輕重的作用。

感應(yīng)層主要是對(duì)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，擴(kuò)展信息接收范圍。對(duì)終端數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端業(yè)務(wù)的有效控制，促進(jìn)配電側(cè)以及用電側(cè)信息深度覆蓋，有效提升終端智能化和邊緣計(jì)算水平[2]。為了進(jìn)一步拓寬感知層接收信息的范圍，需加大對(duì)感知層的終端投入，例如智能電表、智能傳感器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)、輸、變、配、用等全過程的信息采集。平臺(tái)層是實(shí)現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和兩網(wǎng)融合建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在國(guó)網(wǎng)云一體化云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)超大規(guī)模終端統(tǒng)一物聯(lián)管理，建設(shè)全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，提高數(shù)據(jù)處理效率。在數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)管理中心的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和共享數(shù)據(jù)功能。對(duì)海量的電力終端物聯(lián)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集和共享，深度挖掘數(shù)據(jù)潛在價(jià)值，為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支撐，促進(jìn)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的精細(xì)化管理。由此可見，平臺(tái)層在整個(gè)電力物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮著重要關(guān)鍵作用，不僅承接了2B以及2C業(yè)務(wù)，而且可高效處理電力數(shù)據(jù)，促進(jìn)整體架構(gòu)運(yùn)作效率的提升[3]。

為提升電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，加強(qiáng)對(duì)電力無(wú)線專網(wǎng)的建設(shè)是最為有效的方式。電力無(wú)線專網(wǎng)安全性比較高，運(yùn)行成本低，對(duì)于有效解決泛在電力物聯(lián)網(wǎng)機(jī)入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用具有重要實(shí)際意義。在通信衛(wèi)星和5G等現(xiàn)代化無(wú)線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，電力無(wú)線專網(wǎng)可高速實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息，并能夠在傳輸過程中保障數(shù)據(jù)信息的安全性和可靠性。有效建設(shè)網(wǎng)絡(luò)層不僅可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)帶寬，而且在一定程度上可以促進(jìn)全覆蓋，符合新興業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

應(yīng)用層是建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要目標(biāo)，在平臺(tái)層數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，為電網(wǎng)調(diào)度和檢查維修提供依據(jù)，提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理效率提升，為客戶提供更加優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，提高清潔能源的消納能力，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。在對(duì)外業(yè)務(wù)中，主要是提供智能服務(wù)，助推新型業(yè)務(wù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)務(wù)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，建設(shè)能源生態(tài)體系。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層在多層骨干網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等方面的建設(shè)已經(jīng)比較全面，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)接收全面覆蓋。但是在應(yīng)用接入網(wǎng)技術(shù)方面還存在一定的問題，嚴(yán)重影響了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“最后一千米”的接入效率。

應(yīng)用接入網(wǎng)技術(shù)的方式主要包括有線接入和無(wú)線接入兩種類型。其中有線接入主要包括光纖、電力載波通信技術(shù)等。無(wú)線接入方式主要包括電力無(wú)線專網(wǎng)、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)（5G）、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等。國(guó)家電網(wǎng)要結(jié)合實(shí)際需要，對(duì)接入方式進(jìn)行科學(xué)合理的分析，從而選擇最佳的接入方案，有效解決泛在電力物聯(lián)網(wǎng)接入問題。下面主要對(duì)各種類型的接入技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行具體分析和研究，以便為國(guó)家電網(wǎng)選擇合適的接入網(wǎng)技術(shù)提供參考依據(jù)。

2.1 光纖接入網(wǎng)技術(shù)

光纖接入網(wǎng)技術(shù)主要由兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成，即有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）。有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）主要包括SDH技術(shù)、ATM技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)。只有無(wú)源器件構(gòu)成的光配線網(wǎng)被稱為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)[4]。

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是FTTX的關(guān)鍵技術(shù)。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)不僅包括光網(wǎng)絡(luò)單元和光分配網(wǎng)絡(luò)，而且還涵蓋了線路終端。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）能夠減少主干光纖資源和網(wǎng)絡(luò)層次，在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，能夠提升雙向高帶寬能力，包容性較強(qiáng)，能夠適應(yīng)多種接入任務(wù)。此外這種接入技術(shù)在運(yùn)營(yíng)過程中消耗成本較低，非常適合應(yīng)用在小面積密集用戶區(qū)域。

在利用光纖接入技術(shù)時(shí)，為了提高信息傳輸?shù)乃俣群托?，適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展對(duì)信息的高需求，在加強(qiáng)主干傳輸網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，注重對(duì)用戶接入部分的技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)光纖到達(dá)值的差異性，把光纖寬帶接入分為以下幾種方式：FTB、FTTC、FTTCaB、FTTH，并把他們并稱為FTTx。

FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的終端，能全面接入光纖信息。在應(yīng)用FTTH技術(shù)時(shí)，要結(jié)合光纖的具體寬帶特點(diǎn)和屬性，為用戶提供無(wú)限帶寬，最大程度上滿足用戶的個(gè)性化需求。實(shí)際應(yīng)用FTTH技術(shù)后應(yīng)用效果良好，并得到了居民用戶、企業(yè)用戶等人群的良好評(píng)價(jià)。制定了統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)要求，進(jìn)一步促進(jìn)了FTTH技術(shù)的有效應(yīng)用。總體而言，光纖接入技術(shù)具有實(shí)時(shí)性、帶寬大、信號(hào)傳輸穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，但是也必須客觀評(píng)價(jià)其缺點(diǎn)，例如建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)、涉及環(huán)節(jié)較多、難以協(xié)調(diào)等。因此，光纖接入技術(shù)主要在高速傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)中進(jìn)行被使用。

2.2 電力無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)

目前電力無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)主要包括LTE230和IoT230兩種技術(shù)類型[5]。LTE230和IoT230都使用了無(wú)線蜂窩網(wǎng)架構(gòu)，本文主要從以下幾方面對(duì)兩種技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行全面分析比較，以便對(duì)其性能和特點(diǎn)進(jìn)行深度了解，為選擇更加合適的接入網(wǎng)技術(shù)提供參考依據(jù)：①傳輸速率。LTE230終端速率較高，支持視頻等電力寬帶業(yè)務(wù)，IoT230主要在窄帶低速電力業(yè)務(wù)中被應(yīng)用。②連接數(shù)量。在技術(shù)理論方面，兩者都可以實(shí)現(xiàn)50 000的連接量，但是在實(shí)際的、應(yīng)用過程中，LTE230實(shí)現(xiàn)了10 000以上的終端應(yīng)用，而IoT230還沒有進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用連接。③移動(dòng)性。LTE230在實(shí)際的業(yè)務(wù)應(yīng)用中支持越區(qū)切換，在電力移動(dòng)業(yè)務(wù)的傳輸業(yè)務(wù)方面發(fā)揮了重要的積極作用?，F(xiàn)階段IoT230只能接入固定終端。④傳輸時(shí)延。LTE230和IoT230在傳輸時(shí)延上的差距較小，都可以滿足電網(wǎng)傳輸時(shí)延要求。⑤覆蓋率。在條件比較差的區(qū)域，沒有實(shí)現(xiàn)完全覆蓋。⑥成本。在實(shí)際應(yīng)用中兩種技術(shù)的成本消耗較為相近。⑦業(yè)務(wù)支持。LTE230具備寬帶移動(dòng)功能，并在實(shí)際業(yè)務(wù)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在分布式能源接入、應(yīng)急搶修等方面發(fā)揮了重要優(yōu)勢(shì)作用。但是目前IoT230這方面的功能還不能實(shí)現(xiàn)。

2.3 運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)

通常情況下運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)租用4G或者5G網(wǎng)絡(luò)以供使用。運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要是信號(hào)覆蓋范圍較廣，初建階段沒有建設(shè)成本，但是長(zhǎng)期使用成本較高，安全性較差。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

一般情況下，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)主要包括以下兩方面的技術(shù)應(yīng)用：①短距離通信技術(shù)主要在信號(hào)傳輸距離比較短的情況下被使用，在實(shí)際應(yīng)用過程中廣泛應(yīng)用的技術(shù)有Wi-Fi、Z-wave等技術(shù)；②廣域網(wǎng)通信技術(shù)也被稱為L(zhǎng)PWAN，主要應(yīng)用在智能抄表中方面。

LPWAN包括以下兩種類型：①非授權(quán)頻段應(yīng)用技術(shù)，如Lora、Sigfox等技術(shù)；②授權(quán)頻段廣泛應(yīng)用的技術(shù)是NB技術(shù)等。一般情況下，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用成本較低，部署環(huán)節(jié)較為簡(jiǎn)便，可以利用多種形式，但是信號(hào)傳輸安全性較低。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在國(guó)家電網(wǎng)發(fā)展過程中，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術(shù)主要包括有線接入技術(shù)和無(wú)線接入技術(shù)。對(duì)它們的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)進(jìn)行了科學(xué)合理地分析和比較，并結(jié)合實(shí)際情況，選擇最佳的接入方案，促進(jìn)中國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。