智能电网下配网通信系统的建设分析

智能电网下配网通信系统的建设分析

黄祖迪

(广东电网有限责任公司云浮供电局)

摘要：本文着重分析了智能电网下配网通信系统的业务需求和建设要求，并对几种不同的配电网系统组网方案进行了对比，笔者建议根据实际情况，因地制宜选择适合当地的配网通信系统。本文为配电网通信系统的规划和应用提供了有力参考。

关键词：智能电网；配网；通信系统；技术

智能电网涵盖了电力系统的多个环节，其中配电是重要一环，配电功能的实现依赖配电网通信系统的支撑。在智能电网下，配电网通信系统是实现配网自动化的基础。随着光通信技术、新型无线通信技术等在配电网系统中的应用，智能电网下配电通信系统的建设水平将得到极大提高，通过合理规划，将极大推动配网通信在我国的普及。

一、我国配电通信网现状分析

（一）建设分散，没有统一规范

目前，我国运行的配电通信网规模小且分散，在规划、建设及运行维护等方面没有统一的规范标准[1]。

（二）信息安全性低

配电网对公网GPRS的依赖程度非常高。由于配电通信网受无线公网通信技术多方面的牵制，导致其不能正常使用相关应用标准，信息安全性受到威胁。

（三）发展受建设成本制约大

我国配网通信系统具有分布广泛、通信节点多等特点，规模大，投资也大。但是，配电网受通信技术发展的制约，只能实现简单的通讯要求。与配电网通信系统巨大的投资相比，其效益回报非常有限，这就严重阻碍了我国配网通信系统的建设。

（四）双向通信需求

配电通信系统要具备双向通信功能，既要实现信息的上传下达，又要注意对上、下行传输数据速率的不同要求。因此，在智能配网通信系统建设过程中，要充分考虑到业务系统对传输数据通道的各项需求，认识到智能化配网系统未来的发展需要标准通信网络的支持。

二、智能配电通信网业务需求分析

（一）AMI通信需求

1.智能电表通信需求

智能电表实时采集用电用户信息，如家电功率、用电状态等，将其上传给配电调度端，然后调度端再将信息（实时电费、分时电价等）传回给用户。各智能电表通过配电通信网交流信息，要求通信带宽约为430bps。

2.负荷需求侧管理通信需求

此项可满足大负荷用户的需求，实现负荷需求侧管理，包括负荷预测、电能质量监测等，通信带宽约5kbit/s[2]。

（二）ADO通信需求

1.纵联网络保护通信需求

智能电网时代下，配网通信的线路保护方式将由无需通道的电流保护转变为纵联网络保护。这种保护方式的动作时间略长，但不需要考虑电力是否稳定，只需考虑保护电力元件即可。通信通道时延应小于等于100ms，通信带宽在64kbit/s到1Mbit/s之间。

2.高级配电自动化通信需求

配网通信系统主要满足对设备如开关站、环网单元、柱上变压器等的信息监测、定位和自愈控制。要求智能配网通信自愈动作速度小于3s，双向通信通道时间应小于1s，通信带宽约30kbit/s。

3.分布式电源、储能站通信需求

分布式能源站控制信息，其与配电网调度端交互通信时延以秒计算，通信带宽约30kbit/s。它能每15min预测负荷曲线1次，通信时延以分钟计算。储能站与配电网调度端交互通信时延以秒计算，通信带宽为64kbit/s到1Mbit/s。

总之，配网通信系统流量统计应在110kV变电站覆盖范围内，包括实时控制业务和非实时监测管理业务。前者适合采用可信度高、时延低的光纤通信；而后者宜采用覆盖范围广的无线宽带通信[4]。

三、对智能配电通信网的建设要求

随着配电通信网发展的智能化，除了满足各类业务通道要求外，对安全性、可靠性和经济性方面的要求更高。

第一，安全性要求。根据《电力二次系统安全防护规定》要求，智能配电网的纵联保护、配网自动化等业务因属于电力监控范畴，所以必须由专用网络的生产控制大区来承载。

第二，可靠性要求。因配电网通信设备的运行环境恶劣，必须保证通信系统、电源、机房等的正常运行，因此需充分考虑通道的备用、自愈功能。

第三，经济性要求。配电网通信的站点和站端设备都很多，致使通信系统规模庞大，在保证可靠性前提下，要仔细核算设备造价成本，建设经济可行的通信。

四、配电网通信系统组网方式

（一）配网通信组网模式

配电网通信系统的节点类型可划分为三部分：通信主站、通信子站和通信终端。将配网系统各部分功能由下到上介绍如下：通信终端与配电终端连接，它能接受配电终端的数据并将其上传至通信子站；通信子站可设到110KV或220KV的变电站，作为中继站负责汇聚接入层的数据，即通信终端传来的数据，再将其传到通信主站（见图1）。

不同地区组建配网系统时要因地制宜，遵循终端接入网设计规范，结合实际情况和通信骨干网络现状，合理布点，优化网络结构，减少通道数量，组建安全可靠的配电通信网络。

图1配网通信组网模式图

（二）配电通信网接入层建设技术

配网通信系统接入层因涉及大的配电终端且数量大、分布广，一直是配网通信建设的重难点部分，各地建设时应合理选择通信方式。现将常用的配电通信网接入层建设技术及优缺点总结如下，以供参考。

1.光纤通信技术

光纤专网通信方式和其他通信方式相比具有明显的技术优势，其安全性、实时性高，在配用电通信领域非常适用。从技术角度考虑，配电通信网可采用两种技术：工业以太网和无源光网络技术[3]。

工业以太网技术发展比较成熟、可靠性高，但成本也较高。无源光网络技术如EPON等具有广阔的发展前景，上下行速率可达1.25Gps，组网灵活，支持多种拓扑结构。其通信接入方案在通信速率、组网结构等方面都能满足配网系统智能化通信的要求。

光纤专网通信方式容量大、覆盖范围广，但缺点在于建设成本太高，部分不具备光缆铺设条件的地区不能使用。

2.电力载波技术

电力载波通信是一种以中、低压配电网为传输介质的通信技术，包括信道编码技术、模拟前端技术及调制解调技术等。根据传输线路不同，又分为中压电力载波（110KV），低压电力载波（0.4KV）（组网模式图见图2）。

中低压电力线载波成本低、安全性好，且无需架设其它通道，支持自由拓扑，灵活性大。目前，在配网通信领域应用较多的是中压窄带电力载波技术。但因中低压电力线路复杂、开关众多，无法安装阻波器，因此电力线载波通信易受配电网运行状况的影响，易出现波动大、噪声干扰等情况[5]。

由于技术原因，中低压电力线载波技术还未大规模应用，目前仅起到补充光纤和无线通信的作用，可用在没有敷设光缆的区域和一些边远地区，在国外应用相对较多。但随着自适应调制解调和信道估计等技术的应用，其在国内也开始试点。

图2电力载波系统模式组网图

3.无线通信技术

目前使用多种无线通信技术，如230M无线专网、无线公网、微功率无线通信等，这些技术都存在优缺点。230M无线专网通信系统需要申请无线频带资源，且要考虑网络安全性，适合在楼宇少的郊区或乡村使用。微功率无线通信覆盖范围小，可用于常规通信网络较难覆盖的终端设备。

无线公网系统具有容量大、成本低、维护方便等优点，但不能保证其安全性和实时性。同时，该系统需要用到CDMA、3G等无线平台采集信息，每年需向运营商支付大量使用费，因此其推广应用受到限制，只适用于不能敷设光缆的地区。

4.无线宽带技术

无线宽带技术为宽带通讯平台提供了强有力的技术支撑，有利于电网公司建立全面覆盖、接入便捷、系统容量大的智能配网，但无线宽带技术与有线通信网相比安全性较低。如WiMAX（全球微波互联接入）技术因存在政策风险，在国内还未设分配频点。

另外，230MHzLTE系统采用多种LTE关键技术，如自适应调制与编码（AMC）技术、动态调度技术，实现高吞吐量、高可靠传输性能。该技术成本低、覆盖广、带宽大，可实现灵活组网，目前利用该技术已研发出电力专用产品。

结语

由于智能配电网系统站点种类多、安置环境复杂、通信方式单一，至今没有行之有效的办法解决其在我国的网络全覆盖问题。但是在智能电网带动下，尤其是新通信技术如电力载波、无线通信和光纤通信等方面新应用的推广，配电网在满足其自身业务需求的前提下，还要借助合适的组网方式，以便提高配电网通信系统的建设水平。实际工作中，应充分考虑建设成本和应用需求等实际问题，综合应用最适宜的通信方案。

参考文献

[1]荆鹏飞,宋春红.智能配电网通信网络建设原则分析[J].河北电力技术,2014,04:23-25.

[2]黄盛.智能配电网通信业务需求分析及技术方案[J].电力系统通信,2010,06:10-12+17.

[3]张明昭,郭年.智能电网下配网通信系统建设[J].湖北电力,2014,10:62-65.

[4]权楠.智能电网中的配电通信网关键问题探讨[J].电信科学,2010,S3:149-152.

[5]张晓平,余南华.智能配电网的通信系统建设与发展分析[J].广东电力,2011,11:59-65.