主动配电网通信技术应用分析

付诚

（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南 昆明 650051）

主动配电网通信技术应用分析

付诚

（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南 昆明 650051）

相比于传统的配电网，主动配电网的智能化水平和自动化水平大大提高。通信系统是主动配电网的神经系统，为满足配电自动化、高级量测装置、分布式能源站调度、配网设备在线监测等应用的需求，必须建设一张可靠的通信网。结合主动配电网特征，既分析了工业以太网交换机以及PON等常用的通信技术，又分析了NB-IoT和LoRa等新型通信技术，并且针对主动配电网中不同的通信业务需求，提出了适用的通信技术，可作为主动配电网通信系统建设的参考。

主动配电网；通信技术；NB-IoT；LoRa

随着传统化石能源的日趋枯竭，环境污染日益严重，新能源技术的发展及现代社会对供电质量与电网运行经济性的要求提高，以风电、光伏为代表的分布式可再生能源和以电动汽车、储能装置为代表的新型负荷大规模接入配电网[1]。近年来，分布式电源技术（DistributedGeneration，DG）被业界普遍看好，相关技术研究、试点实践层出不穷，已成为国内外主动电网领域的关注焦点之一。

2006年国际大电网会议首次提出了“主动配电网（ActiveDistributionNetwork，ADN）”概念，与传统配电网仅能被动地接受分布式电源不同，主动配电网能够协调分布式能源与储能装置按照优化互补的方式运行，运行人员可以根据负载情况，灵活改变网络拓扑，调整电力潮流，使得配电网能够经济、良好地运行，提高新能源利用率，提高可靠性和电能质量，保证配电网安全、高效地运行。未来的配电网将从传统的被动单向式供电逐步向多种能源形式供电的双向供电方向发展，配电网将由原来单一电能分配的角色转变为集电能汇集、电能传输、电能存储和电能分配为一体的新型电力交换系统[2]。

通信系统是主动配电网的神经系统，鉴于满足配电自动化、高级量测装置、分布式能源站调度、配网设备在线监测等应用的需求，建设一张可靠的通信网势在必行。主动配电网具有线路多、设备多等特点，再加上大量分布式电源及储能装置的接入，数据传输需求很大，对通信系统的传输容量要求很高。同时，为了实现主动配电网的双向供电互动，必须时刻保证通信通道的可用性，因此对通信系统的可靠性要求极高[3]。综上所述，作为主动配电网中不可或缺的一部分，开展建设时，必须对通信系统予以高度重视。

相比于传统的配电网，主动配电网的智能化水平和自动化水平大大提高，通信业务也爆发式增长。主动配电网通信业务主要有：配电自动化终端通信业务，中压配电线路保护通信业务，分布式电源、储能装置通信业务，智能电表通信业务，大客户负荷管理通信业务，配网设备在线状态监测系统通信业务。

总体来看，主动配电网通信业务具有业务种类多、单项业务数据量小等特点。为了建设好主动配电网通信系统，必须得分析清楚适用于主动配电网的各类通信技术及其特点。

1 主动配电网通信技术分析

1.1 工业以太网交换机技术

工业以太网交换机是一种集光通信、以太网接入、异步数据传输于一体的数据传输设备。工业以太网交换机技术是配电网中常用的通信技术。工业以太网交换机诞生之初，旨在解决复杂、恶劣的工业环境中传输以太网数据的难题。以太网技术采用了载波监听多点接入/碰撞检测技术，在恶劣的工业环境中，该技术可靠性大大降低，最终可能导致网络瘫痪。工业以太网交换机采用存储转发方式传递数据包，提高了以太网通信速度，并且可以智能感知网络状况，提供报警，从而可以使设备在恶劣的环境中稳定、可靠地运行。工业以太网交换机制造成本低，具有组网简单可靠，即插即用，支持快速以太网冗余环状拓扑结构，支持广播风暴抑制功能，维护和管理方便等特点。

1.2PON技术

无源光网络（PassiveOpticalNetwork，PON）只在信息源端和宿端需要对设备进行供电，中间的光配线网采用无源分光器件构建，设备无需供电。但由于采用了无源分光器，发光功率下降较快，因此PON一般适用于较短距离的信息传输。由于其技术特性，PON技术特别适合用于点对多点的传输，这与配电网点对多点树形发散式线路模式正好适应。

在主动配电网中采用PON技术的优势在于：①节约光缆纤芯资源，扩大通信网服务范围。采用树形结构，有利于共享主站侧出来的光纤介质，可以节约设备光接口资源，提高光纤利用率。②采用点对多点模式搭建网络，主站侧的一套设备可以通过分光器将信号转发至若干个终端设备，特别适合配电网中树形的光缆拓扑。③可靠性高。由于PON技术组网特点，单点设备故障不会影响其他节点设备的工作，可以抵抗多点同时失效，任何一个终端或多个终端故障，不会影响整个系统稳定运行。

1.3 NB-IoT技术

窄带物联网（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT）基于运营商蜂窝网络构建，只需要180kHz的带宽。NB-IoT可基于现有GSM网络、UMTS网络或LTE网络直接部署，以较低的部署成本实现平滑升级。采用NB-IoT技术的设备待机时间长，但网络连接高效、迅速，适用于承载数据量小，但在线率要求高的主动配电网通信业务。

NB-IoT具备4大优势：①传输距离远。在同样的频段下，NB-IoT比现有无线技术增益大20分贝，具有更大的覆盖面积。②支持海量终端接入。NB-IoT一个扇区可接入10万个节点，特别适用于时延要求不高，设备成本低数量多的应用场景。③超低功耗。NB-IoT通信终端待机时间理论上可达10年，特别适用于配电网故障指示器通信模块。④通信模块成本极低，根据通信行业企业预测，NB-IoT通信模块单价低于5美元。

1.4 LoRa技术

LoRa技术是一种新型的、基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术。LoRa主要采用了扩展频谱通信技术，但非直接序列扩频，而是使用未调制载波进行线性调频，其主要特点是超低功耗和超远距离，工作于开放频段。基于LoRa技术的普通数据发射器，可以在2节五号电池供电的情况下，向距离一二十千米的接收网关持续发送信息，并能稳定工作10年以上。

LoRa通信技术具有通信距离远、传输速率灵活可调、环境适应能力强、通信模块耗电量低等优点，特别适用于主动配电网智能抄表架构中“最后一公里”的数据传输。

2 结束语

通过本文分析，可得出以下结论：①对于配电自动化、中压配电线路保护、配网设备在线状态监测等实时性要求高或数据量大的业务，建议采用工业以太网交换机或PON技术构建主动配电网通信系统；对于分布式电源或储能装置监测、智能电表通信业务、大客户负荷管理等实时性要求较低、数据业务量小，但业务终端数量多的业务，建议采用NB-IoT技术或LoRa技术构建主动配电网通信系统。

通信系统作为主动配电网业务数据信息传递平台，负责着众多智能采集终端与后台控制中心实时数据的交互。在进行主动配电网规划时，应根据主动配电网通信业务特点，选用与之适应的通信技术。本文结合主动配电网特征，详细分析了主动配电网中常用的或新型的通信技术，可作为主动配电网通信系统建设的参考。

［1］马钊，梁惠施，苏剑.主动配电系统规划和运行中的重要问题［J］.电网技术，2015，39（6）：1499-1503.

［2］程林，刘琛，康重庆，等.主动配电网关键技术分析与展望［J］.电力建设，2015，36（1）：27-32.

〔编辑：刘晓芳〕

TM727

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.17.148

2095－6835（2017）17－0148－02

付诚（1986—），男，云南昆明人，研究生，当前职务为设计师，职称为工程师，研究方向为电力通信。