智能配电网通信技术研究

段 森

（国网徐州市铜山区供电公司，江苏 徐州 221000）

1 智能配电网通信现状

随着社会经济的快速发展，智能配电网需要为储能电站、电动汽车充换电站、分布式能源以及微电网装置等提供高质量和高水平的服务。智能配电网是智能电网的重要组成部分，其实现的基础条件之一就是智能配电通信网。智能配电通信网的建设原则是利用安全可靠、先进成熟以及经济合理的通信技术，满足智能配电网现阶段及未来对配电通信网的需求。

智能配电通信网主要采用同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH） 光纤传输技术和以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）传输技术。

SDH 光端机容量较大，一般是16 E1 到4 032 E1。E1（2M）通道指建立在光纤传输系统上，为继电保护装置和稳控装置提供复用的电信号通道。保护装置和稳控装置发出信号需要经过规定的接口传送给复用设备，然后经复用设备传输至对端站点。SDH光纤传输系统能够为站端之间的继电保护装置和稳控装置提供可靠的通信通道，但是该系统涉及的设备较多，设备及站端之间的光缆投资大，运维压力也较大[1]。SDH 光纤传输系统原理如图1 所示。

图1 SDH 光纤传输系统原理

EPON 技术采用点到多点结构和无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）传输，通过以太网提供多业务传输。其在物理层采用PON 技术，在链路层采用以太网协议，利用PON 的拓扑实现了以太网业务接入。EPON 技术综合了以太网技术和PON技术的优点，包括扩展性强、服务重组灵活快速、高带宽、高兼容性、方便管理以及低成本等。配电网EPON 综合接入系统可承载的业务类型包括RS 232/RS 485 串口业务和IP 业务，支持多种电力通信规约，支持数据业务（视频监控业务、语音业务）、时分复用业务等。EPON 光纤传输主要作为10 kV 配电终端之间、10 kV配电终端与35 kV变电站之间的通信方案，为配电终端的自动化信息传输提供通信通道。EPON光纤传输系统依赖于站端之间的光缆，光缆运维压力较大。EPON 传输系统原理如图2 所示。

图2 EPON 传输系统原理

2 5G 通信技术

随着无线通信技术的发展，5G 传输速度与带宽方面也得到了不断增强。与4G 通信技术相比，5G 通信技术对基站峰值速率提出了更高的要求，使人们能够拥有更加舒适的上网体验，如可以实时查看高分辨率图片和4K/8K 高画质视频等，并进一步满足人们的通信需求。同时，5G 通信技术因其具备传输速率快的优势，能够大幅缩短物与物之间和物与人之间的信息传输时间，使得万物互联的操作更加自然。

物联网智能信息的服务质量受无线通信覆盖面积的影响。5G 通信技术具有覆盖广的优势，且不易受地理环境与位置等因素的限制。因此，5G 通信技术能够在山区和森林等空旷面积少的地区实现信号的覆盖。此外，5G 网络的延时较低，通常为1 ms 以内，使其在保证覆盖广的同时，提升了信息传输的时效性。5G通信技术能够被应用在延时要求较高的行业中，如仪器仪表实时数显和远程医疗等[2]。

3 智能配电网5G 通信技术应用方案

对于具备光缆敷设到站条件的110 kV 变电站和35 kV 变电站，以SDH 光纤传输技术与5G 通信技术相结合的方式，针对不同应用场景采用相应的通信方式。对于控制业务、保护业务以及调度业务，以SDH 光纤传输技术为主要通信方式，5G 使用设备到设备（Device to Device，D2D）传输模式，直接进行设备与设备之间的通信，不仅能够节约资源，还能有效降低时延。4G 网络的时延在30 ～90 ms，对于5G 而言时延小于1 ms，时延更短，以满足其对通信通道超低时延、超高可靠的要求。对于机器人/无人机数据回传、虚拟现实技术/增强现实技术（Virtual Reality/Augmented Reality，VR/AR）运检以及整站安防或远程诊断业务，在现有移动宽带业务场景的基础上，对用户体验等性能进一步提升，通过增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband，eMBB）满足业务对通信通道超高速率的要求。在大规模机器通信（massive Machine Type Communication，mMTC）的应用场景中实现海量传感器的连接，达到万物互联的效果，以保证各传感器对通信通道局部高密度连接的要求[3]。

对于具备光缆敷设到站条件的10 kV 配电终端，以EPON 技术与5G 通信技术相结合的方式，针对不同应用场景采用相应的通信方式。对于配电自动化“三遥”（遥测、遥控以及遥信）采用EPON 技术传输为主用通信方式，通过网络切片技术来保障通信，保证低时延高可靠通信（ultra-Reliable Low-Latency Communications，uRLLC）应用场景中对通信通道超低时延性和超高可靠性的要求。对于配电运行监控业务采用eMBB 的应用场景模式，保证对通信通道超高速率的要求。对于配电自动化“二遥”（遥信和遥测），采用eMBB 的应用场景模式，保证其对通信通道局部高密度连接的要求[4]。

4 基于计算机通信技术的智能配电网改造措施

4.1 提升计算机通信技术的可用性

推动智能配电网发展的关键在于通信技术，通信技术也是配电网自动化升级的重要支撑，因此必须要提升计算机通信技术的可用性。首先可以对通信硬件设备进行升级，提升通信技术的抗干扰能力，使得配电网在不同场地下都能满足运营需求。其次，可以将通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）作为通信技术的主要方式，以全球移动通信 系 统（Global System for Mobile Communications，GSM）为基础，充分利用现有的网络资源。最后，通过各供电公司与各地区的移动通信网络的整合，实现各地区各供电公司的GPRS 网络覆盖，从而满足长距离的通信需求，提升计算机通信技术的可用性[5]。

4.2 借助电子计算机通讯技术健全基础设施建设

近年来，随着信息化程度的不断提升，计算机通信技术也被广泛应用于基础设施建设与完善中，依托计算机通信技术可以提高设施的自动化处理效率，建设更加完善的智能配电网系统。首先，可以通过计算机通信技术对系统的协同工作进行自动化处理，从而提高对故障范围的检测敏感度，最大限度地降低故障范围的影响。其次，通过计算机通信技术进行数据的实时采集，实现城市用电量和电压的自动收集、汇总以及反馈。最后，在输电线路发生断电等突发事故时，能够通过计算机通信技术能迅速做出反应，既保证人们的人身安全，又能提高工作效率，节省开支，实现资源的高效利用。

此外，可以对配电通信的结构进行优化，充分利用接入层与骨干层的传送技术，增加通信传输的层数，完善线路设施。计算机通信技术还能针对线路的失效状况，制订相应的应急处置方案，从而减少由于供电所故障带来的问题，完善基础设施。

4.3 依托计算机通信技术提高智能配电网的可靠性

随着电力行业的不断发展，智能配电网已成为电力行业的重要发展方向。而在智能配电网的建设中，依托计算机通信技术来提高智能配电网的可靠性显得尤为关键。在此，我们将从配电自动化数据传输有效性的核心设备、基站设备、传输系统、纠错机制等方面进行分析，以期为智能配电网的建设提供一些有益的指导意见。

在配电自动化数据传输方面，核心设备、基站设备、传输系统、纠错机制等都是决定数据传输有效性的关键因素。为了保证网络的核心设备有效，我们需要根据企业的要求配置相应的网络设备。同时，在电力系统基站的设计阶段，应该选择性能更好、技术更成熟的先进设备来提高配电自动化数据传输的效率。

在数据传输过程中，限制电网的安全防护体系也是非常重要的。为了保证通信供电的安全性，需要采用较为严密的监测手段进行通信供电，以限制电网的安全防护体系。此外，在构建SDH 光纤的自愈环后，必须在应急线路上进行调度，以确保数据传输的连续性和可靠性。

在纠错机制方面，使用ARQ 的错误检测技术并在FEC 上使用卷积编码可以有效提高数据的可靠性。同时，CS-1 和CS-2 具有良好的纠错性能，但在功率传输信道质量较差的情况下，性能较差。因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的纠错机制。

依托计算机通信技术来提高智能配电网的可靠性是非常重要的。通过分析配电自动化数据传输有效性的核心设备、基站设备、传输系统、纠错机制等方面，为智能配电网的建设提供一些有益的指导意见。

5 结 论

随着智能配电网通信技术的不断发展研究，对配电网安全可靠性高、超低时延、大规模覆盖以及大带宽等的要求将为未来智能配电业务对通信网承载能力提出的新挑战，终端通信接入网由小规模应用和公网支撑为主逐步向较大规模发展、专网以及公网相结合的方向演进。光纤通信技术与5G 通信技术相结合，骨干通信网与终端通信接入网协调发展，满足配电网自动化和用电信息采集等多业务需求，提高其增值服务能力，最终形成一个“安全可靠、一网多能以及优质高效”的终端通信接入网。