智能配電網(wǎng)通信技術(shù)研究

段 森

（國網(wǎng)徐州市銅山區(qū)供電公司，江蘇 徐州 221000）

1 智能配電網(wǎng)通信現(xiàn)狀

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，智能配電網(wǎng)需要為儲能電站、電動汽車充換電站、分布式能源以及微電網(wǎng)裝置等提供高質(zhì)量和高水平的服務(wù)。智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，其實現(xiàn)的基礎(chǔ)條件之一就是智能配電通信網(wǎng)。智能配電通信網(wǎng)的建設(shè)原則是利用安全可靠、先進成熟以及經(jīng)濟合理的通信技術(shù)，滿足智能配電網(wǎng)現(xiàn)階段及未來對配電通信網(wǎng)的需求。

智能配電通信網(wǎng)主要采用同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH） 光纖傳輸技術(shù)和以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）傳輸技術(shù)。

SDH 光端機容量較大，一般是16 E1 到4 032 E1。E1（2M）通道指建立在光纖傳輸系統(tǒng)上，為繼電保護裝置和穩(wěn)控裝置提供復(fù)用的電信號通道。保護裝置和穩(wěn)控裝置發(fā)出信號需要經(jīng)過規(guī)定的接口傳送給復(fù)用設(shè)備，然后經(jīng)復(fù)用設(shè)備傳輸至對端站點。SDH光纖傳輸系統(tǒng)能夠為站端之間的繼電保護裝置和穩(wěn)控裝置提供可靠的通信通道，但是該系統(tǒng)涉及的設(shè)備較多，設(shè)備及站端之間的光纜投資大，運維壓力也較大[1]。SDH 光纖傳輸系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 SDH 光纖傳輸系統(tǒng)原理

EPON 技術(shù)采用點到多點結(jié)構(gòu)和無源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）傳輸，通過以太網(wǎng)提供多業(yè)務(wù)傳輸。其在物理層采用PON 技術(shù)，在鏈路層采用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON 的拓?fù)鋵崿F(xiàn)了以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接入。EPON 技術(shù)綜合了以太網(wǎng)技術(shù)和PON技術(shù)的優(yōu)點，包括擴展性強、服務(wù)重組靈活快速、高帶寬、高兼容性、方便管理以及低成本等。配電網(wǎng)EPON 綜合接入系統(tǒng)可承載的業(yè)務(wù)類型包括RS 232/RS 485 串口業(yè)務(wù)和IP 業(yè)務(wù)，支持多種電力通信規(guī)約，支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)（視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)）、時分復(fù)用業(yè)務(wù)等。EPON 光纖傳輸主要作為10 kV 配電終端之間、10 kV配電終端與35 kV變電站之間的通信方案，為配電終端的自動化信息傳輸提供通信通道。EPON光纖傳輸系統(tǒng)依賴于站端之間的光纜，光纜運維壓力較大。EPON 傳輸系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 EPON 傳輸系統(tǒng)原理

2 5G 通信技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，5G 傳輸速度與帶寬方面也得到了不斷增強。與4G 通信技術(shù)相比，5G 通信技術(shù)對基站峰值速率提出了更高的要求，使人們能夠擁有更加舒適的上網(wǎng)體驗，如可以實時查看高分辨率圖片和4K/8K 高畫質(zhì)視頻等，并進一步滿足人們的通信需求。同時，5G 通信技術(shù)因其具備傳輸速率快的優(yōu)勢，能夠大幅縮短物與物之間和物與人之間的信息傳輸時間，使得萬物互聯(lián)的操作更加自然。

物聯(lián)網(wǎng)智能信息的服務(wù)質(zhì)量受無線通信覆蓋面積的影響。5G 通信技術(shù)具有覆蓋廣的優(yōu)勢，且不易受地理環(huán)境與位置等因素的限制。因此，5G 通信技術(shù)能夠在山區(qū)和森林等空曠面積少的地區(qū)實現(xiàn)信號的覆蓋。此外，5G 網(wǎng)絡(luò)的延時較低，通常為1 ms 以內(nèi)，使其在保證覆蓋廣的同時，提升了信息傳輸?shù)臅r效性。5G通信技術(shù)能夠被應(yīng)用在延時要求較高的行業(yè)中，如儀器儀表實時數(shù)顯和遠(yuǎn)程醫(yī)療等[2]。

3 智能配電網(wǎng)5G 通信技術(shù)應(yīng)用方案

對于具備光纜敷設(shè)到站條件的110 kV 變電站和35 kV 變電站，以SDH 光纖傳輸技術(shù)與5G 通信技術(shù)相結(jié)合的方式，針對不同應(yīng)用場景采用相應(yīng)的通信方式。對于控制業(yè)務(wù)、保護業(yè)務(wù)以及調(diào)度業(yè)務(wù)，以SDH 光纖傳輸技術(shù)為主要通信方式，5G 使用設(shè)備到設(shè)備（Device to Device，D2D）傳輸模式，直接進行設(shè)備與設(shè)備之間的通信，不僅能夠節(jié)約資源，還能有效降低時延。4G 網(wǎng)絡(luò)的時延在30 ～90 ms，對于5G 而言時延小于1 ms，時延更短，以滿足其對通信通道超低時延、超高可靠的要求。對于機器人/無人機數(shù)據(jù)回傳、虛擬現(xiàn)實技術(shù)/增強現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality/Augmented Reality，VR/AR）運檢以及整站安防或遠(yuǎn)程診斷業(yè)務(wù)，在現(xiàn)有移動寬帶業(yè)務(wù)場景的基礎(chǔ)上，對用戶體驗等性能進一步提升，通過增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）滿足業(yè)務(wù)對通信通道超高速率的要求。在大規(guī)模機器通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的應(yīng)用場景中實現(xiàn)海量傳感器的連接，達到萬物互聯(lián)的效果，以保證各傳感器對通信通道局部高密度連接的要求[3]。

對于具備光纜敷設(shè)到站條件的10 kV 配電終端，以EPON 技術(shù)與5G 通信技術(shù)相結(jié)合的方式，針對不同應(yīng)用場景采用相應(yīng)的通信方式。對于配電自動化“三遙”（遙測、遙控以及遙信）采用EPON 技術(shù)傳輸為主用通信方式，通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)來保障通信，保證低時延高可靠通信（ultra-Reliable Low-Latency Communications，uRLLC）應(yīng)用場景中對通信通道超低時延性和超高可靠性的要求。對于配電運行監(jiān)控業(yè)務(wù)采用eMBB 的應(yīng)用場景模式，保證對通信通道超高速率的要求。對于配電自動化“二遙”（遙信和遙測），采用eMBB 的應(yīng)用場景模式，保證其對通信通道局部高密度連接的要求[4]。

4 基于計算機通信技術(shù)的智能配電網(wǎng)改造措施

4.1 提升計算機通信技術(shù)的可用性

推動智能配電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵在于通信技術(shù)，通信技術(shù)也是配電網(wǎng)自動化升級的重要支撐，因此必須要提升計算機通信技術(shù)的可用性。首先可以對通信硬件設(shè)備進行升級，提升通信技術(shù)的抗干擾能力，使得配電網(wǎng)在不同場地下都能滿足運營需求。其次，可以將通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）作為通信技術(shù)的主要方式，以全球移動通信 系 統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源。最后，通過各供電公司與各地區(qū)的移動通信網(wǎng)絡(luò)的整合，實現(xiàn)各地區(qū)各供電公司的GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而滿足長距離的通信需求，提升計算機通信技術(shù)的可用性[5]。

4.2 借助電子計算機通訊技術(shù)健全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

近年來，隨著信息化程度的不斷提升，計算機通信技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與完善中，依托計算機通信技術(shù)可以提高設(shè)施的自動化處理效率，建設(shè)更加完善的智能配電網(wǎng)系統(tǒng)。首先，可以通過計算機通信技術(shù)對系統(tǒng)的協(xié)同工作進行自動化處理，從而提高對故障范圍的檢測敏感度，最大限度地降低故障范圍的影響。其次，通過計算機通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)的實時采集，實現(xiàn)城市用電量和電壓的自動收集、匯總以及反饋。最后，在輸電線路發(fā)生斷電等突發(fā)事故時，能夠通過計算機通信技術(shù)能迅速做出反應(yīng)，既保證人們的人身安全，又能提高工作效率，節(jié)省開支，實現(xiàn)資源的高效利用。

此外，可以對配電通信的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，充分利用接入層與骨干層的傳送技術(shù)，增加通信傳輸?shù)膶訑?shù)，完善線路設(shè)施。計算機通信技術(shù)還能針對線路的失效狀況，制訂相應(yīng)的應(yīng)急處置方案，從而減少由于供電所故障帶來的問題，完善基礎(chǔ)設(shè)施。

4.3 依托計算機通信技術(shù)提高智能配電網(wǎng)的可靠性

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，智能配電網(wǎng)已成為電力行業(yè)的重要發(fā)展方向。而在智能配電網(wǎng)的建設(shè)中，依托計算機通信技術(shù)來提高智能配電網(wǎng)的可靠性顯得尤為關(guān)鍵。在此，我們將從配電自動化數(shù)據(jù)傳輸有效性的核心設(shè)備、基站設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、糾錯機制等方面進行分析，以期為智能配電網(wǎng)的建設(shè)提供一些有益的指導(dǎo)意見。

在配電自動化數(shù)據(jù)傳輸方面，核心設(shè)備、基站設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、糾錯機制等都是決定數(shù)據(jù)傳輸有效性的關(guān)鍵因素。為了保證網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備有效，我們需要根據(jù)企業(yè)的要求配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時，在電力系統(tǒng)基站的設(shè)計階段，應(yīng)該選擇性能更好、技術(shù)更成熟的先進設(shè)備來提高配電自動化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，限制電網(wǎng)的安全防護體系也是非常重要的。為了保證通信供電的安全性，需要采用較為嚴(yán)密的監(jiān)測手段進行通信供電，以限制電網(wǎng)的安全防護體系。此外，在構(gòu)建SDH 光纖的自愈環(huán)后，必須在應(yīng)急線路上進行調(diào)度，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和可靠性。

在糾錯機制方面，使用ARQ 的錯誤檢測技術(shù)并在FEC 上使用卷積編碼可以有效提高數(shù)據(jù)的可靠性。同時，CS-1 和CS-2 具有良好的糾錯性能，但在功率傳輸信道質(zhì)量較差的情況下，性能較差。因此，在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體情況選擇合適的糾錯機制。

依托計算機通信技術(shù)來提高智能配電網(wǎng)的可靠性是非常重要的。通過分析配電自動化數(shù)據(jù)傳輸有效性的核心設(shè)備、基站設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、糾錯機制等方面，為智能配電網(wǎng)的建設(shè)提供一些有益的指導(dǎo)意見。

5 結(jié) 論

隨著智能配電網(wǎng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展研究，對配電網(wǎng)安全可靠性高、超低時延、大規(guī)模覆蓋以及大帶寬等的要求將為未來智能配電業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)承載能力提出的新挑戰(zhàn)，終端通信接入網(wǎng)由小規(guī)模應(yīng)用和公網(wǎng)支撐為主逐步向較大規(guī)模發(fā)展、專網(wǎng)以及公網(wǎng)相結(jié)合的方向演進。光纖通信技術(shù)與5G 通信技術(shù)相結(jié)合，骨干通信網(wǎng)與終端通信接入網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足配電網(wǎng)自動化和用電信息采集等多業(yè)務(wù)需求，提高其增值服務(wù)能力，最終形成一個“安全可靠、一網(wǎng)多能以及優(yōu)質(zhì)高效”的終端通信接入網(wǎng)。