智能电网的配用电通信网建设研究

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摘要：配用电网是电能分配使用的重要通道，是电网的重要组成部分。配用电通信网是保障配用电网正常运行、故障快速响应、资源高效利用、业务实时实现、电力生产可持续的信息通道。本文首先说明了智能配用电网通信系统的作用，然后分析了智能配用电网通信技术，最后阐述了智能电网的配用电通信网模型的建立要点。

关键词：智能电网；配用电；通信网；配电自动化；以太网

【分类号】：TM73

一、智能配用电网通信系统作用

电能从产生到消费主要经过发电、输电、变电、配电、用电五个环节，配用电网处于电网的末端，实现电能的分配，供用户使用。

智能配用电网通信系统是电力通信网的重要组成部分，是电力通信骨干网的延伸。其中智能配电网通信系统主要承载配电自动化、电能质量监测、配电运行监控以及接入配电网的分布式电源监控等业务；智能用电网通信系统主要承载用电信息采集、自助缴费终端、智能家居等业务。

二、智能配用电网通信技术分析

智能配用电网通信主要采用光纤通信、电力线载波通信、无线通信等多种通信技术，为智能配用电网检测、控制、互动等业务提供了安全可靠的通信保证。

（一）光纤通信技术

应用于电力通信系统的光纤组网技术主要有工业以太网和xPON技术（EPON、GPON等）。工业以太网技术成熟，但易受外界干扰，维护成本高，不具有抗多点失效性，不适用于大规模终端接入应用。EPON（以太网无源光网络）是一种采用点到多点结构的单纤数据双向传输的光纤通信技术。EPON系统具有成本低、高带宽、支持多种业务、满足不同QOS要求的优点。

（二）电力线载波通信技术

电力线通信是电力系统所特有的通信方式，主要指利用电力线作为传输媒质进行数据传输的一种通信方式。根据电力线缆的电压等级不同分为高压、中压、低压电力线通信，根据调制频带和带宽的不同分为宽带技术和窄带技术。采用电力线通信技术组建配电通信网，无需考虑线路建设投资，具有建设成本低、路由合理，专网方式运行安全性高等优点。缺点是由于传输频带受限，传输容量相对较小，限制了电力线通信方式在配用电通信领域的应用，目前电力线通信是配用电通信网的一种补充通信方式。

（三）无线通信技术

无线通信技术分按照建设属性可分为运营商公网与电力无线专网。电力无线专网主要包括WiMax、TD一TLE等。运营商公网具有投资费用低、建设方便、维护简单等优点，但公网核心传输网和互联网是相通的，安全性不能满足电力要求，通信速率和实时性也不能得到保证。电力无线专网安全性、实时性和可靠性高，能纳入综合网管系统，但具有建设成本高，运维压力大等缺点。

（四）无线传感器网络技术

无线传感器网络（WSN）利用微功率无线技术，由大量微型无线传感器节点组成的自组织分布式网络智能系统。优点是组网灵活，密度高、功耗低，网络节点间可自组织通信，但也存在带宽低、传输距离短等缺点。

（五）网络安全技术

融合了多种通信技术、承载了多种业务和遍布互联的配电通信网是一个开放的网络，大量的终端设备可以随时要求接入这个网络，网络的安全性和数据的保密性是应用中的关键内容，可以从应用层、网络层、物理层入手设置认证加密过滤技术，提出完整的解决方案。利用安全测试评估技术、安全存储技术、主动实施防护技术、网络安全事件监控技术、恶意代码防范与应急响应技术、数据备份与可生存技术、可信计算平台技术和网络安全管理与统一威胁管理（unified threat management，UTM）技术，为配电通信网的安全提供保障措施。

三、智能电网的配用电通信网模型建立

（一）高级配电自动化系统

1、基于以太网技术的高级配电自动化业务系统

配电自动化系统是配电网的重要业务，实现现场配电终端和主站的业务数据交互。早期的配网通信多采用专线的形式，通信协议采用诸如CDT、Polling 串行通信协议，线路资源利用率很低。当前的数字化变电站网络在向着IEC 61850、IEC 61968、IEC 61970 通信协议演进，目前基本实现站层级的Internet 标准。

建立基于以太网技术的高级配电自动化业务系统是新时期自动化业务实现的有效方式。经过大量的建设实践和交换式以太网技术仿真，证明在网络设备30%负载的情况下，网络的实时性和可靠性是最好的。推广IEC 60870-5-104 在配电网中的应用能满足自动化业务的实时性、通道带宽、通信节点数量、新型配电业务等需求，有效实现基于以太网的配电自动化和调度自动化综合管理功能。

2、基于 PLC+WiMAX 智能电网终端接入方案

这个方案采用 PLC和 WiMAX混合组网。配电终端采用 PLC作为通信方式，主要提供远程抄表服务；在小区配电变压器处设置 WiMAX 终端作为控制终端，它接入PLC 传送的配电终端信息，同时提供配电变压器监控、负荷控制等功能；根据覆盖范围在城市内设置一定数量的WiMAX 基站接入 WiMAX 终端，构成配电控制分中心；WiMAX 基站通过光纤接入核心网，通往配电网控制中心。

这个方案的主要优点是建网速度快、成本低、可靠性好。数量最多的配电终端采用成本低廉的 PLC方式，虽然传输速率较低，但足够完成远程抄表的任务；控制终端层采用 WiMAX 终端接入，其通信通道独立于电力线，具有高可靠、易维护的优点，而且较高的传输速率足以支持配电变压器监控；由于WiMAX 终端架设于小区配电变压器处，通信环境优良且可以安装大功率天线，通过数量不多的基站就能够提供全覆盖，从而降低成本。这个方案的主要缺点是宽带受到PLC 的限制，不能提供互联网接入、视频语音传输等增值服务。

（二）用电负荷管理系统

用户电量采集业务朝着全自动化、全预付费、全覆盖的方向发展。目前电能采集方式较为典型的是采用通用无线分组业务（general packet radioservice，GPRS）网络。这种方式采用带有GPRS 模块的集中器汇集局部区域的用电信息，经电信专网接入电力公司主站。集中器下行采用采集器读取电表数据，通信网络简单；问题是GPRS 设备在线率低、不能实现实时电价和及时响应用户侧需求，同时网络租赁费用高。

解决用电负荷管理业务的有效方式是建立基于TCP/IP 的以太网通信专网，连接用电信息管理主站与各个电力用户终端（如专变采集终端、公变采集终端、厂站采集终端、小区集中器、分布式电源和充电站计量终端）；本地通信采用RS-485总线、载波、无线传感器网络（wireless sensornetwork，WSN）等连接到各种电力用户终端表计。

（三）用能服务网络

用能服务网络是实现用户用电需求定制、多种用能策略、多样化服务等的业务网络。网络承载的业务包括语音、视频、数据业务，带宽需求很大，需要宽带的通信技术和基于TCP/IP 技术的网络方式。

用电服务网络可以利用电力通信网和公共互联网，用户需求经公共互联网上传至电力服务网站，定制的服务经由电力通信网传输至用户的表计和用户终端。

（四）视频/环境辅助监测网络

视频监控系统在配电网中有广泛的应用，例如无人值守变电站的监视、重要开关设备的监视、现场维修安全监视、事故抢修现场分析等。电力公司监控中心可以对所有的变电站视频信息统一管理，进行图像的显示、录像、回放、管理等。

参考文献

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