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【摘要】本文通过分析配网自动化业务对通信的需求，光纤、载波、无线等通信技术应用于配网通信的优缺点，阐述了无线专网技术应用于配网自动化通信的优势，提出了配网自动化通信网络的技术体制规划建议。
【关键词】配网自动化配网通信无线专网
智能电网的建设以“信息化、自动化、互动化”为特征，覆盖发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节。为实现智能电网的配电自动化，必须利用经济合理、先进成熟的通信技术，建设好10kV配网通信，支持智能电网各类业务的灵活接入。
一、配网自动化业务需求分析
配网自动化业务主要包括配电自动化和计量自动化业务，覆盖开关站、环网柜、柱上开关、公用/专用配网变压器、配电线路、220/380kV低压抄表集中器等，主要业务特性及通信需求如下：
1.1配电自动化业务
业务点范围：所有配网节点（开关站、环网柜、柱上开关、公用/专用配网变压器、配电线路等）设备遥信信息的采集；部分配网节点（如重要开关）设备的遥测、遥控采集和控制。
业务采集范围：按照对配电自动化系统功能影响的重要程度，遥信、遥测和遥控要采集的信息分重要信息量和次要信息，装置流量约1K。
业务特性及通信需求：遥信、遥测业务通信时延<2s；遥控业务通信时延<1s；通信可靠性要求为≥99%
1.2计量自动化业务
计量自动化业务以实现变电站、电厂、专变大客户、配变、低压客户供用电数据采集与管理的一体化应用为目标，在功能上实现负荷管理与负荷控制、厂站电能量数据自动采集、配变监测、低压抄表等业务管理。
负荷管理：业务装置覆盖范围为10kV专用变压器供电大用户；主站系统按一定的时间间隔（15分钟）周期性地和远方用户终端通信，装置流量约1K-5K。
配变监测：业务装置覆盖范围为10kV公共配电变压器，主站系统按一定的时间间隔（15分钟）周期性地和远方用户终端通信，装置流量约1K-5K。
低压集抄：业务装置覆盖范围为380/220V低压用户（公变台区）集中器，主站系统按一定的时间间隔（1小时至1天）周期性地和远方用户集中器通信，装置流量约1K-5K。
1.3配网自动化业务通信需求小结
安全性要求高：业务必须满足《电力二次系统安全防护规定》及《电力二次系统安全防护总体方案》的要求，电力二次系统安全防护工作应坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则。
可靠性要求高：通信设备应具备工业级可靠性，配网自动化的通信系统是在户外运行的，容易导致材料老化，故要求能经受起恶劣气候的考验，同时能经受噪音、电磁、雷电等的干扰，保持稳定运行。
配网自动化节点数量十分庞大，信息点非常多且分散，覆盖范围很广。
现阶段配网自动化业务通信需求紧迫，在满足业务高可靠性、安全性要求的同时，迅速实现配网自动化节点的广泛覆盖是配网通信最迫切需要解决的问题。
二、配网通信技术分析
目前南方电网电力通信网络以光通信为主，主要覆盖办公场所、营业所和110kV及以上等级的厂站、线路，而在以10kV及以下的配网通信几乎是空白，主要采用租用公网的GPRS/CDMA承载配网自动化业务，并在少量试点建设了中压电力载波、光纤通信（包括光MODEOM、工业以太网、无源光网络等技术）。
现有配网通信的覆盖规模、技术管理模式均不能满足“十二五”智能电网配网自动化业务的通信需求，如何选择合适的通信技术建设通信网络是配网通信目前的重点任务，以下从配网通信的网络架构、技术体制、投资等方面分析无线宽带专网在配网通信中应用的必要性和优势。
2.1配网通信技术分析
常用的配网通信技术包括光纤通信、中压电力线载波、无线公网、无线宽带专网等，以下分析这些通信技术应用于配网通信建设的优缺点：
（1）光纤通信技术
光纤通信是电力通信网的主流技术，具有安全性、可靠性高、传输容量大、带宽高、传输距离长、抗电磁干扰性强、绝缘性能好等优势。然而由于受到配电网网架分布广散杂多特征的影响，光纤配网的大规模应用还面临着以下困难：①老城区施工困难：大城市老城区、密集市区是供电重点保障区域，这些区域的道路开挖难以获批，严重影响工期。②投资高：城区光缆建设成本过高，是常见通信技术中平均投资费用最高的。
（2）中压电力载波通信
中压电力线载波通信是将信号按一定方式调制后，利用相应的耦合设备注入中压配电线传输，是电力系统特有的通信方式，其优点是可以利用现有的配电线路传输到电网关心的任何测控点，不需另铺专用通信线路，具有投资较低、安全性高等优势。但受限于其技术体制的影响，多年来载波技术并没在在配网通信中大规模的应用，主要的难点问题是：①10 kV配电载波通道的传输特性较恶劣，速率低，可靠性不高：由于配电网在变电站侧未装设阻波器，变电站的各条出线的衰耗很大；对于架空线、地埋电缆混合敷设的线路，架空线、地埋电缆特性阻抗相差很大，衰耗情况更严重。②网络可扩展性差：线路拓扑结构的变化，载波机不能适应，从而带来运行维护上很多麻烦。③施工涉及停电。中压载波设备主要有注入式和卡接式两种安装方式，前者需要停电、受干扰小、信号好；后者不需要停电，但受干扰大、信号差。为保证通信质量，实际多采用注入式安装，因此施工多要涉及停电，比较麻烦。
（3）基于无线公网的GPRS/CDMA
无线公网对用户的数量没有限制，用户无需建网和维护，具有建设周期短、业务开展快、初期网络成本低等特点。但是电力系统业务并非公网运营商的核心业务和重点保障对象，无论从宽带、QoS、安全性还是网络覆盖角度考虑，都不会为电力行业进行特殊的针对性保障，无线公网络适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，及对通信速率、时延、中断率、安全性等要求不严格的场景，无法满足智能配网自动化高安全、高可靠的需求。其局限性主要体现在：①安全保障体制不完善。公网数据传输加密技术面向所有业务，其宽松的验证规则将允许攻击者设立一个假的蜂窝基站，并监听过往用户的信息传送；同时无线公网的基站建设在民用建筑上，传输、供电、防盗、防雷等抗毁性措施相对较差，导致设备故障率高，影响业务通信。②网络通道不可控。由于无线公网服务于民众，网络通道受政府机构、军队等单位临时规定的影响较大，区域GPRS网络临时被关闭时有发生，导致片区低压集抄业务全部中断。③终端在线率及通信成功率低。由于公网的话音和数据都使用相同的网络资源，并且是一个语音优先的系统，所以如果小区负载很高，GPRS数据用户得到的空中资源就越少；而且在GPRS业务传输过程中，如临时业务时隙被语音用户抢占，业务将即时中断。 （4）基于无线宽带技术的无线专网
基于无线宽带技术的无线专网具备覆盖面广、施工难度低、实施周期短、组网灵活等特点，同时由于专网专用，其业务质量、宽带保证、安全隔离和覆盖范围都能很好地满足配网自动化业务需求，其主要的优势有：①带宽容量大，能满足配网自动化业务宽带化发展需求。单基站吞吐量可达15M，终端的速率可达2M。在使用5M信道带宽情况下，可支持15Mbps的数据传输速率，可以满足各种业务需求。②安全性高。无线宽带技术在解决通信系统面临的中断、篡改、窃听、伪造和抵赖等5类安全威胁的问题上，已在通信系统的认证性、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。无线专网设备可安放在配电所/房，对于网络设备安全性保障明显优于公网设备，可以有效防范欺骗、窃听、拒绝等网络攻击。③施工容易。不涉及对线路的停电、改造，施工周期短，可迅速实现大范围节点覆盖。
2.2配网通信建设成本分析
（1）光纤通信
光纤通信建设成本主要由光缆采购、光缆施工和光设备采购成本构成。设备成本：0.8万元/点；光缆成本：24芯光缆1.5万元/公里；施工成本：已有预留管沟的施工费用5万元/公里；未预留管沟需要开挖的施工费用13万元/公里。
以两个配网站点间的平均距离为0.3km进行成本估算：
已预留管沟的费用为2.75万元/点；未预留管沟的费用为5.15万元/点。
（2）中压载波通信
以1条线路4个配网节点估算，需配置一台主载波、四个从载波；主载波设备，6万元/台，从载波设备，1.5万元/台；则估算成本为2.7万元/点。
（3）公网无线通信
每月12元包月，10M带宽，终端设备费0.15万元/点，以5年租期计算，则估算成本为0.22万元/点。
（4）无线专网通信
成本主要由基站建设成本和无线终端采购成本构成，基站设备：40万元/台；无线宽带终端：0.15万元/台。以配网自动化、计量自动化业务共10万个点估算，在110kV及以上变电站和自有物业位置加装基站，完成全部覆盖，共需300个基站，自建无线专网费用为0.27万元/点。
小结：采用不同技术满足配网业务接入点的通信覆盖，无线专网的投资估算成本很低，具有良好的性价比优势。
三、配网通信技术规划建议
根据上述技术和投资分析，作为应用于配网的通信网络，业务对其安全性、可靠性等都有较严格要求，而且配用电业务有向宽带化迅速发展的趋势，不适合采用无线公网承载；而采用光纤通信、中压载波等技术无法在短时间内实现大范围覆盖。因此，为实现配网自动化，建设专网专用、可定制安全策略的、可自主管理的电力无线宽带专网是很有必要的。以下是对配网通信技术规划的建议：1、对于老城区业务点，以无线宽带专网为主。2、对于新接入的具高可靠、高安全要求的控制类业务点，以光纤通信技术为主，无线宽带专网为辅。3、对于大量的、分散的、以监测为主的业务节点：以无线宽带专网为主，公网通信技术作为补充。
四、结束语
无线宽带专网可以为电网公司提供先进的无线宽带接入技术，可实现配电网络业务的广泛接入，提供各种无线信息化应用，为电网公司提供更便捷的服务，全面提升电力行业的竞争力。如今智能电网时代即将到来，电力无线宽带专网作为智能配网通信的有效解决方案，不仅能支撑智能电网的各种需求，还具有良好的成本优势，节省通信网络建设的投资，因此，建设电力无线宽带专网具有良好的经济效益和社会效益。
【关键词】配网自动化配网通信无线专网
智能电网的建设以“信息化、自动化、互动化”为特征，覆盖发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节。为实现智能电网的配电自动化，必须利用经济合理、先进成熟的通信技术，建设好10kV配网通信，支持智能电网各类业务的灵活接入。
一、配网自动化业务需求分析
配网自动化业务主要包括配电自动化和计量自动化业务，覆盖开关站、环网柜、柱上开关、公用/专用配网变压器、配电线路、220/380kV低压抄表集中器等，主要业务特性及通信需求如下：
1.1配电自动化业务
业务点范围：所有配网节点（开关站、环网柜、柱上开关、公用/专用配网变压器、配电线路等）设备遥信信息的采集；部分配网节点（如重要开关）设备的遥测、遥控采集和控制。
业务采集范围：按照对配电自动化系统功能影响的重要程度，遥信、遥测和遥控要采集的信息分重要信息量和次要信息，装置流量约1K。
业务特性及通信需求：遥信、遥测业务通信时延<2s；遥控业务通信时延<1s；通信可靠性要求为≥99%
1.2计量自动化业务
计量自动化业务以实现变电站、电厂、专变大客户、配变、低压客户供用电数据采集与管理的一体化应用为目标，在功能上实现负荷管理与负荷控制、厂站电能量数据自动采集、配变监测、低压抄表等业务管理。
负荷管理：业务装置覆盖范围为10kV专用变压器供电大用户；主站系统按一定的时间间隔（15分钟）周期性地和远方用户终端通信，装置流量约1K-5K。
配变监测：业务装置覆盖范围为10kV公共配电变压器，主站系统按一定的时间间隔（15分钟）周期性地和远方用户终端通信，装置流量约1K-5K。
低压集抄：业务装置覆盖范围为380/220V低压用户（公变台区）集中器，主站系统按一定的时间间隔（1小时至1天）周期性地和远方用户集中器通信，装置流量约1K-5K。
1.3配网自动化业务通信需求小结
安全性要求高：业务必须满足《电力二次系统安全防护规定》及《电力二次系统安全防护总体方案》的要求，电力二次系统安全防护工作应坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则。
可靠性要求高：通信设备应具备工业级可靠性，配网自动化的通信系统是在户外运行的，容易导致材料老化，故要求能经受起恶劣气候的考验，同时能经受噪音、电磁、雷电等的干扰，保持稳定运行。
配网自动化节点数量十分庞大，信息点非常多且分散，覆盖范围很广。
现阶段配网自动化业务通信需求紧迫，在满足业务高可靠性、安全性要求的同时，迅速实现配网自动化节点的广泛覆盖是配网通信最迫切需要解决的问题。
二、配网通信技术分析
目前南方电网电力通信网络以光通信为主，主要覆盖办公场所、营业所和110kV及以上等级的厂站、线路，而在以10kV及以下的配网通信几乎是空白，主要采用租用公网的GPRS/CDMA承载配网自动化业务，并在少量试点建设了中压电力载波、光纤通信（包括光MODEOM、工业以太网、无源光网络等技术）。
现有配网通信的覆盖规模、技术管理模式均不能满足“十二五”智能电网配网自动化业务的通信需求，如何选择合适的通信技术建设通信网络是配网通信目前的重点任务，以下从配网通信的网络架构、技术体制、投资等方面分析无线宽带专网在配网通信中应用的必要性和优势。
2.1配网通信技术分析
常用的配网通信技术包括光纤通信、中压电力线载波、无线公网、无线宽带专网等，以下分析这些通信技术应用于配网通信建设的优缺点：
（1）光纤通信技术
光纤通信是电力通信网的主流技术，具有安全性、可靠性高、传输容量大、带宽高、传输距离长、抗电磁干扰性强、绝缘性能好等优势。然而由于受到配电网网架分布广散杂多特征的影响，光纤配网的大规模应用还面临着以下困难：①老城区施工困难：大城市老城区、密集市区是供电重点保障区域，这些区域的道路开挖难以获批，严重影响工期。②投资高：城区光缆建设成本过高，是常见通信技术中平均投资费用最高的。
（2）中压电力载波通信
中压电力线载波通信是将信号按一定方式调制后，利用相应的耦合设备注入中压配电线传输，是电力系统特有的通信方式，其优点是可以利用现有的配电线路传输到电网关心的任何测控点，不需另铺专用通信线路，具有投资较低、安全性高等优势。但受限于其技术体制的影响，多年来载波技术并没在在配网通信中大规模的应用，主要的难点问题是：①10 kV配电载波通道的传输特性较恶劣，速率低，可靠性不高：由于配电网在变电站侧未装设阻波器，变电站的各条出线的衰耗很大；对于架空线、地埋电缆混合敷设的线路，架空线、地埋电缆特性阻抗相差很大，衰耗情况更严重。②网络可扩展性差：线路拓扑结构的变化，载波机不能适应，从而带来运行维护上很多麻烦。③施工涉及停电。中压载波设备主要有注入式和卡接式两种安装方式，前者需要停电、受干扰小、信号好；后者不需要停电，但受干扰大、信号差。为保证通信质量，实际多采用注入式安装，因此施工多要涉及停电，比较麻烦。
（3）基于无线公网的GPRS/CDMA
无线公网对用户的数量没有限制，用户无需建网和维护，具有建设周期短、业务开展快、初期网络成本低等特点。但是电力系统业务并非公网运营商的核心业务和重点保障对象，无论从宽带、QoS、安全性还是网络覆盖角度考虑，都不会为电力行业进行特殊的针对性保障，无线公网络适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，及对通信速率、时延、中断率、安全性等要求不严格的场景，无法满足智能配网自动化高安全、高可靠的需求。其局限性主要体现在：①安全保障体制不完善。公网数据传输加密技术面向所有业务，其宽松的验证规则将允许攻击者设立一个假的蜂窝基站，并监听过往用户的信息传送；同时无线公网的基站建设在民用建筑上，传输、供电、防盗、防雷等抗毁性措施相对较差，导致设备故障率高，影响业务通信。②网络通道不可控。由于无线公网服务于民众，网络通道受政府机构、军队等单位临时规定的影响较大，区域GPRS网络临时被关闭时有发生，导致片区低压集抄业务全部中断。③终端在线率及通信成功率低。由于公网的话音和数据都使用相同的网络资源，并且是一个语音优先的系统，所以如果小区负载很高，GPRS数据用户得到的空中资源就越少；而且在GPRS业务传输过程中，如临时业务时隙被语音用户抢占，业务将即时中断。 （4）基于无线宽带技术的无线专网
基于无线宽带技术的无线专网具备覆盖面广、施工难度低、实施周期短、组网灵活等特点，同时由于专网专用，其业务质量、宽带保证、安全隔离和覆盖范围都能很好地满足配网自动化业务需求，其主要的优势有：①带宽容量大，能满足配网自动化业务宽带化发展需求。单基站吞吐量可达15M，终端的速率可达2M。在使用5M信道带宽情况下，可支持15Mbps的数据传输速率，可以满足各种业务需求。②安全性高。无线宽带技术在解决通信系统面临的中断、篡改、窃听、伪造和抵赖等5类安全威胁的问题上，已在通信系统的认证性、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。无线专网设备可安放在配电所/房，对于网络设备安全性保障明显优于公网设备，可以有效防范欺骗、窃听、拒绝等网络攻击。③施工容易。不涉及对线路的停电、改造，施工周期短，可迅速实现大范围节点覆盖。
2.2配网通信建设成本分析
（1）光纤通信
光纤通信建设成本主要由光缆采购、光缆施工和光设备采购成本构成。设备成本：0.8万元/点；光缆成本：24芯光缆1.5万元/公里；施工成本：已有预留管沟的施工费用5万元/公里；未预留管沟需要开挖的施工费用13万元/公里。
以两个配网站点间的平均距离为0.3km进行成本估算：
已预留管沟的费用为2.75万元/点；未预留管沟的费用为5.15万元/点。
（2）中压载波通信
以1条线路4个配网节点估算，需配置一台主载波、四个从载波；主载波设备，6万元/台，从载波设备，1.5万元/台；则估算成本为2.7万元/点。
（3）公网无线通信
每月12元包月，10M带宽，终端设备费0.15万元/点，以5年租期计算，则估算成本为0.22万元/点。
（4）无线专网通信
成本主要由基站建设成本和无线终端采购成本构成，基站设备：40万元/台；无线宽带终端：0.15万元/台。以配网自动化、计量自动化业务共10万个点估算，在110kV及以上变电站和自有物业位置加装基站，完成全部覆盖，共需300个基站，自建无线专网费用为0.27万元/点。
小结：采用不同技术满足配网业务接入点的通信覆盖，无线专网的投资估算成本很低，具有良好的性价比优势。
三、配网通信技术规划建议
根据上述技术和投资分析，作为应用于配网的通信网络，业务对其安全性、可靠性等都有较严格要求，而且配用电业务有向宽带化迅速发展的趋势，不适合采用无线公网承载；而采用光纤通信、中压载波等技术无法在短时间内实现大范围覆盖。因此，为实现配网自动化，建设专网专用、可定制安全策略的、可自主管理的电力无线宽带专网是很有必要的。以下是对配网通信技术规划的建议：1、对于老城区业务点，以无线宽带专网为主。2、对于新接入的具高可靠、高安全要求的控制类业务点，以光纤通信技术为主，无线宽带专网为辅。3、对于大量的、分散的、以监测为主的业务节点：以无线宽带专网为主，公网通信技术作为补充。
四、结束语
无线宽带专网可以为电网公司提供先进的无线宽带接入技术，可实现配电网络业务的广泛接入，提供各种无线信息化应用，为电网公司提供更便捷的服务，全面提升电力行业的竞争力。如今智能电网时代即将到来，电力无线宽带专网作为智能配网通信的有效解决方案，不仅能支撑智能电网的各种需求，还具有良好的成本优势，节省通信网络建设的投资，因此，建设电力无线宽带专网具有良好的经济效益和社会效益。