智能配电网通信技术原理的应用研究

1、智能配电网通信技术原理的应用研究 智能配电网通信技术原理的应用研究 摘要：本文从智能配电网络建设、运行管理的需求分析出发，结合配电网络的特点，对于配电通信传输网络提出需求，同时通过对支撑配电网络的一些现实通信技术原理应用分析比拟，对配电网通信网络的规划、建设、运行提供参考。 关键词：智能配电网；通信；原理应用 中图分类号：TN915.853文献标识码： A 1 智能配电网业务及通信需求 智能配电网的开展是一个长期艰巨的科学研究和工程实践过程，提出了现有电力通信系统面临的问题和挑战。智能电网模型的业务主要是表达在分配领域，一个典型的新的业务领域，包括网络纵向配电自动化，配电网保护，配电网络视频监

2、控，配电网络设备监控，分布式能源站的管理和控制，微电网的控制管理，用电领域的典型新业务包括专变用户负荷管理，配电变压器监测，低压集抄，家庭用电，电动汽车充电桩管理等智能化管理。 电网业务根据其功能属性，可分为保护类、控制类、信息监测类、视频类。智能配电网业务属性分类见表 1 所列。 表 1 智能配电网业务属性分类 Tab.1 Business categories of the intelligent power distribution network 1保护类业务：对通信平安性要求特别高，在?微波电路传输继电保护信息设计技术规定?中规定微波通道(光纤通道参照执行)传输主保护信息时对通信的时

3、延应不大于5 ms，路由要求也非常严格；通信的失效可能影响电网的保护跳闸动作执行，导致电网事故扩大，严重时可能导致电网瘫痪； 2控制类业务：对通信平安性要求特别高；对通信的时延、路由要求较严格；通信的失效可能影响电网的控制执行，导致电网运行故障； 3信息监测类业务：对通信平安性要求较高、对通信的时延、路由要求相对较宽松，通信的失效对电网运行存在一定管理方面的影响，但不会导致电网故障或瘫痪； 4视频类业务：与信息监测类业务类似，但对通信的带宽需要较大，每路信息需要 2 Mbit/s 以上的带宽。 综上所述，保护类、控制类业务必须采用专用的电力通信专网；信息监测类、视频类业务应优先采用电力通信专网

4、，在电力通信专网暂无网络覆盖的区域，可选择租用公用通信网络。不同属性业务对通信的需求见表 2 所列。 表 2 不同属性业务对通信的需求 Tab.2 Communication requirements of different business 2 配网常用通信技术特性分析 配网通信网常用通信技术包括光纤通信技术、中压载波通信技术、无线公网通信技术和无线专网通信技术等。通信技术的特性包括多个方面，但在业务应用上，通信技术的通信时延、带宽、平安性和可靠性等是最主要的特性。 2.1 光纤通信技术 配网光纤通信技术主要采用工业以太网交换机和 EPON 技术，两者都基于以太网技术，因此两者的网络性能根

5、本一致。 1通信时延。网络时延指数据帧从源到目的地址所需要的时间，交换机以太网的时延由帧收发时延、交换时延、线路传输时延、帧排队时延组成，存储转发最小的时延等于交换机传输一帧所用的时间，100 M 以太网帧收发时延与帧长度成比例，从 5120 s 不等；交换机本身带来的交换时延在 510 s，总的网络时延 = ；一般情况下，100 Mbit/s 工业以太网经过 15 个网络设备100 km 传输的总时延小于 2 ms。 2通信带宽。工业以太网交换机、EPON 均支持百兆或千兆以太网，因此网络带宽可根据需要到达百兆或者千兆比特每秒。 3通信平安性。电力配网光纤通信网络是专用数据网络，可以采用一定

6、的网络平安措施提高网络的平安性，总体上通信平安性很高。 4通信可靠性。电力配电网光纤通信网络的可靠性很高，主要表达为：专网专用，保证网络通道的高可靠性；采用成环组网，具备 11 保护能力；采用工业级设备，确保设备的高可靠性。 2.2 中压载波通信技术 1通信时延。目前适合长距离通信的、采用窄带调制技术的中压电力载波通信系统的通道建立时间和单个数据报文传输时间通常在几十和几百毫秒。受频率干扰、环境影响，时延波动较大。在实际应用中，由于中压载波技术采用主、从载波轮询方式通信，一般每个节点的轮询间隔根据字节长度设计为 2 s 以上。 2通信带宽。采用窄带调制技术的端口传输速率可根据要求设计为 1 2

7、00，2 400，4 800，7 200，9 600 Band，实际网络速度与传输距离、环境情况等有关，一般 5 km 左右的距离，传输距离只有几 kbit/s或者更低。实际应用中，一般设置主、从载波之间的数据发送间隔为 2 s，数据包长不超过 200 B。 3通信平安性。中压载波通信属于电力通信专网，且传输媒介为高压电缆，具有较高的防接入平安性。另外由于该产品在技术实现上可采用复杂的编码和加密措施，因此业务接入的平安性很高。 4通信可靠性。中压载波系统在实际应用中的可靠性较低，主要存在以下风险。网络结构风险：中压载波的应用主要采用“1 个主载波机 +N 个从载波机的树形、星形组网方式，存在单

8、点故障风险；电缆线路迁改导致系统失效风缆线路的迁改将导致中压载波系统无法通行；电缆线路开关开合、用户负荷变化、电缆沟积水等情况下，可能导致通信故障。 2.3 无线公网通信技术 当前，配电网中常用的无线公网主要采用 2G 技术。 1通信时延。无线公网通信的网络时延与网络负载有很大的关系，网络负载大时，时延长，网络负载轻时，时延短。无线公网技术由于存在资源的竞争性、处理节点较多、且易受环境因素干扰，一般平均时延在几百毫秒。 2通信带宽。2G 无线公网的通信带宽具有不确定性，从 0200 kbit/s，如 GPRS 的理论带宽为171.2 kbit/s，但由于信号情况、网络负载等情况，一般 GPRS

9、 网络的上行速率在 1020 kbit/s，下行速率在 3050 kbit/s。 3平安性。2G 无线公网数据传输加密技术面向所有业务，其现有的鉴权规那么已被破解，且与互联网互通，网络平安性较低。根据电监会要求，“公用数据网在传送生产控制大区业务时，仅承载信息上传业务，不能承载控制类业务。 4可靠性。无线公网的可靠性低，风险主要包括以下几种情况。无线信号干扰或遮挡导致的通道中断；基站的根底设施故障导致的通道中断：无线公网的基站建设在民用建筑上，基站传输、电源，基站防偷盗、人为破坏等可靠性较差；计费方式导致的网络中断；学校、政府机构、保密部门等企事业单位有意制定的信号屏蔽等；应急情况下网络拥塞导

10、致的数据业务不可用。以上平安风险，导致无线公网的总体可靠性较低。在实际应用中，一般无线公网的 GPRS 网络在线率在95%99%。 2.4 无线宽带专网通信技术 1通信时延。与无线公网一样，无线专网通信的网络时延与网络负载有很大的关系，网络负载大时，时延长，网络负载轻时，时延短。然而，由于无线宽带专网通信一般采用两层结构，且专网专用，险：中压载波系统依赖于电缆线路作为传输介质，电资源充裕，一般时延较固定且相对较短。但在环境影响、干扰影响方面，也难以保证固定的时延。根据某供电局 TD-LTE 试点网络的实际测试结果：下行接入时延最大 11 ms，平均 8.8 ms；上行接入时延最大59 ms，平

11、均 36.9 ms。 2通 信 带 宽。 无 线 宽 带 专 网 通 信 技 术在 10 MHz 带宽情况下，上下行峰值吞吐量能到达 20 Mbit/s 以上，但实际网络吞吐量与网络的信号强度、信噪比等有关。根据某供电局 TD-LTE 试点网络的实际测试结果，在信号接收强度 80 dBm 时，上行带宽为 45 Mbit/s，下行带宽 713 Mbit/s；信号接收强度在 120115 dBm 时，上行带宽为 0.10.2 Mbit/s，下行带宽 1.21.8 Mbit/s。 3平安性。无线宽带专网通信技术的认证性、机密性、完整性、可用性和不可否认性几个方面具备很成熟的标准、技术和加密算法，总体

12、平安性好。根据电监会相关要求，“专用数据网络可以采用多种通信方式，如光纤通信、一点多址微波、无线电通信、电力线载波、屏蔽层载波等；不具备专网条件的可采用公用通信网络，如 GPRS，CDMA，TD-SCDMA， ADSL 和无线局域网等，应当采取虚拟专网、防火墙等平安防护措施，并禁止与调度数据网互联，“专用数据网可以承载具备“控制功能的双向业务。 可靠性。电力无线专网的可靠性较好，但仍然存在一定的可靠性风险。设备故障导致的通信故障。电力无线宽带专网的典型组网结构是树形，1 套核心网接入多个基站，1 个基站接入多个终端，在核心网或基站出现故障的情况下，其下所有终端将无法通信。无线信号干扰或遮挡，导

13、致网络不同或信号强度弱而使通道中断的风险。 3 配电网通信技术应用原那么 一般情况下，配网通信技术应用遵循以下原那么。 1配网通信网络业务接入须满足国家电力监管委员会电监平安 20065 号令和 34 号文的规定要求，生产控制大区控制类业务应采用电力通信专网承载。 2需要支持配电网保护类业务的，采用光纤信技术。 3需要支持配电网控制类业务的，可选择光纤通信、中压载波、无线宽带专网技术，同时考虑区域特性、网络建设、运维和本钱情况，选择如下：新建区域、重点保障的区域，选用光纤通信技术；老城区、高楼密集的区域，优先选用光纤通信技术，中压载波技术作为补偿；一般城区，适合无线网络覆盖的区域，以光纤通信和无线专网相结合，无线专网覆盖效果好的，采用无线专网技术；无线专网无覆盖的区域，采用光纤通信补充；郊区、农村区域、架空线路，以无线专网为主，中压载波为补充。 4仅需要支持配电网信息监测类业务的，优先采用无线通信技术，具备优先专网覆盖的优先选择无线专网技术，否那么选择无线公网技术。 5需要支持配电网视频类业务的，优先采用光纤通信技术，慎用无线专网开展视频类业务。 4 结语 智能配电网及相应的配电网通信网络是当前电力行业的重点建设内容，本文分析并研究不同通信技术在智能配用电网中的应用场景、特性，标准不同技术在智能配用