面向農村電網的通信網建設模式研究

占永紅

摘要：隨著智能電網建設的深入推進和農村電網的逐步堅強，中壓配網通信和低壓配網通信實時性、可靠性程度相對薄弱的特點逐漸凸顯。本文通過闡述農村電網通信網業務需求，對比剖析了農村電網通信網技術體制，針對復雜多樣的通信網絡特征，設計了農村電網通信網整體建設路線，并提出了在不同基礎條件下的農村電網通信網建設方案。

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.

關鍵詞：農村電網通信網；業務需求；技術體制；建設路線

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

農村電網通信網涵蓋高壓配網通信、中壓配網通信和低壓配網通信，實現用電信息、配電自動化等智能終端設備信息的實時傳輸，但是基層配電網及農村地區電網由于點多面廣、分布無序、建設歷史等原因，存在通信網絡基礎薄弱，體系架構、構建模式還不夠完善等問題，同時，隨著新農村建設的不斷深入，現代農業以及城鄉一體化的快速發展，我國農村電力需求增勢強勁，農村電網面臨供電壓力，對供電可靠性、智能化也提出了新的要求農村配用電通信網絡存在建設成本高、維護難、可靠性低、安全隱患多等問題。為此，本文通過農村電網通信網多種通信技術體制及承載的綜合業務進行對比分析，提出了適用于農村電網通信網的建設策略和演進路線，并在多樣化基礎條件下提出了農網通信網典型建設方案。

1 農村電網通信網業務需求

1.1 農網通信網業務概述

農網通信網按電壓等級、覆蓋網點分散性分為三層結構：骨干通信網、中壓通信接入網和低壓通信接入網[1]，其中業務承載內容上主要包括以下方面：

①骨干通信網承載的業務包括調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、調度中心和變電站之間控制信號傳輸、以及一些數據量較大的辦公自動化數據，并滿足中壓通信接入網的上聯需求。國網公司建成了物理隔離的調度數據網（生產控制類數據）和綜合數據網（輔助類、辦公類數據）兩張網，調度數據網內部又采用SDH等方式物理隔離出多條專用通道供不同業務使用。而針對農網通信網特征重點分析生產控制類業務。②中壓通信接入網承載的業務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控、以及未來有源配網中基于通信的網絡化繼電保護。并滿足低壓通信接入網的上聯需求[2]。中壓通信接入網是骨干網的延伸，其上的業務大體也可以分為生產控制類業務和綜合數據類業務，前者是電力公司通信網支持的首要業務。③低壓通信接入網承載的業務主要包括用電信息采集、充電樁計量監控、用戶側小型分布式電源計量監控等。

1.2 農網通信網特點

1.2.1 網絡拓撲復雜，業務接入點多

由于配電通信網線路多依托配網線路建設，配網線路的改造會對網絡結構產生較大影響。

1.2.2 承載業務多元化

配用電通信網不僅承載配網生產、控制類信息，也承載接入配網的分布式能源、電動汽車充電站運行監控及計量等業務，而且用戶用電信息采集業務也將通過配電通信網承載[3]。

1.2.3 業務流量低，工控特性需求多樣

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

1.2.4 通信技術體制多樣

基于各類通信方式的技術經濟性分析，適于配用電通信網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 農網通信網關鍵業務分類

農網通信的關鍵業務主要是中壓通信接入網承載的生產控制業務[4]。按照目前的情況，中壓通信接入網承載的主要業務大體可分為用電信息采集、配電自動化和智能化業務，數據流特點主要是匯聚型為主，如表1。

1.4 農網通信網業務傳輸性能

農村電網通信網主要涵蓋配電網開關站、配電室、環網柜、柱上開關、公用配變、線路等以及網內專變、工商業及居民用戶表計、電動汽車充電站和分布式能源站點等相關設備，按照數據源特點，劃分成三種類型業務數據流[5]。

1.4.1 周期性業務流

周期性業務流屬于典型的時間驅動型數據，即通信報文按預定時間定時觸發，報文大小和分組長度可以事先確定，如配電自動化系統周期性狀態掃描，用電信息采集定時任務等。

1.4.2 隨機性業務流

隨機性業務流屬于典型的事件驅動型數據，報文大小和分組長度不能確定，數據以概率分布特點產生，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 突發性數據流

突發性業務流的特點是傳輸時間集中，如電網故障情況下通信節點信息的上傳，通信節點之間信息交互等。

2 農村電網通信網技術體制剖析

2.1 現有通信技術體制剖析

利用現有通信技術體制[6]，可滿足前述業務需求的常用技術體制適應性剖析如表2。

2.2 各項技術可承載業務內容分析

綜合上述適應性剖析，各單項技術均不能單獨解決農村電網通信網綜合業務承載問題，只能為單項業務提供解決方案，對綜合業務的整體解決方案，需要在組網層面進行設計，具體包括以下兩個方面。

①技術層面上，除中壓PLC外的每種專網技術都可以單獨支持負控、自動化遙控、遙信、遙測、用電信息采集業務等五種業務組合。

②管理層面上，自動化遙控為I區業務，GPRS類公網不能承載，其他專網技術可以承載。負控為III區業務，同時是生產控制業務，因此管理上可用公網傳輸，實際生產中以專網傳輸，如目前基層供電公司使用GPRS來完成負控覆蓋率指標，但不用于生產控制業務。

因此，現有電力通信系統應用的主流情況是：230M數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據（在有些地方二者還不是統一和移動談的）；3G無線專網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，而自動化內部又沒有將遙控和二遙分開傳。

3 農村電網通信網建設策略

3.1 農村電網通信網整體建設路線

農村電網通信網具有“廣域寬帶”和“工業控制”的內在矛盾，應該按照“專網技術公網化，公網管理專網化”的原則，走IP化、以太網化的技術路線；按照業務重要性采用“專網為主，公網為輔”的原則，技術設備選擇上采用“光纖為主，無線為輔”的原則，整體按照“租用公網”—“專網骨干線覆蓋，公網面覆蓋”—“專網基本覆蓋，公網補盲”—“專網全覆蓋”的平滑建設路線。

基于以上原則，各建設方可以在技術路線的前提下，在建設路線中根據現有農網通信網基礎情況選擇建設起點和終點，對不同經濟和供電重要性場景提出組網建議（平滑建設方案），選擇建設的起點和終點。

3.2 不同基礎條件下的建設方案

3.2.1 經濟條件較好和供電重要性較高的城市配網

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

建設方案：以EPON光纖網為主，沿10KV線路將光纖盡可能敷設到三遙節點和重要用戶的負控節點處，形成拉手或環網保護，并盡量用多芯數的光纜，為各種業務預留通道。對剩下實在不具備光纜敷設條件，且業務重要性不高的點，再考慮自建小無線補盲或者租用公網補盲。

這些區域負控和用電信息采集業務可能已經有230M數傳電臺或GPRS在承載，但還是建議將光纜敷設到相應節點，以備將來通信和信息整合后，這些業務過渡到性能最好的光網上來。

3.2.2 經濟條件和供電重要性一般級別的城市配網

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

建設方案：以EPON光網絡為主，沿10kV線路敷設光纜，覆蓋有遙控節點的骨干線路，并盡量形成拉手或環網保護，為自動化遙控業務提供通道，同時完成沿線其他節點信息上傳。其余不帶遙控的分支節點用GPRS方式接入。營銷用電信息采集也使用GPRS接入，負控延用現有230m數傳電臺不變。

然后視投資預算、業務需求及電網的發展情況，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，逐步替代GPRS。直到性價比、運維效率最佳的比例。

3.2.3 經濟條件較好的農村電網通信網

針對條件較好且需要部署智能配用電業務的農村、縣城地區，如沿變電站出線串形分布有一些企業用戶、新農村聚居地、小縣城的場景，其業務需求主要是用電信息采集和二遙，負控和遙控點數量不多，整體呈線狀分布，并非集中分布，公網無線資源并不豐富，無線頻點資源較為“干凈”，有建設無線專網的條件和需求，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耦合的方式搭建專網的框架，租用公網填充覆蓋面。

建設方案：以EPON為主，建設有遙控節點的骨干10kV線光網，為遙控業務提供通道。在不能形成拉手保護的地區（農網常見）試點無線專網，為覆蓋范圍內的用電信息采集和二遙數據提供專網通道，同時作為遙控業務的異網備份通道。其余有公網資源的地區用電信息采集仍采用GPRS方式接入，負控業務延用現有數傳電臺。

然后逐步擴大光纜覆蓋率，首先爭取形成骨干網的拉手或環網保護，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據。無線專網設備可在光纖網建設到較好程度時撤下，換到其他地方再按照上述模式使用。

3.2.4 經濟條件較差的農村電網通信網

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

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

4 結束語

農村電網通信網是智能電網實現的基礎，而承載的業務內容及需求是推動電力通信網轉型的核心驅動力。因此，本文對農村電網通信網承載業務需求進行分析，并在此基礎上對承載業務內容的農網通信網現有技術體制進行對比剖析，提出了農村電網通信網建設策略，為不同基礎條件下的農村電網通信網建設提供建設指導方案。

參考文獻：

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