智能电网中的配电通信网关键问题探讨

2010-04-04权楠

电信科学 2010年3期

关键词：通信网配电配电网

权楠

（中国电力科学研究院北京 100192）

1 引言

智能电网是采用先进的电力设备、信息技术和控制技术，支持可再生能源发电系统接入，用户灵活用电，具有高自动化水平，并有一定自愈、互动功能的安全可靠、高效率的电网[1]。

2009年5月，在特高压输电技术国际会议上，国家电网公司正式对外公布了“坚强智能电网”计划，标志着智能电网在中国的正式启动。

按应用环节分类，智能电网可分为发电、输电、变电、配电、用户、调度+通信六个环节。其中，配电与用户环节都是处于配电网层次，其各种具体功能均需要配电网范围的通信系统进行支持。

电力通信网是电网二次系统的重要组成部分，承担了电网中保护、调度、营销数据等信息的远程传输，保障了电网的安全正常运行。

电力通信网可分为电力通信主干网和配电通信接入网两部分。电力通信主干网承载了输电线保护安稳业务、输电网调度业务以及一些数据业务和作为配电通信网的远程传输通道。配电通信网主要承载配电网自动化业务和用电信息采集业务，是电力通信网最靠近用户的部分。

然而，长期以来，在我国进行的配电网范围的通信系统建设大部分以失败告终，直接造成了大部分全部配用电试点工程无法正常工作，形成了巨大的投资浪费。该现状不仅有技术不成熟的原因，还有具有深层的客观原因，本文对此进行着重分析。

在智能电网的框架下，智能配电网建设及其通信支撑被赋予了重要意义，多种智能电网的重要功能体现在智能配电网中。配电网通信建设势在必行。因此，对配电网通信建设进行深层分析具有重要意义，配电网通信建设需要从方向上对其进行指导，以免重蹈20世纪90年代配电网通信的覆辙。

2 现状及原因分析

我国配用电系统及业务应用一直处于较低水平。曾经有过多次集中试点及示范工程建设，但并未对配用电系统大规模推广提供契机。究其原因，是投资与回报的相互关系。

配电网通信系统的建设一直受投资和回报两方面因素的共同作用。

配电网通信系统的最大特点是分布广泛，通信节点遍布配电网各个部分，具有接近电话和广电网的通信规模。由于其巨大的规模，配电网通信系统将具有非常可观的投资价值。

一直以来，我国配电网需要通信的功能仅限于配电网自动化和远程抄表业务等，限于落后的通信技术，只能实现简单的对通信要求低的功能，复杂的具有较强实用价值的功能不能实现或不敢实现，从而使得投资配电网通信系统带来的回报非常有限。

可见，相对配电网通信系统的巨大投资，当前我国配电网中各种功能带来的效益回报很少，这种投资与回报的不平衡直接造成了我国一直以来配电网通信系统建设的落后局面。

随着智能电网概念的提出和我国电网智能化建设的推进，智能配电网中的自动化功能水平得到极大提升，更高的供电可靠性要求更先进的配电自动化控制手段，分布式电源以及智能用电等业务均要求一个稳定可靠的配电网通信系统作为它们的支撑，这种支撑体现为回报的增多和丰富。同时，随着多网融合建设的推进，配电网通信系统提供三网融合的用户接入通道，更能够体现系统投资的回报增多。

另一方面，随着新技术（如光通信技术和新型无线通信技术）在配电网中的应用，新技术能够提供更强的通信性能和可靠性，能够更好地支撑新的配电网业务应用，相当于投资回报增大。通过对通信体系的合理规划，新型通信技术将有可能降低整个配电网通信系统及后续建设的投资。

因此，在回报极大增加的情况下，在来自电网公司和用户以及社会效益的需求推动下，发展配电网通信具有强大的驱动力。

更好的通信效果和多方面需求造成驱动力增大，由驱动力增大带来更多的投资和由新技术带来的低成本共同作用，促进我国配电通信系统建设的实施。

3 配电网通信系统的特点

（1）多业务复用

过去的配电网通信系统均依赖于业务系统存在，配电网自动化、负荷控制、用电信息采集等配电网系统各自拥有各自的配电网通信系统，各自独立。在智能电网框架下，多种配电网范围的业务均需要通信系统的支撑，而且通信范围比以前更广，通信节点更多，同时为了统一管理，需要应用一套统一的配电网通信系统。这种统一的配电网通信系统势必具有多种业务通用的特点，主要有以下问题。

· 通信性能需求

不同配电网业务具有不同的通信性能需求，如配电网自动化要求通信容量较小而通信时延敏感，视频监控业务则要求较大的通信容量。这些业务之间的复用势必互相影响通信性能。

· 可靠性需求

多种配电网业务之间具有不同的通信可靠性需求，如智能配电网自动化和分布式电源控制可靠性等级高于用电信息采集，具有高可靠性需求的通信网需要具有通道保护和通信负载控制。

· 安全性需求

不同配电网业务具有不同的安全性需求，同时之间也不能具有直接互联的通信通道，这要求不同业务网在通信网中具有适当的隔离手段。

（2）系统分布广、终端数量庞大

配电网通信系统是一种配电网范围的通信系统，覆盖范围广，终端数量庞大。系统甚至具有同电话网相近的规模，这种规模的系统势必具有如下特点。

· 建设工程量和投资巨大

配电网通信系统接近终端位置的通信网络和终端具有庞大的数量，其建设成本和设备成本具有庞大的规模。

· 维护工作量大

配电网通信系统具有接近通信配电网的规模，其运行和维护具有接近配电网的工作量，其维护将成为较大的问题。

（3）配电网环境多种多样

我国幅员辽阔，各地地理环境不同，经济发展水平不同，现场应用环境多样。同时各地配电网多种多样，不仅在拓扑结构上有所不同，电压等级、工程实施方面也有所不同。越靠近用户各种非技术因素对配电通信网的影响越大，这些因素限制了配电网通信的应用和发展。

综上所述，以上这些因素，是配电通信网有别于电力主干网和公网接入网的主要体现，也是制约配电通信发展的关键因素。

4 关键问题探讨

由以上分析可见，当前的配电网通信建设机遇和挑战并存。为了避免过去投资的失败，保证当前智能电网框架下配电网通信建设的顺利进行，必须全面系统地对配电网通信建设中的关键问题进行逐一分析。

（1）建设投资

配电网通信系统规模庞大、终端数量众多，工程建设投资巨大，因此具有成本敏感特征。在这种情况下，通信系统规划与设计、通信技术的选择必须考虑到整个系统的成本控制。

可采取对不同通信可靠性及性能需求、不同终端数量和位置等业务通信网络进行区分；对相同业务通信路径的业务进行通道复用等系统成本压缩手段对系统进行合理网络规划和技术选择，能够有效减少系统的建设投资。

（2）效益体现

配电网通信系统的效益并不能直接体现于通信系统本身，而体现在配电网智能化功能中。因此，必须对我国智能电网框架下的配电网业务功能进行评估，分析研究我国智能配电网功能体系同国外的不同，以针对其效益体现指导通信支撑系统的投资和建设。

（3）建设维护

配电网通信系统作为规模庞大的通信系统，其面临工程建设上的技术困难和大量的工程建设成本。工程建设成本有可能占据系统总投资相当大的一部分。同时，作为接近低压配电网规模的通信系统，其运行维护工程量非常大，有可能涉及大量基层电工的技能培训。同时，一旦系统设备或线路可靠性不高，将造成巨大的维护工作量。

（4）管理运行体制

配电网通信系统同样面临管理运行体制的困难。系统规模庞大且承担了不同配电网业务，使得电网公司有可能单独成立部门对配电网通信系统进行管理运行。

（5）我国配电网的多样性

我国配电网发展不均，不仅在用户分布、环境上存在多样性，而且在经济发展水平、用户用电习惯上也具有较大差异，这直接影响到系统的效益体现。从经济效益角度分析，区别对待不同配电网情况以确定配电网通信系统建设模式具有重要意义。

（6）安全性

在智能电网框架下，配电网具有自愈与用户交互能力，多种原先非自动的配电网功能现在具有了远程控制能力。因此在通信层面提供安全防护措施具有重要意义。

（7）产业推进

配电网通信系统中用到的装备和设备并不全为市场中的成熟产品，相当一部分需要针对配电网通信进行二次开发。厂家不愿意承担开发风险，需要电网公司或管理部门出台标准或导则，对新产品进行指导和规定，推进产业的发展。

（8）多网融合

低压配电网电力线路具有电力特有的最后一公里接入通道，采用电力独特的光电复合缆提供对用户的FTTH接入，为用户提供电视、电话、数据和电力信息四网合一接入。在多网融合接入中，具有专网和公网复用通道的特点，这种复用在别的行业专网通信系统中不曾出现。

（9）业务依赖

配电网通信系统作为配电网业务系统的支撑，其发展必将受到业务系统的影响与局限。当前世界各国对智能配电网的研究均处于研究阶段，最终智能配用电业务的应用模式还并不明确，在这种情况下，超前建设配电网通信系统以致超出了业务系统的需求，造成投资浪费。因此配电网通信系统的建设需要按阶段逐步实施，从简单到复杂，每一个阶段满足对应配电网业务的需求。在这样的发展过程中同时要注意阶段的连续性，在技术和体系上具有可承接性，同时要尽量减少阶段转换的改造投资。