電力物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)技術研究

吳凱文，楊 丹，熊倍萱

（云南電網(wǎng)有限責任公司大理供電局，云南 大理 671000）

2019年國家電網(wǎng)提出“三型兩網(wǎng)，世界一流”的發(fā)展目標，明確指出打造“兩網(wǎng)”的建設目標。其中，兩網(wǎng)不僅包括堅強智能電網(wǎng)，實現(xiàn)各級網(wǎng)絡的協(xié)調統(tǒng)一運行，更加重要的是突出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)萬物互聯(lián)，人機交互，具有全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活性的特點[1]。但是在實際應用過程中，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)技術還沒有進行基礎確定，對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的具體應用產(chǎn)生了一定的影響。因此，加強對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的接入網(wǎng)技術的研究具有重要的實際意義。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概述

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國家電網(wǎng)提出的“三型兩網(wǎng)”建設和運營目標，能夠在一定程度上提升企業(yè)的核心競爭實力，促進企業(yè)綜合能力的提升，有助于提升企業(yè)積極應對來自內外的挑戰(zhàn)。合理應用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，可確保電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行，并實現(xiàn)精細化管理，提升投資效益，提升電力系統(tǒng)的服務質量，最大程度上體現(xiàn)了電網(wǎng)的獨特優(yōu)勢。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的總體結構不僅涵蓋了感知層、網(wǎng)絡層，而且還包含了平臺層和應用層，四個部分的結構對整體物聯(lián)網(wǎng)的架構正常運作起到了舉足輕重的作用。

感應層主要是對通信技術標準進行統(tǒng)一，擴展信息接收范圍。對終端數(shù)據(jù)信息進行采集，實現(xiàn)對終端業(yè)務的有效控制，促進配電側以及用電側信息深度覆蓋，有效提升終端智能化和邊緣計算水平[2]。為了進一步拓寬感知層接收信息的范圍，需加大對感知層的終端投入，例如智能電表、智能傳感器等，實現(xiàn)對發(fā)、輸、變、配、用等全過程的信息采集。平臺層是實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和兩網(wǎng)融合建設的關鍵環(huán)節(jié)。在國網(wǎng)云一體化云平臺的基礎上，促進超大規(guī)模終端統(tǒng)一物聯(lián)管理，建設全業(yè)務統(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)管理中心的基礎上，實現(xiàn)存儲和共享數(shù)據(jù)功能。對海量的電力終端物聯(lián)進行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集和共享，深度挖掘數(shù)據(jù)潛在價值，為平臺提供數(shù)據(jù)支撐，促進聯(lián)網(wǎng)設備的精細化管理。由此可見，平臺層在整個電力物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮著重要關鍵作用，不僅承接了2B以及2C業(yè)務，而且可高效處理電力數(shù)據(jù)，促進整體架構運作效率的提升[3]。

為提升電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性，增強網(wǎng)絡擴展，加強對電力無線專網(wǎng)的建設是最為有效的方式。電力無線專網(wǎng)安全性比較高，運行成本低，對于有效解決泛在電力物聯(lián)網(wǎng)機入網(wǎng)技術的應用具有重要實際意義。在通信衛(wèi)星和5G等現(xiàn)代化無線通信技術的基礎上，電力無線專網(wǎng)可高速實時傳輸數(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。有效建設網(wǎng)絡層不僅可以增強網(wǎng)絡帶寬，而且在一定程度上可以促進全覆蓋，符合新興業(yè)務的發(fā)展需求。

應用層是建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要目標，在平臺層數(shù)據(jù)信息的基礎上，為電網(wǎng)調度和檢查維修提供依據(jù)，提升企業(yè)經(jīng)營管理效率提升，為客戶提供更加優(yōu)質的電力服務，提高清潔能源的消納能力，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。在對外業(yè)務中，主要是提供智能服務，助推新型業(yè)務發(fā)展，實現(xiàn)對外業(yè)務戰(zhàn)略轉型，建設能源生態(tài)體系。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的綜合結構中，網(wǎng)絡層在多層骨干網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等方面的建設已經(jīng)比較全面，實現(xiàn)了信號接收全面覆蓋。但是在應用接入網(wǎng)技術方面還存在一定的問題，嚴重影響了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“最后一千米”的接入效率。

應用接入網(wǎng)技術的方式主要包括有線接入和無線接入兩種類型。其中有線接入主要包括光纖、電力載波通信技術等。無線接入方式主要包括電力無線專網(wǎng)、移動運營商網(wǎng)絡（5G）、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡等。國家電網(wǎng)要結合實際需要，對接入方式進行科學合理的分析，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。下面主要對各種類型的接入技術的特點進行具體分析和研究，以便為國家電網(wǎng)選擇合適的接入網(wǎng)技術提供參考依據(jù)。

2.1 光纖接入網(wǎng)技術

光纖接入網(wǎng)技術主要由兩種網(wǎng)絡技術構成，即有源光網(wǎng)絡（AON）和無源光網(wǎng)絡（PON）。有源光網(wǎng)絡（AON）主要包括SDH技術、ATM技術和以太網(wǎng)技術。只有無源器件構成的光配線網(wǎng)被稱為無源光網(wǎng)絡[4]。

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

在利用光纖接入技術時，為了提高信息傳輸?shù)乃俣群托剩m應現(xiàn)代化社會發(fā)展對信息的高需求，在加強主干傳輸網(wǎng)絡的同時，注重對用戶接入部分的技術應用。根據(jù)光纖到達值的差異性，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。在應用FTTH技術時，要結合光纖的具體寬帶特點和屬性，為用戶提供無限帶寬，最大程度上滿足用戶的個性化需求。實際應用FTTH技術后應用效果良好，并得到了居民用戶、企業(yè)用戶等人群的良好評價。制定了統(tǒng)一的技術標準和建設要求，進一步促進了FTTH技術的有效應用。總體而言，光纖接入技術具有實時性、帶寬大、信號傳輸穩(wěn)定的優(yōu)勢，但是也必須客觀評價其缺點，例如建設時間長、涉及環(huán)節(jié)較多、難以協(xié)調等。因此，光纖接入技術主要在高速傳輸?shù)葮I(yè)務中進行被使用。

2.2 電力無線專網(wǎng)技術

目前電力無線專網(wǎng)技術主要包括LTE230和IoT230兩種技術類型[5]。LTE230和IoT230都使用了無線蜂窩網(wǎng)架構，本文主要從以下幾方面對兩種技術應用進行全面分析比較，以便對其性能和特點進行深度了解，為選擇更加合適的接入網(wǎng)技術提供參考依據(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，IoT230主要在窄帶低速電力業(yè)務中被應用。②連接數(shù)量。在技術理論方面，兩者都可以實現(xiàn)50 000的連接量，但是在實際的、應用過程中，LTE230實現(xiàn)了10 000以上的終端應用，而IoT230還沒有進行實際的應用連接。③移動性。LTE230在實際的業(yè)務應用中支持越區(qū)切換，在電力移動業(yè)務的傳輸業(yè)務方面發(fā)揮了重要的積極作用。現(xiàn)階段IoT230只能接入固定終端。④傳輸時延。LTE230和IoT230在傳輸時延上的差距較小，都可以滿足電網(wǎng)傳輸時延要求。⑤覆蓋率。在條件比較差的區(qū)域，沒有實現(xiàn)完全覆蓋。⑥成本。在實際應用中兩種技術的成本消耗較為相近。⑦業(yè)務支持。LTE230具備寬帶移動功能，并在實際業(yè)務中得到廣泛應用，尤其是在分布式能源接入、應急搶修等方面發(fā)揮了重要優(yōu)勢作用。但是目前IoT230這方面的功能還不能實現(xiàn)。

2.3 運營商公網(wǎng)

通常情況下運營商公網(wǎng)租用4G或者5G網(wǎng)絡以供使用。運營商公網(wǎng)技術的優(yōu)勢主要是信號覆蓋范圍較廣，初建階段沒有建設成本，但是長期使用成本較高，安全性較差。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)通信技術

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

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

3 結語

綜上所述，在國家電網(wǎng)發(fā)展過程中，建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)成為重要的發(fā)展趨勢。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)技術主要包括有線接入技術和無線接入技術。對它們的優(yōu)勢和缺點進行了科學合理地分析和比較，并結合實際情況，選擇最佳的接入方案，促進中國電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。