基于智能電網的配電網通信技術應用研究

蔡曉榆 林曉田

摘 要：本文結合智能電網的業務特點、業務關系和業務對配電網通信需求，對配電網通信技術在智能電網方面應用進行了研究，并給出配電網通信可行的技術實現方案。

關鍵詞：智能電網；通信網；配電網

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

1 引言

隨著社會經濟的快速發展，各行業對電力企業提供清潔、可靠、高效的電力供應的需求日益迫切，電力企業對智能電網的研究越來越深入，智能電網成為現階段電網發展的新趨勢。建設具有高度自動化、信息化、互動化特征的堅強電網是國家電網公司的發展目標。電力網絡由發電、輸電、變電、配電網、用戶等部分組成。配電網是供電企業向客戶供電的“最后一公里線路”，是連接用戶和供電企業的關鍵環節，用戶側實時負載信息、客戶電價信息、配電網設備監測信息等都需要實時傳輸到電力企業的數據庫中。

配電通信網是保障配電網正常運行、業務實時實現、故障快速響應等功能的信息通道，由于我國電力發展長期“重發電、輕配電”，作為智能電網咽喉的配電網發展極不平衡，配電通信網存在缺乏總體規劃、各業務間通信網重復投資建設、通信網通信協議多樣，業務網絡孤立等問題。因此，建設統一接口標準、多業務融合傳輸、業務終端信息相互兼容的配電通信網極為迫切。

2 智能配用電業務分析

配電網需要借助有效的通信手段，將配電網設備運行情況數據收集并上傳到控制中心，同時將控制中心命令傳送到各配電網設備。配電網中的通信技術應用主要取決于智能配電網業務的特點。智能配電網的業務主要由配電網調度和監控業務、智能化業務、管理信息、配電網信息采集等組成。

智能配電網業務特點是：（1）業務覆蓋面廣、業務節點多、信息量大；（2）配電網設備分布廣、運行環境惡劣；（3）通信距離遠，差異性大、業務多元化；（4）通信方式多樣化。

3 智能配電網通信方式

由于電力系統的特殊性，配電網通信系統采用專用網絡或者公用通信網絡進行通信。其中電力線載波、局域網通信、光纖通信、專用無線寬帶等為專用網絡通信，CDMA、GPRS、TD-SCDMA 和無線局域網為公用通信網絡。

目前，遠程抄表、智能家居數據傳輸等方面采用的主要是電力線載波。電力線載波通信無需架設新的通信網絡，利用電力線作為傳輸介質，包括半載波和全載波兩種組網方式。電力線的架構已完善，不需要線路的基建投資和日常的維護費用，在電力系統中采用電力線載波投資少、經濟性好。但由于變壓器繞組對載波信號的隔離作用，電力載波信號只能在一臺配電變壓器的供電范圍內進行信號傳輸。同時，電力線載波傳輸速率和穩定性容易受配電變壓器供電負荷的變動干擾，通信傳輸量低、部分大流量業務無法承載。

配電網通信其通信環節最理想方案是使用電力系統自建的4G TD-LTE核心通信技術的電力專用無線網絡。電力專用無線網絡具有更高的安全性、傳輸速率快的優點。目前230MHz和1.8GHz的頻段在電力系統中采用較多，在無線傳輸條件相對較差的故障巡視、檢修等現場，宜采用1.8GHz頻帶組網，在無線傳輸條件好、地域分布分散、流量需求小的用電信息采集、配電自動化現場，可采用230MHz頻帶組網。由于無線網絡的傳輸需要基站，且傳輸覆蓋面積是以基站為中心一定半徑圓內，電力專用無線網絡在偏遠地區和山區的投資成本巨大。

隨著國家減少重復投資、充分利用資源的倡議，各大運營商推出了ADSL、SCDMA、ZigBee、PSTN等多種通信方式的寬帶接入業務，部署靈活、容易擴展，具有傳輸流量大、兼容性好、覆蓋面廣的優點，解決了電力系統自建專用無線網絡投資量大、建設周期長的難題，可以實現智能電網“全采集、全覆蓋”的要求。公用通信網絡存在系統漏洞多易受攻擊、運營成本高、擴展需運營商配合等缺點。

4 基于智能配電網的通信技術分析

4.1 主要業務分析

與普通通信業務數據分類采用語音類、數據類、視頻類、多媒體類的業務偏好分析不同，本文采用按服務類別分類的方式對智能配電網通信業務需求進行分析，通過對官方標準文件及參考文獻進行統計，得通信數據流向、單向通信延時、單節點流量、適用的通信平臺等信息，保障了分析數據的樣本性和準確性。以配電網調度和監控業務類別中的配電自動化為例，數據流向為柱上開關、環網柜終端—配電子站—配電主站，單向通信延時<500ms，單節點流量<20kbit/s，適用的通信平臺為電力線載波或電力專用網絡。

4.2 網絡性能需求分析

配電網通信業務不同于普通的移動通信業務，在智能配用電通信網網絡決策切換度量上映考慮以下幾點：

（1）安全性。配電網中對外業務公網通信漏洞多，電力線載波通信信息完整性較差，專網安全性最高。

（2）可用性。發射信號強度、覆蓋面積、接收信號強度、信號干擾比決定了通信網絡的可用性。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，公網次之。

（3）傳輸時延。配電網中通信業務時延要求有秒級和分鐘級兩種，對于故障處理時限的通信要求在秒級以下。

（4）服務速率：智能電表到主站中心通信雖然對傳輸速率和實時性要求不高，單點帶寬采用kbps級，匯集帶寬一般可以達到1Mbps，配電變壓器、線路開關等測量裝置要求帶寬要求kbps—Mbps之間。

（5）經濟成本。配電網設備分布廣、運行環境復雜，在通信網絡的選擇上應綜合考慮需求和高效綜合的運行方式，節約開支。

5 基于智能配電網的通信技術實例

以智能配電網的配電自動化系統為例，配電自動化系統由配電設備終端、配電子站、配電自動化主站三部分組成，具備饋線自動化、故障分析、設備監控、遠程操作、用電信息采集、內部管理監控綜合功能。配電終端包括環網柜、柱上開關、配變監測終端等控制單元。為實現智能配電網通信功能，采用電力線載波、專用無線網絡、公用無線網絡、光纖通信融合的通信網絡構架。

各個配電終端采集的信息上傳至配電子站，配電子站下發各控制信號到終端設備。配電子站的信號匯集到配電主站，配電主站對信號進行分析、處理，并根據需要進行需求響應。同時配電主站可以下達各處開關進行操作命令，對配單網中的設備進行遠程遙控操作。

6 總結

本文對智能配電網的業務進行分析，概括性介紹了各通信網絡的方式、特點，對智能配電網通信技術業務、網絡性能需求進行分析。在此基礎上對智能配電網通信技術應用進行了實例分析，提出了切實可行的應用方法。

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