曲小源
(青岛职业技术学院,山东 青岛 266000)
配电通信网的主要作用是实现电网与用户间的信息交互,随着配电网规模的不断扩大,对配网通信接入网提出了更高的要求。为了进一步促进自动化与电气工程的融合创新,很多人进行了前瞻性研究[1]。配电网的网络架构呈现出复杂化特征,配电系统也发生了变化,过去只是进行单一的电能分配,随着业务范围的扩增,逐步覆盖了电能收集、传输、存储等业务,如何实现配电网信息海量接入、提升信息传输的可靠性成为亟需解决的问题。目前,配电通信网中应用了各种通信技术,如宽带无线接入技术、终端直通(D2D)技术等,还将BPLC技术与TD-LTE技术相融合,这种新型宽带通信技术在一定程度上满足了电力配用电业务的基本通信要求。智能配电网范围相对较广,监测点繁多,对通信可靠性要求较高,如果使用单一的通信接入技术,将无法满足电力业务需要[2]。基于此情况,设计了一种多技术融合的配电网终端通信接入架构。
1.1 多业务复用
许多配用电终端通信接入技术已应用于智能电网中,效果较好,但是主要以配用电子系统为主,存在信息采集成功率低、通信可靠性难以满足要求的问题,无法达到预期目标。配网业务种类较多,节点数量大,需进一步提升通信服务质量才能满足配网业务需求[3]。
1.2 业务应用场景复杂
配用电网网络架构复杂,应用范围包括区域环境、空间位置、业务分类等。其中,区域环境是指敷设位置,空间位置包括敷设方式,业务分类是指系统涉及的各类业务。人们对配用电通信网的要求越来越高,但配电业务主要集中在生产Ⅰ区与管理Ⅳ区中,制约了配电网终端通信接入的发展。
2.1 终端通信架构
目前,我国通信网主要包括配电与用电,如图1所示(VPN代表虚拟专用网络)。
图1将电力终端通信接入网分为汇聚平面、中压平面、低压平面。汇聚平面为了满足安全分区的要求,分为综合数据网与调度数据网,且相互独立,互不干扰。中压平面、低压平面主要通过物理隔离方式建立相应的数据网,在一定程度上提升了数据通信的完全性,满足了智能配用电业务的通信要求。但其局限性日益凸显,主要表现为中压与低压通信接入平面为了满足具体的业务需求,通过多种技术融合方式构建通信网,使得通信网中存在相互独立的子系统,无法实现多网协同。例如,在低压通信网接入平面中应用光纤和电力线载波技术,使其可开展电力信息采集业务,但却形成了相互独立的子系统[4]。
图1 电力终端通信接入网分层应用架构Fig.1 Hierarchical application architecture of power terminal communication access network
2.2 多技术融合终端通信架构扩展
传统的接入网架构考虑到了配用电业务与管理模式需求,但是智能配用电业务可能会受到影响出现以下变化:用电信息采集、远程费控、配电自动化等系统的通信效率得到提升,但终端接入要求难度逐渐增大。配电与用电两种通信网的业务界限相对模糊,使用多技术融合后,配电网中会增加相应的业务,如信息采集、信息传输,且这些业务会逐渐拓展,需接入的通信信息量不断增多。为了方便管理,需建立业务统一的专用通信接入网。用电信息采集系统在接入过程中需经过综合数据网,这种方式在一定程度上降低了信息传输的安全性。应通过物理隔离安全等级划分的方式,确保电网正常运行。为了满足其需求变化,需通过多技术融合方式来构建终端通信架构,如图2所示。
图2 电力终端通信多技术融合接入网架构Fig.2 Multi-technology integrated access network architecture for power terminal communication
融合技术路线及功能说明:①技术融合后能够对接入网的安全等级进行划分,并设置相应的安全策略保护机制。②融合中压通信平面层的网络。网络技术业务统一管理中需确保配用电业务安全接入中压平面中,便于通信协议转换。③低压通信接入平面的网络层融合。为了保证有线与无线专网协同,针对不同的网络技术,可通过研制多模传输模块与融合网关的方式来实现。
3.1 典型组网示例
配用电通信网要求较多,且不同的通信技术具有不同特征,为了充分发挥通信技术的作用,应构建典型的组网[5],在中压与低压通信平面上建立相应的光纤网络,融入多种自动化无线技术,实现多技术融合,其网络架构如图3所示。
图3 配用电终端接入多技术融合典型网络结构Fig.3 Typical network structure of distribution terminal accessing multi-technology fusion
多技术融合网络结构不仅能够满足配电业务、用电业务需求,还支撑多种业务纵横互联,主要融合技术路线为:
中压通信接入平面融合技术,包括EOPN技术、RoF技术融合,可满足平面中的Qos要求。中压平面对配电通信网的要求较高,通信传输需具备较高的可靠性,因此采用双通信通道融合设计,技术路径详见表1。
表1 中压通信接入平面融合路径Tab.1 Fusion path of medium voltage communication accessing plane
低压通信接入平面融合技术。该平面使用的技术主要有EOPN技术、低压PLC技术、WSN技术等[6]。融合这些技术可满足平面中的Qos要求,由于平面要求相对较高,对用电终端灵活性有一定的要求,故采用有限通道与无线通道融合方式,技术途径详见表2。
表2 低压通信接入平面融合技术Tab.2 Fusion technology of low-voltage communication accessing plane
3.2 应用分析
应用技术融合终端通信结构组网后,还需注意以下几方面:①配用电终端多种通信技术方式共存的维护。针对配用电业务需求将多种技术融合,以其中一种或两种技术为主,其余技术作为辅助,充分使用新网络技术,进行多技术统一管理,便于统一维护。②区分加密。主要对象是配用电业务划分数据安全等级,设置相应的秘钥管理,将终端加密简单化。例如,进行安全等级高的计量数据加密时使用计量芯片来完成。③针对配电业务特点利用合适的应用模式与频段,如在进本地通信时采用WSN技术,选择频段为480 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz。为了保障功率消耗小且具有较强的穿透性,可采用480 MHz低频段作为主要频段,采用无线公网VPN作为相应的网络通道[7]。终端采集数据过程中要不断更新,保持较低功耗,可选择无线公网中的NB-IoT技术来实现。
配用电分布较广,监测点繁多,要求通信网具有可靠性,因此在配用电通信网的基础上采用多种技术融合方式,建立了相应的网络架构,以提升配电网的安全性与可靠性,这对于自动化配电通信网建设具有十分重要的作用。
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