智能配用電通信網(wǎng)絡技術(shù)論文
隨著智能配用電網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能配用電網(wǎng)通信網(wǎng)的新計算機網(wǎng)絡技術(shù)也不斷呈現(xiàn)，由于智能配用電網(wǎng)覆蓋面廣、節(jié)點多、建設難度大等原因，一直以來缺乏適用的通信技術(shù)和建設模式。
論文首先分析了智能配用電通信網(wǎng)建設面臨的問題，明確智能配用電通信網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究的重要性;隨后，介紹了智能配用電通信網(wǎng)的定義、網(wǎng)絡模型和體系結(jié)構(gòu);
最后，在分析的基礎上，對智能配用電網(wǎng)的特殊應用場景與組網(wǎng)技術(shù)進行了深入研究，包括光纖和EPON/GPON技術(shù)、電力線載波通信(PLC)技術(shù)、GPRS/CDMA/3G公網(wǎng)無線技術(shù)等。論文的研究成果，能夠為大規(guī)模智能配用電通信網(wǎng)建設，提供有力的理論指導。
1 引言
智能電網(wǎng)是當今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的方向，它包括發(fā)、輸、變、配、用和調(diào)度等各環(huán)節(jié)，應用新型控制技術(shù)、信息技術(shù)和管理技術(shù)，實現(xiàn)信息的智能交流。
目前，我國智能電網(wǎng)建設工作已經(jīng)全面展開，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)的業(yè)務應用系統(tǒng)也逐步發(fā)展和完善，對電力通信網(wǎng)傳輸帶寬和可靠性等方面提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。配用電通信網(wǎng)是電力通信網(wǎng)絡平臺的重要組成部分，是電力骨干通信網(wǎng)的向下延伸。
智能配用電通信網(wǎng)應具備較高的帶寬和傳輸速率，以保障海量數(shù)據(jù)通信的雙向、及時、安全、可靠傳輸，而無論采用何種通信技術(shù)，均有其優(yōu)點和缺點。因此，智能配用電通信網(wǎng)并不適合用單一的通信技術(shù)組網(wǎng)。
此外，配用電網(wǎng)絡是電網(wǎng)系統(tǒng)中規(guī)模最小、數(shù)量最多的末梢網(wǎng)絡，但它是一個多節(jié)點、多分支、多交叉的復雜結(jié)構(gòu)，這樣的一個點數(shù)繁多、分布無規(guī)律的復雜網(wǎng)絡特征，使得現(xiàn)有的配用電通信網(wǎng)大多為各地各部門根據(jù)實際需要分散建設，缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡規(guī)劃。技術(shù)體制和建設標準各地相差甚大，電力通信基礎資源不能得到有效利用。因此，智能配用電網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究的理論意義和應用價值日益凸顯，成為一個重要的研究熱點。
2 智能配用電通信網(wǎng)定義及其網(wǎng)絡模型
智能配用電通信網(wǎng)是電力骨干通信網(wǎng)的向下延伸，是骨干網(wǎng)的接入層網(wǎng)絡，向下覆蓋到智能配電網(wǎng)各級站點、用戶智能電表及室內(nèi)通信終端、電動汽車充電站和分布式能源站點等相關(guān)設備，設備數(shù)目繁多，種類多樣，且基本都處于中低壓運營環(huán)境下。
由于設備有各自的用途，承擔的功能和業(yè)務種類繁多，對通信質(zhì)量和通信方式的要求也不盡相同。因此，智能配用電通信網(wǎng)是一個適用于不止一種通信技術(shù)和通信手段的通信網(wǎng)絡，并且每一種技術(shù)都根據(jù)其技術(shù)特點有其相應承擔的業(yè)務和適用場景。智能配用電通信網(wǎng)是一個多種技術(shù)并存的復雜的通信網(wǎng)絡。
綜合智能配用電通信的需求預測、信息流量實時性與安全性的分析與計算，智能配用電通信網(wǎng)以配網(wǎng)末端邊界和用戶智能電表為分界點，分為配電通信網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)和用戶室內(nèi)網(wǎng)三個層次。
配電通信網(wǎng)絡范圍主要覆蓋配電網(wǎng)開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、公用配電變壓器、分布式能源站點、配電線路等的通信網(wǎng)絡，并向下延伸用于接入或匯聚用戶接入網(wǎng)和用戶室內(nèi)網(wǎng)的業(yè)務，主要承擔配電自動化以及用電信息采集的遠程通信等業(yè)務。
用電接入網(wǎng)絡范圍主要覆蓋智能用電公變出口至用戶智能電表、電動汽車充電站、分布式能源站點等的通信網(wǎng)絡，并向下延伸用于接入用戶室內(nèi)網(wǎng)，主要承擔用電信息采集、雙向互動用電、智能家居、增值業(yè)務等。
用戶室內(nèi)網(wǎng)范圍為用戶室內(nèi)的通信網(wǎng)絡，連接各種未來智能家居適用的智能終端設備，諸如家庭網(wǎng)關(guān)、智能交互機頂盒、IP電話、智能家電、智能家庭安全防護、智能家庭水氣表抄手等等，用于實現(xiàn)雙向互動用電服務、智能家電控制及增值業(yè)務服務等一系列智能家居通信的通信網(wǎng)絡。
3 智能配用電通信網(wǎng)絡架構(gòu)
目前，配用電通信網(wǎng)承載的主要業(yè)務是配電自動化業(yè)務、用電信息采集系統(tǒng)業(yè)務和智能用電業(yè)務，從業(yè)務角度，配電自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡分為骨干通信網(wǎng)絡和接入層通信網(wǎng)絡，其中骨干通信網(wǎng)絡實現(xiàn)配電主站到配電子站間的通信，對應了圖2中的電力通信光纖骨干網(wǎng);接入層通信網(wǎng)絡主要實現(xiàn)配電子站到配電終端之間的通信，對應于圖2中的配電通信網(wǎng);
用電信息采集系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡分為遠程通信網(wǎng)絡和本地通信網(wǎng)絡。其中遠程通信網(wǎng)絡實現(xiàn)用電主站和集中器之間的通信，對應于電力骨干光纖通信網(wǎng)和配電通信網(wǎng)。本地通信網(wǎng)絡實現(xiàn)集中器和采集器及表計之間的通信，對應于用戶接入網(wǎng)。智能用電業(yè)務則依靠智能電表和各個家庭智能用電終端之間的通信來實現(xiàn)。
4 特殊應用場景與組網(wǎng)技術(shù)分析
為了深入分析智能配用電通信網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的特點，本文在特定的應用場景下分析相對應的技術(shù)。
4.1 EPON適用場景組網(wǎng)分析
基于前面提到的EPON技術(shù)特點和智能電網(wǎng)的建設需求和目標，未來的智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的架設，光纖通信將是主要通信方式。采用光纖通信方式，對于配電通信網(wǎng)建設可鋪設OPPC光纜，對用戶接入網(wǎng)的建設，根據(jù)其雙向互動、智能家居、增值業(yè)務等特點，可采用PFTTH光纖專網(wǎng)通信技術(shù)，保障其信道帶寬、實時性、安全性以及可靠性。
智能小區(qū)用戶室內(nèi)網(wǎng)通信建設方式可采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(EPON)技術(shù)，在用戶室內(nèi)配置ONU終端，用戶智能交互終端、智能機頂盒、IP電話、電腦、智能家電等設備通過以太網(wǎng)借口和ONU終端互聯(lián)。實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、有線電視、視頻等業(yè)務的信號接入，滿足智能家居和智能小區(qū)建設的'要求。
智能電網(wǎng)骨干通信網(wǎng)建設將在很大程度上采用光纖通信，因此采用光纜來鋪設智能配用電通信網(wǎng)具有先天優(yōu)勢，EPON技術(shù)的高帶寬、安全性和可靠性方面的優(yōu)勢，將使其在經(jīng)濟條件滿足的情況下成為智能配用電通信網(wǎng)接入的首選技術(shù)。
在經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)和大中型城市中，可統(tǒng)一采用光纖和EPON技術(shù)來建設智能配用電網(wǎng)絡，特別是在新建小區(qū)中，不需要重新布線，一次性敷設就可完成，采用EPON技術(shù)更加符合智能配用電網(wǎng)絡的業(yè)務和用戶對智能配用電通信網(wǎng)絡的越來越高標準的需求，適應智能電網(wǎng)的發(fā)展，為實現(xiàn)智能城市和智能家居做更好的準備。
4.2 電力線通信適用場景組網(wǎng)分析
由于智能配用電網(wǎng)絡是中低壓電網(wǎng)，需要連接大量的用電設備，這給智能配用電通信網(wǎng)的建設帶來了極大的困難。電力線載波通信(PLC)是一種現(xiàn)在比較成熟的技術(shù)，是電力系統(tǒng)的特有的通信方式，它利用電力線纜作為傳輸媒質(zhì)，通過載波傳輸語音和數(shù)據(jù)信號的通信方式，使其不需要另外架設通信線路，這種特點，使其在智能配用電通信網(wǎng)絡建設中仍然有很高的應用價值。
在配電通信網(wǎng)建設中可采用中壓PLC通信，承載用電配變和調(diào)度信息的通信，在用戶接入網(wǎng)建設中可采用寬帶載波，為配用電網(wǎng)絡自動化系統(tǒng)和集中自動抄表系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>
在用戶室內(nèi)網(wǎng)建設中，電力貓和智能電表互聯(lián)，IP電話、電腦、智能交互機頂盒等對帶寬和數(shù)據(jù)速率要求較高的設備通過寬帶載波和電力貓、智能交互終端互聯(lián);智能洗衣機、智能空調(diào)、智能熱水機等需要傳輸控制信息的智能家電設備可通過窄帶載波與智能交互終端互聯(lián)：實現(xiàn)用戶室內(nèi)網(wǎng)絡的組建和信息傳輸。
電力線載波通信建設智能配用電通信網(wǎng)無需重新布線，建設經(jīng)濟快捷方便，因而使用范圍極廣，在現(xiàn)在配用電通信網(wǎng)應用中依然是主流方案，但是由于其自身存在的技術(shù)缺陷，在未來智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的建設中，它將起到一個輔助和補充的作用。
4.3 GPRS/CDMA/3G等無線技術(shù)適用場景組網(wǎng)分析
GPRS/CDMA/3G等公網(wǎng)無線技術(shù)在通信網(wǎng)絡組建上面的優(yōu)勢非常明顯，它通信方面的各種技術(shù)成熟度非常高，商業(yè)運作模式也非常成熟，這使其在建設通信網(wǎng)絡是無需重新布線，預算、仿真、設備和商家支持方面都非常成熟，具有一套非常完整和齊全的產(chǎn)業(yè)鏈和網(wǎng)絡建設方案。
鑒于公網(wǎng)無線技術(shù)的優(yōu)勢，在智能配電用通信網(wǎng)絡建設中必然有其用武之地，在智能配用通信網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)中均能適用，把配用電通信網(wǎng)配變、接入各個環(huán)節(jié)和設備用無線通信的方式連接起來，進行通信。在用戶室內(nèi)網(wǎng)絡建設中，可采用微功率無線技術(shù)，也可采用PLC技術(shù)。
適用GPRS/CDMA/3G等公網(wǎng)無線通信技術(shù)建設只能配用電通信網(wǎng)絡建設成本很低，但是需要每年向公網(wǎng)運營商租用帶寬，使用成本較高，而且由于配用電數(shù)據(jù)信息對數(shù)據(jù)的保密性要求較公網(wǎng)數(shù)據(jù)信息高，可靠性要求難以滿足電力系統(tǒng)信息傳輸?shù)囊螅畔⑼ㄟ^公網(wǎng)接入電力專網(wǎng)時應采取必要的安全措施，因此實際建設配用電通信網(wǎng)絡中，應該以實際需要為準。決定是否采用無線公網(wǎng)技術(shù)以及在何處適用無線公網(wǎng)技術(shù)來組網(wǎng)。
5 結(jié)束語
當前有多種組網(wǎng)方式可以用來搭建智能配用電通信網(wǎng)。但是需要針對各自的場景采用合適的組網(wǎng)方式。
光纖和EPON、GPON技術(shù)建設智能配用電通信網(wǎng)，建設成本高、建設周期長，需要大量的光纜敷設和配套的設備建設，花費大，但是技術(shù)明顯具有優(yōu)勢，在不考慮建設成本的情況下，一旦建成，將能滿足智能配用電通信網(wǎng)的各種業(yè)務通信需求，滿足未來智能電網(wǎng)的發(fā)展和需要，并且具有非常好的適應性和可擴展性。從長遠角度來看，采用光纖和EPON、GPON技術(shù)建設智能配用電通信網(wǎng)價值巨大，應當首先選擇。
電力線載波通信(PLC)技術(shù)建設智能配用電通信網(wǎng)，無需重新鋪設線路、建設周期短、經(jīng)濟成本具有明顯的優(yōu)勢，但其在信號衰減和帶寬等方面的技術(shù)缺陷，導致其并不能完全符合智能配用電通信網(wǎng)的要求，特別是雙向互動業(yè)務和語音、視頻等增值業(yè)務的不斷出現(xiàn)，對智能配用電通信網(wǎng)帶寬、速率等指標提出了更高的要求。
電力線載波通信(PLC)技術(shù)在目前的智能配用電通信網(wǎng)建設中依然應用范圍很廣�？勺鳛楣饫w通信的主要輔助手段，并且一旦解決其技術(shù)問題之后，依然大有可為。
GPRS/CDMA/3G等公網(wǎng)無線技術(shù)建設周期短、成本低，但是后期運營成本較高，并且一旦接人大量的用戶，通信質(zhì)量并不能夠得到保證，與智能配用電通信的特點在根本上有著一定矛盾，但在一定范圍內(nèi)。其仍然有很高的應用價值，可以根據(jù)實際情況選擇使用。
TD-LTE、WiMAX等技術(shù)作為無線專網(wǎng)來建設智能配用電通信網(wǎng)可靠性較高。通信量較大，具有很高的應用價值，但是其網(wǎng)絡規(guī)范、標準體系上還不夠完整，頻率的使用上也有一定的問題。但是發(fā)展電力無線專網(wǎng)是解決電力通信的一大關(guān)鍵，特別是在一些地區(qū)，光纖通信和電力線載波通信等有線信道力有不逮的情況下，電力通信必須依靠無線方式解決。電力無線專網(wǎng)通信將在智能配用電通信網(wǎng)建設中占有相當?shù)谋壤?/p>
通過以上各種技術(shù)適用場景組網(wǎng)分析，綜合技術(shù)特點、經(jīng)濟成本和建設周期等因素，再結(jié)合智能電網(wǎng)的發(fā)展前景和要求，智能配用電通信網(wǎng)建設應當以光纖通信技術(shù)為主，以電力線載波通信和無線通信技術(shù)作為補充的方式進行。
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