面向农村电网的通信网建设模式研究

占永红

摘要：随着智能电网建设的深入推进和农村电网的逐步坚强，中压配网通信和低压配网通信实时性、可靠性程度相对薄弱的特点逐渐凸显。本文通过阐述农村电网通信网业务需求，对比剖析了农村电网通信网技术体制，针对复杂多样的通信网络特征，设计了农村电网通信网整体建设路线，并提出了在不同基础条件下的农村电网通信网建设方案。

Abstract： With the deepening of the smart grid construction and the gradual strengthening of the rural power grid， the weak characteristics of medium voltage and low-voltage distribution network， such as real-time responsibility， reliability， is gradually highlighted. This paper introduces comprehensive business needs of the rural power grid communication network， and the technical system of communication network in rural power has comparative analyzed. In view of the complicated characteristics of communication network， the paper designs a kind of whole construction route for rural power grid communication network， and puts forward the construction scheme of communication network in rural power grid which based on different basic conditions.

关键词：农村电网通信网；业务需求；技术体制；建设路线

Key words： communication network of rural power grid；business requirement；technical system；construction route

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）04-0013-03

0 引言

农村电网通信网涵盖高压配网通信、中压配网通信和低压配网通信，实现用电信息、配电自动化等智能终端设备信息的实时传输，但是基层配电网及农村地区电网由于点多面广、分布无序、建设历史等原因，存在通信网络基础薄弱，体系架构、构建模式还不够完善等问题，同时，随着新农村建设的不断深入，现代农业以及城乡一体化的快速发展，我国农村电力需求增势强劲，农村电网面临供电压力，对供电可靠性、智能化也提出了新的要求农村配用电通信网络存在建设成本高、维护难、可靠性低、安全隐患多等问题。为此，本文通过农村电网通信网多种通信技术体制及承载的综合业务进行对比分析，提出了适用于农村电网通信网的建设策略和演进路线，并在多样化基础条件下提出了农网通信网典型建设方案。

1 农村电网通信网业务需求

1.1 农网通信网业务概述

农网通信网按电压等级、覆盖网点分散性分为三层结构：骨干通信网、中压通信接入网和低压通信接入网[1]，其中业务承载内容上主要包括以下方面：

①骨干通信网承载的业务包括调度电话和行政电话等语音通信、实时性和可靠性要求较高的变电站站间线路保护通信、调度中心和变电站之间控制信号传输、以及一些数据量较大的办公自动化数据，并满足中压通信接入网的上联需求。国网公司建成了物理隔离的调度数据网（生产控制类数据）和综合数据网（辅助类、办公类数据）两张网，调度数据网内部又采用SDH等方式物理隔离出多条专用通道供不同业务使用。而针对农网通信网特征重点分析生产控制类业务。②中压通信接入网承载的业务主要包括配电自动化、分布式电源电站中压接入和电动汽车充电站中压接入等的远程监控、以及未来有源配网中基于通信的网络化继电保护。并满足低压通信接入网的上联需求[2]。中压通信接入网是骨干网的延伸，其上的业务大体也可以分为生产控制类业务和综合数据类业务，前者是电力公司通信网支持的首要业务。③低压通信接入网承载的业务主要包括用电信息采集、充电桩计量监控、用户侧小型分布式电源计量监控等。

1.2 农网通信网特点

1.2.1 网络拓扑复杂，业务接入点多

由于配电通信网线路多依托配网线路建设，配网线路的改造会对网络结构产生较大影响。

1.2.2 承载业务多元化

配用电通信网不仅承载配网生产、控制类信息，也承载接入配网的分布式能源、电动汽车充电站运行监控及计量等业务，而且用户用电信息采集业务也将通过配电通信网承载[3]。

1.2.3 业务流量低，工控特性需求多样

配用电通信网各类业务流量均比较低，但具有一定实时性要求，各种业务在带宽、时延、可靠性、安全性要求上存在一定差异。通常配用电通信网所承载的各类业务带宽需求都比较小，部分服务于配网自动化控制的业务在传输实时性及可靠性上有一定的要求，而服务于用电信息采集及营销的业务则更注重传输可靠性与安全性。

1.2.4 通信技术体制多样

基于各類通信方式的技术经济性分析，适于配用电通信网的通信方式将是多种多样的，包括光纤通信、载波通信和无线通信方式等多种。

1.3 农网通信网关键业务分类

农网通信的关键业务主要是中压通信接入网承载的生产控制业务[4]。按照目前的情况，中压通信接入网承载的主要业务大体可分为用电信息采集、配电自动化和智能化业务，数据流特点主要是汇聚型为主，如表1。

1.4 农网通信网业务传输性能

农村电网通信网主要涵盖配电网开关站、配电室、环网柜、柱上开关、公用配变、线路等以及网内专变、工商业及居民用户表计、电动汽车充电站和分布式能源站点等相关设备，按照数据源特点，划分成三种类型业务数据流[5]。

1.4.1 周期性业务流

周期性业务流属于典型的时间驱动型数据，即通信报文按预定时间定时触发，报文大小和分组长度可以事先确定，如配电自动化系统周期性状态扫描，用电信息采集定时任务等。

1.4.2 随机性业务流

随机性业务流属于典型的事件驱动型数据，报文大小和分组长度不能确定，数据以概率分布特点产生，如断路器远程操作、无功补偿远程投切、终端故障告警上传等。

1.4.3 突发性数据流

突发性业务流的特点是传输时间集中，如电网故障情况下通信节点信息的上传，通信节点之间信息交互等。

2 农村电网通信网技术体制剖析

2.1 现有通信技术体制剖析

利用现有通信技术体制[6]，可满足前述业务需求的常用技术体制适应性剖析如表2。

2.2 各项技术可承载业务内容分析

综合上述适应性剖析，各单项技术均不能单独解决农村电网通信网综合业务承载问题，只能为单项业务提供解决方案，对综合业务的整体解决方案，需要在组网层面进行设计，具体包括以下两个方面。

①技术层面上，除中压PLC外的每种专网技术都可以单独支持负控、自动化遥控、遥信、遥测、用电信息采集业务等五种业务组合。

②管理层面上，自动化遥控为I区业务，GPRS类公网不能承载，其他专网技术可以承载。负控为III区业务，同时是生产控制业务，因此管理上可用公网传输，实际生产中以专网传输，如目前基层供电公司使用GPRS来完成负控覆盖率指标，但不用于生产控制业务。

因此，现有电力通信系统应用的主流情况是：230M数传电台专门给负控终端使用；GPRS主要给用电信息采集使用，并负责部分自动化二遥数据（在有些地方二者还不是统一和移动谈的）；3G无线专网专门给用电信息采集或配电自动化的一者使用；EPON专门给配电自动化使用，而自动化内部又没有将遥控和二遥分开传。

3 农村电网通信网建设策略

3.1 农村电网通信网整体建设路线

农村电网通信网具有“广域宽带”和“工业控制”的内在矛盾，应该按照“专网技术公网化，公网管理专网化”的原则，走IP化、以太网化的技术路线；按照业务重要性采用“专网为主，公网为辅”的原则，技术设备选择上采用“光纤为主，无线为辅”的原则，整体按照“租用公网”—“专网骨干线覆盖，公网面覆盖”—“专网基本覆盖，公网补盲”—“专网全覆盖”的平滑建设路线。

基于以上原则，各建设方可以在技术路线的前提下，在建设路线中根据现有农网通信网基础情况选择建设起点和终点，对不同经济和供电重要性场景提出组网建议（平滑建设方案），选择建设的起点和终点。

3.2 不同基础条件下的建设方案

3.2.1 经济条件较好和供电重要性较高的城市配网

对经济条件较好和供电重要性较高的城市配网，如工商业大用户密集，政府部门等供电重要性高的地区（如市区局政府和商业区、高可靠性示范区、工业基地等），存在较多自动化三遥、营销采集和负控业务，对自建专网的需求和支撑条件都较高，定位在大力发展光纤专网建设，租用公网补盲的阶段。

建设方案：以EPON光纤网为主，沿10KV线路将光纤尽可能敷设到三遥节点和重要用户的负控节点处，形成拉手或环网保护，并尽量用多芯数的光缆，为各种业务预留通道。对剩下实在不具备光缆敷设条件，且业务重要性不高的点，再考虑自建小无线补盲或者租用公网补盲。

这些区域负控和用电信息采集业务可能已经有230M数传电台或GPRS在承载，但还是建议将光缆敷设到相应节点，以备将来通信和信息整合后，这些业务过渡到性能最好的光网上来。

3.2.2 经济条件和供电重要性一般级别的城市配网

针对经济条件普通和供电重要性一般的城市配网，如以普通居民用户为主，供电级别不高的辖区（如普通居民区地段），业务需求主要是用电信息采集和自动化二遥，负控及遥控业务较少，该地区有自建光纤网的条件和发展潜力，公网资源也较好，定位在搭建光纤专网骨干框架，同时充分利用公网资源的阶段。

建设方案：以EPON光网络为主，沿10kV线路敷设光缆，覆盖有遥控节点的骨干线路，并尽量形成拉手或环网保护，为自动化遥控业务提供通道，同时完成沿线其他节点信息上传。其余不带遥控的分支节点用GPRS方式接入。营销用电信息采集也使用GPRS接入，负控延用现有230m数传电台不变。

然后视投资预算、业务需求及电网的发展情况，逐渐扩大光缆覆盖范围，采用平滑扩展的方式，逐步将光缆扩展到10kV线的各分支线，同时扩建EPON设备，用同缆不同芯方式将用电信息采集也通过该部分光缆接入骨干网，逐步替代GPRS。直到性价比、运维效率最佳的比例。

3.2.3 经济条件较好的农村电网通信网

针对条件较好且需要部署智能配用电业务的农村、县城地区，如沿变电站出线串形分布有一些企业用户、新农村聚居地、小县城的场景，其业务需求主要是用电信息采集和二遥，负控和遥控点数量不多，整体呈线状分布，并非集中分布，公网无线资源并不豐富，无线频点资源较为“干净”，有建设无线专网的条件和需求，但由于线状分布的特点，直接采用光纤方式的性价比太低，所以考虑用光纤和无线专网耦合的方式搭建专网的框架，租用公网填充覆盖面。

建设方案：以EPON为主，建设有遥控节点的骨干10kV线光网，为遥控业务提供通道。在不能形成拉手保护的地区（农网常见）试点无线专网，为覆盖范围内的用电信息采集和二遥数据提供专网通道，同时作为遥控业务的异网备份通道。其余有公网资源的地区用电信息采集仍采用GPRS方式接入，负控业务延用现有数传电台。

然后逐步扩大光缆覆盖率，首先争取形成骨干网的拉手或环网保护，其次对10kV分支线进行覆盖，逐步扩建接入二遥和用电信息采集数据。无线专网设备可在光纤网建设到较好程度时撤下，换到其他地方再按照上述模式使用。

3.2.4 经济条件较差的农村电网通信网

针对经济条件较差的农网（如区县供电局的农村用电信息采集片区），主要的建设重点在于一次电网的提升，通信作为高级应用的支撑需求较小，目前较为明确的需求为用电信息采集。

建设方案：依据该类地区的建设性价比、人员运维实力等因素，建议采用公网GPRS方式处理，将建设、运维问题转移至电信运营商。在某些特别偏的地区，甚至电信运营商未进行网络覆盖的地区，可以采用中压PLC方式建设远程通道，达到采集覆盖率要求。

4 结束语

农村电网通信网是智能电网实现的基础，而承载的业务内容及需求是推动电力通信网转型的核心驱动力。因此，本文对农村电网通信网承载业务需求进行分析，并在此基础上对承载业务内容的农网通信网现有技术体制进行对比剖析，提出了農村电网通信网建设策略，为不同基础条件下的农村电网通信网建设提供建设指导方案。

参考文献：

[1]张晓平，曾瑞江，陈辉.电网智能化通信的业务特点与关键技术[J].电力系统通信，2012（05）：80-84.

[2]Kuzlu M， Pipattanasomporn M. Assessment of communication technologies and network requirements for different smart grid applications： Innovative Smart Grid Technologies （ISGT）， 2013 IEEE PES， Washington， DC， 2013[C].2013.

[3]赵江河，陈新，林涛，等.基于智能电网的配电自动化建设[J].电力系统自动化，2012（18）：33-36.

[4]徐鑫，侯兴哲，姜建伦.农村电网的双平面紧耦合通信机制研究[J].自动化仪表，2013（1）：6-9.

[5]吕玉祥.智能配用电通信网测试系统研究[D].重庆大学， 2015.

[6]刘鹏，刘娜，张叶峰.农村电力通信网组网方式[J].农村电气化，2013（10）：38-39.