电力终端通信接入网通信技术匹配

电力终端通信接入网通信技术匹配

吴一玄

秦皇岛供电公司信息通信分公司 河北省秦皇岛市 066000

摘要：终端通信接入网是国家电网有限公司在“十二五”通信网规划中首次提出的概念,该规划将终端通信接入网定义为电力系统骨干通信网络的延伸，是电力通信网的重要组成部分,为电网提供可靠通道支撑，有助于提升电网服务质量。随着电力无线专网、高速电力线载波、低功率广域网等新兴技术的蓬勃发展，电力终端通信接入网可用的通信技术呈多样化发展态势，多种通信手段融合互补将是未来电力终端通信接入网的技术发展方向。

关键词：电力终端；通信；接入网；通信技术

1终端通信接入网网络架构分析

终端通信接入网，实际上属于电力骨干通信网的向下延伸，承载的生产业务是较多方面的，即配电自动化、采集用电信息、配网调控一体化等等。终端通信接入网主要涉及到两方面，一方面是中压配电通信网，另一方面是低压配电通信网。中压配电通信网的涵盖范围较大，相关的配电线路、配电网开关站、配电变压器、分布式能源站点以及环网柜等等，都在中压配电通信网的范围之内。其属于一种综合承载平台，即承载了配用电环节接入通信业务，需要适应各种通信业务的接入，包括用电信息采集、电力光纤到户、分布式能源接入等等，以及实现上联需求，有效的构建起一体化通用通信接入平台，这种平台可以直接的面向用户，而且垂直贯通于高压配网通信网，以宽带通信技术进行统一的规划、建设。

低压配电通信网可以覆盖0.4kV配电变压器到用户智能电能表、分布式能源站点以及电动汽车充电桩等等方面，同时可以在用户的室内进行延伸。低压配网通信网的重要作用就是，在通信接入业务中进行接入，包括0.4kV用电信息采集、充电桩通信以及电力需求侧管理、负荷监控等等，同时低压配网通信可以进行监测变电站中的相应设备的状态，实时检修工作，做到管理财产的工作，能够于电网智能化的建设期间，属于智能用电交互以及电力光纤到户业务的重要渠道。

2电力终端业务的通信需求

2.1安全性

对于电力生产和管理大区业务，光纤专网主要通过部署2套独立的通信设备组网实现横向物理隔离；对于同一大区不同业务主要通过虚拟网络技术实现横向逻辑隔离，安全性高。中压/低压PLC技术的传输媒介为电力线，因此其安全性与电力线等同。无线专网也可通过物理隔离方式进行安全分区，但是其安全性会受通信环境影响。无线公网是租用运营商网络，与公众话音/数据业务共用频段，因此安全性较低。

2.2组网灵活性

未来智能电力业务终端接入要实现“即插随用”，因此对组网灵活性有较高的要求。无线公网和无线专网组网灵活性、可扩展性高。光纤专网在扩容增加节点时，可通过光分路器灵活接入网络，并与光线路终端(OpticalLineTerminal，OLT)连接，组网灵活性较高。中压PLC利用配电线路传输数据，需要通过耦合装置将信号耦合至10kV线路，耦合装置的安装条件限制了组网的灵活性，并且主载波机搭载的从载波机数量较少。

3终端通信接入网通信技术

3.110kV通信接入网技术

3.1.1光纤专网

现行光纤通信接入网主要采用以太网无源光网络和工业以太网2种技术。

EPON系统由通信站侧的光线路终端、光分配网络和用户侧的光网络单元组成,其网络结构以树形结构为主，在终端通信接入网中多采用手拉手主备冗余组网方式。

组网采用时分复用(timepisionmultiplexing,TDM)的方式，分配的时隙内能独享带宽，同时能实现带宽动态分配，且产业链发展成熟，产品价格相对低廉。由于EPON系统需要在光纤线路中加入POS,所以存在传输距离上受限，扩展性相对较差的技术缺陷。

工业以太网按《终端通信接入网工程典型设计规范》要求，其组网宜采用环形拓扑结构，同一环内节点数目不宜超过20个。

由于信号间传输距离较大，所以采用逐级传递模式，工业以太网还采用载波监听多路访问/冲突检测方法(carriersensemultipleaccess/collisiondetection,CSMA/CD),可以充分利用带宽；但受级联数和可靠性限制，扩展性较差。

光纤专用网投资成本主要包括工程建设成本和光缆材料成本，约50万元/公里。如果使用光纤接入每一个终端，成本将远远高于其他通信技术。因此，从经济角度出发，建议采用光纤专用网连接集中器或基站与主站通信等大数据通信场景，或视频监控等特殊大带宽业务。

EPON技术适用于网络规模大、终端节点多、业务类型多、信道容量大的场景。带宽需求大的应用场景主要包括视频监控、基站或集中器上传、通信骨干网远程通信，包括用电信息采集、集中数据上传、无线专网基站数据上传等；工业以太网技术适用于可靠性要求高的业务场景。可靠性要求较高的应用场景包括配电自动化“三遥”、分布式发电、精确负荷控制等。

3.1.2无线公网

无线公网具有独立的通信环路；传输距离远，覆盖率高；具有无需资金投入、无需设施维护、终端改造简单等优点。其技术缺陷是易干扰其他公网业务，安全性和可靠性难以保证，数据采集成功率在50%～80%之间；公网中传输链路较多，数据延迟一般为1-5s，有时为10s，不能满足高实时性的要求；建筑物屏蔽现象明显，容易出现通信覆盖盲区；天线易受外力损坏，易干扰公用设备的使用；全年租用公网设备是必要的。在通信失败的情况下，涉及到移动运营商的一些问题。定位困难，移动运营商在应用中存在内部问题。

无线公网的投资成本主要是公网租赁成本。同时，需要购买公网SIM卡，对终端进行改造。按照国家电网统一招标，无线公网4G模块价格为224.14元/台，年通信费用约60元/台；其成本在远程通信技术中是最低的。建议通过公网传输一些节点数少、数据质量要求低的业务。

无线公网适用于配电自动化两种远程业务，两级接入网作为集中器向主站传输远程通信的场景，但后者只能传输低时延和可靠性要求的数据。

3.20.4kV通信接入网技术

3.2.1电力线载波

目前的低压电力线载波只适用于小范围的网络覆盖。国家电网通信产业集团新开发的高速电力线（HPLC）技术将传输频率调整为0.7-3mhz。高效液相色谱模式传输带宽高，速度快，无需单独铺设通信电缆，支持互联和远程升级，可靠性强。支持电力本地通信是一种新型的本地通信方式。

低压电力线载波的技术特点和缺陷与中压电力线载波相似。HPLC载体的综合成本为每户59元。从经济角度看，电力线载波更适合大规模终端节点接入。考虑到低压电力线载波的优缺点，适合于通信需求低、无光缆、近期无光缆改造方案的应用场景。

3.2.2微功率无线

微功率无线通信以其低功耗、低成本、高数据速率、短距离、自组网、双向实时通信、适合嵌入式安装等特点，被广泛应用于智能电网高级测量系统业务中。

诸如NB-IOT和Lora等低功耗广域网技术是新兴的微功率无线技术。低功耗广域网技术具有覆盖范围广、连接多、速度慢、成本低、功耗低等特点，可以在电力终端通信接入网中找到合适的应用场景。

分析微功率无线的投资成本：综合成本44元/户，新兴的低功率广域网技术终端成本不超过35元/套。从经济角度看，它最适合大规模的终端节点接入。

微功率无线技术适合于终端数量大、单点数据量小、分布集中、时延要求高的应用。例如，在各种服务中，仪表或传感器节点将数据收集到集中器。

结论

进行科学合理的建设终端通信接入网以及规范化的运维，可以促进终端通信接入网提升发展质量，获得更高的经济效益，促进新一代电力系统的智能配用电更先进化的发展。未来的发展中，终端通信接入网要深入的融合起配用电业务，建设配用电智能通信系统，具备业务性能感知和适配能力、差异化服务质量，更好的顺应关联业务对通信的要求。

参考文献：

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[2]刘林，祁兵，李彬，叶欣，梅文明.面向电力物联网新业务的电力通信网需求及发展趋势[J].电网技术，2020,44(08):3114-3130.