智能配用电通信网络的研究

赵少奇

摘要：随着智能配用电网的不断发展，智能配用电网通信网的新技术也不断呈现，由于智能配用电网覆盖面广、节点多、建设难度大等原因，一直以来缺乏适用的通信技术和建设模式。论文首先分析了智能配用电通信网建设面临的问题，明确智能配用电通信网组网技术研究的重要性；随后，介绍了智能配用电通信网的定义、网络模型和体系结构；最后，在分析的基础上，对智能配用电网的特殊应用场景与组网技术进行了深入研究，包括光纤和EPON/GPON技术、电力线载波通信（PLC）技术、GPRS/CDMA/3G公网无线技术等。

关键词：智能配用电通信网；网络模型；体系结构；组网技术

引言

智能电网是当今世界电力系统发展变革的方向，它包括发、输、变、配、用和调度等各环节，应用新型控制技术、信息技术和管理技术，实现信息的智能交流。目前，我国智能电网建设工作已经全面展开，随着智能电网技术的不断发展，智能电网的业务应用系统也逐步发展和完善，对电力通信网传输带宽和可靠性等方面提出了更高的要求和挑战。配用电通信网是电力通信网络平台的重要组成部分，是电力骨干通信网的向下延伸。智能配用电通信网应具备较高的带宽和传输速率，以保障海量数据通信的双向、及时、安全、可靠传输，而无论采用何种通信技术，均有其优点和缺点。因此，智能配用电通信网并不适合用单一的通信技术组网。此外，配用电网络是电网系统中规模最小、数量最多的末梢网络，但它是一个多节点、多分支、多交叉的复杂结构，这样的一个点数繁多、分布无规律的复杂网络特征，使得现有的配用电通信网大多为各地各部门根据实际需要分散建设，缺乏统一的网络规划，技术体制和建设标准各地相差甚大，电力通信基础资源不能得到有效利用。因此，智能配用电网组网技术研究的理论意义和应用价值日益凸显，成为一个重要的研究热点。

1智能配用电业务对信息传输的需求

近年来，互联网基因正在加速融入配用电网各个环节，智能化的配用电业务越来越多。如实时话音业务、移动互联网售电业务、在线监控业务、配电大数据分析、智能家居、智能充电站业务等。此外，电网的运营管理和用电客户体验也越来越智能化。如配电管理人员可以通过网络利用云端计算对配电设备运行状态进行实时分析、召开移动实时视频会议;用户通过智能手机实时查看充电站的分布及充电站的使用情况等。智能配用电业务与传统的配用电业务相比，对通信网络的信息传输具有更高要求。例如:通信信息量大，传输距离远，对网络带宽要求更高;业务种类多，差异性大，对网络信息传输的灵活性要求更高;业务交互性、实时性强，对信息的双向流动和延迟性要求更高;信息来源众多，种类繁杂，对配用电通信网络的安全性要求更严格;新型智能配用电业务不断增加，对配用电通信网络的可扩展性有更高要求等。智能配用电业务的实现意味着配用电通信网络需要实时、动态的改变，传统通信网络模式不可行，需要一种新型网络架构融合多种业务，进行集中统一控制，同时保障业务的服务质量特性。

2智能配用电通信网定义及其网络模型

智能配用电通信网是电力骨干通信网的向下延伸，是骨干网的接入层网络，向下覆盖到智能配电网各级站点、用户智能电表及室内通信终端、电动汽车充电站和分布式能源站点等相关设备，设备数目繁多，种类多样，且基本都处于中低压运营环境下。由于设备有各自的用途，承担的功能和业务种类繁多，对通信质量和通信方式的要求也不尽相同。因此，智能配用电通信网是一个适用于不止一种通信技术和通信手段的通信网络，并且每一种技术都根据其技术特点有其相应承担的业务和适用场景。智能配用电通信网是一个多种技术并存的复杂的通信网络。综合智能配用电通信的需求预测、信息流量实时性与安全性的分析与计算，智能配用电通信网以配网末端边界和用户智能电表为分界点，分为配电通信网、用户接入网和用户室内网三个层次。网络模型图如图1所示。

3特殊应用场景与组网技术分析

3.1EPON适用场景组网分析

未来的智能电网通信网的架设，光纤通信将是主要通信方式。采用光纤通信方式，对于配电通信网建设可铺设OPPC光缆，对用户接入网的建设，根据其双向互动、智能家居、增值业务等特点，可采用PFTTH光纤专网通信技术，保障其信道带宽、实时性、安全性以及可靠性。智能小区用户室内网通信建设方式可采用以太网无源光网络（EPON）技术，在用户室内配置图1智能配用电通信网网络模型ONU终端，用户智能交互终端、智能机顶盒、IP电话、电脑、智能家电等设备通过以太网借口和ONU终端互联，实现语音、数据、有线电视、视频等业务的信号接入，满足智能家居和智能小区建设的要求。智能电网骨干通信网建设将在很大程度上采用光纤通信，因此采用光缆来铺设智能配用电通信网具有先天优势，EPON技术的高带宽、安全性和可靠性方面的优势，将使其在经济条件满足的情况下成为智能配用电通信网接入的首选技术。在经济发达的沿海地区和大中型城市中，可统一采用光纤和EPON技术来建设智能配用电网络，特别是在新建小区中，不需要重新布线，一次性敷设就可完成，采用EPON技术更加符合智能配用电网络的业务和用户对智能配用电通信网络的越来越高标准的需求，适应智能电网的发展，为实现智能城市和智能家居做更好的准备。

3.2电力线通信适用场景组网分析

由于智能配用电网络是中低压电网，需要连接大量的用电设备，这给智能配用电通信网的建设带来了极大的困难。电力线载波通信（PLC）是一种现在比较成熟的技术，是电力系统的特有的通信方式，它利用电力线缆作为传输媒质，通过载波传输语音和数据信号的通信方式，使其不需要另外架设通信线路，这种特点，使其在智能配用电通信网络建设中仍然有很高的应用价值。在配电通信网建设中可采用中压PLC通信，承载用电配变和调度信息的通信，在用户接入网建设中可采用宽带载波，为配用电网络自动化系统和集中自动抄表系统提供数据传输的通道。在用户室内网建设中，电力猫和智能电表互联，IP电话、电脑、智能交互机顶盒等对带宽和数据速率要求较高的设备通过宽带载波和电力猫、智能交互终端互联；智能洗衣机、智能空调、智能热水机等需要传输控制信息的智能家电设备可通过窄带载波与智能交互终端互联；实现用户室内网络的组建和信息传输。电力线载波通信建设智能配用电通信网无需重新布线，建设经济快捷方便，因而使用范围极广，在现在配用电通信网应用中依然是主流方案，但是由于其自身存在的技术缺陷，在未来智能电网通信网的建设中，它将起到一个辅助和补充的作用。

3.3GPRS/CDMA/3G等无线技术适用场景组网分析

GPRS/CDMA/3G等公网无线技术在通信网络组建上面的优势非常明显，它通信方面的各种技术成熟度非常高，商业运作模式也非常成熟，这使其在建设通信网络是无需重新布线，预算、仿真、设备和商家支持方面都非常成熟，具有一套非常完整和齐全的产业链和网络建设方案。鉴于公网无线技术的优势，在智能配电用通信网络建设中必然有其用武之地，在智能配用通信网、用户接入网中均能适用，把配用电通信网配变、接入各个环节和设备用无线通信的方式连接起来，进行通信。在用户室内网络建设中，可采用微功率无线技术，也可采用PLC技术。适用GPRS/CDMA/3G等公网无线通信技术建设只能配用电通信网络建设成本很低，但是需要每年向公网运营商租用带宽，使用成本较高，而且由于配用电数据信息对数据的保密性要求较公网数据信息高，可靠性要求难以满足电力系统信息传输的要求，信息通过公网接入电力专网时应采取必要的安全措施，因此实际建设配用电通信网络中，应该以实际需要为准，决定是否采用无线公网技术以及在何处适用无线公网技术来组网。

结束语

构建新型的配用电通信网络，对不断发展的智能电网及能源互联网是十分重要的。未来可能出现的新型智能配用电业务对通信网络的需求，提出了以SDN技术为基础的智能配用电通信网络整体架构方案，并对其中的融合网关、物理网络虚拟化等关键技术进行了研究。最后，对SDN技术在智能配用电乃至能源互联网中的拓展应用进行了展望。

参考文献

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