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智能配用電通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)論文
隨著(zhù)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(luò )技術(shù)也不斷呈現，由于智能配用電網(wǎng)覆蓋面廣、節點(diǎn)多、建設難度大等原因，一直以來(lái)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(wèn)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(luò )模型和體系結構;
最后，在分析的基礎上，對智能配用電網(wǎng)的特殊應用場(chǎng)景與組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，包括光纖和EPON/GPON技術(shù)、電力線(xiàn)載波通信(PLC)技術(shù)、GPRS/CDMA/3G公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)等。論文的研究成果，能夠為大規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發(fā)展變革的方向，它包括發(fā)、輸、變、配、用和調度等各環(huán)節，應用新型控制技術(shù)、信息技術(shù)和管理技術(shù)，實(shí)現信息的智能交流。
目前，我國智能電網(wǎng)建設工作已經(jīng)全面展開(kāi)，隨著(zhù)智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)應用系統也逐步發(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。配用電通信網(wǎng)是電力通信網(wǎng)絡(luò )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，以保障海量數據通信的雙向、及時(shí)、安全、可靠傳輸，而無(wú)論采用何種通信技術(shù)，均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。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(luò )是電網(wǎng)系統中規模最小、數量最多的末梢網(wǎng)絡(luò )，但它是一個(gè)多節點(diǎn)、多分支、多交叉的復雜結構，這樣的一個(gè)點(diǎn)數繁多、分布無(wú)規律的復雜網(wǎng)絡(luò )特征，使得現有的配用電通信網(wǎng)大多為各地各部門(mén)根據實(shí)際需要分散建設，缺乏統一的網(wǎng)絡(luò )規劃。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(jià)值日益凸顯，成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。
2 智能配用電通信網(wǎng)定義及其網(wǎng)絡(luò )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(luò )，向下覆蓋到智能配電網(wǎng)各級站點(diǎn)、用戶(hù)智能電表及室內通信終端、電動(dòng)汽車(chē)充電站和分布式能源站點(diǎn)等相關(guān)設備，設備數目繁多，種類(lèi)多樣，且基本都處于中低壓運營(yíng)環(huán)境下。
由于設備有各自的用途，承擔的功能和業(yè)務(wù)種類(lèi)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(gè)適用于不止一種通信技術(shù)和通信手段的通信網(wǎng)絡(luò )，并且每一種技術(shù)都根據其技術(shù)特點(diǎn)有其相應承擔的業(yè)務(wù)和適用場(chǎng)景。智能配用電通信網(wǎng)是一個(gè)多種技術(shù)并存的復雜的通信網(wǎng)絡(luò )。
綜合智能配用電通信的需求預測、信息流量實(shí)時(shí)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(hù)智能電表為分界點(diǎn)，分為配電通信網(wǎng)、用戶(hù)接入網(wǎng)和用戶(hù)室內網(wǎng)三個(gè)層次。
配電通信網(wǎng)絡(luò )范圍主要覆蓋配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)、公用配電變壓器、分布式能源站點(diǎn)、配電線(xiàn)路等的通信網(wǎng)絡(luò )，并向下延伸用于接入或匯聚用戶(hù)接入網(wǎng)和用戶(hù)室內網(wǎng)的業(yè)務(wù)，主要承擔配電自動(dòng)化以及用電信息采集的遠程通信等業(yè)務(wù)。
用電接入網(wǎng)絡(luò )范圍主要覆蓋智能用電公變出口至用戶(hù)智能電表、電動(dòng)汽車(chē)充電站、分布式能源站點(diǎn)等的通信網(wǎng)絡(luò )，并向下延伸用于接入用戶(hù)室內網(wǎng)，主要承擔用電信息采集、雙向互動(dòng)用電、智能家居、增值業(yè)務(wù)等。
用戶(hù)室內網(wǎng)范圍為用戶(hù)室內的通信網(wǎng)絡(luò )，連接各種未來(lái)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(huà)、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(shí)現雙向互動(dòng)用電服務(wù)、智能家電控制及增值業(yè)務(wù)服務(wù)等一系列智能家居通信的通信網(wǎng)絡(luò )。
3 智能配用電通信網(wǎng)絡(luò )架構
目前，配用電通信網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)是配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)、用電信息采集系統業(yè)務(wù)和智能用電業(yè)務(wù)，從業(yè)務(wù)角度，配電自動(dòng)化系統通信網(wǎng)絡(luò )分為骨干通信網(wǎng)絡(luò )和接入層通信網(wǎng)絡(luò )，其中骨干通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現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(luò )主要實(shí)現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);
用電信息采集系統的通信網(wǎng)絡(luò )分為遠程通信網(wǎng)絡(luò )和本地通信網(wǎng)絡(luò )。其中遠程通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現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(luò )實(shí)現集中器和采集器及表計之間的通信，對應于用戶(hù)接入網(wǎng)。智能用電業(yè)務(wù)則依靠智能電表和各個(gè)家庭智能用電終端之間的通信來(lái)實(shí)現。
4 特殊應用場(chǎng)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(diǎn)，本文在特定的應用場(chǎng)景下分析相對應的技術(shù)。
4.1 EPON適用場(chǎng)景組網(wǎng)分析
基于前面提到的EPON技術(shù)特點(diǎn)和智能電網(wǎng)的建設需求和目標，未來(lái)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(hù)接入網(wǎng)的建設，根據其雙向互動(dòng)、智能家居、增值業(yè)務(wù)等特點(diǎn)，可采用PFTTH光纖專(zhuān)網(wǎng)通信技術(shù)，保障其信道帶寬、實(shí)時(shí)性、安全性以及可靠性。
智能小區用戶(hù)室內網(wǎng)通信建設方式可采用以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(EPON)技術(shù)，在用戶(hù)室內配置ONU終端，用戶(hù)智能交互終端、智能機頂盒、IP電話(huà)、電腦、智能家電等設備通過(guò)以太網(wǎng)借口和ONU終端互聯(lián)。實(shí)現語(yǔ)音、數據、有線(xiàn)電視、視頻等業(yè)務(wù)的信號接入，滿(mǎn)足智能家居和智能小區建設的要求。
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(lái)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(mǎn)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)達的沿海地區和大中型城市中，可統一采用光纖和EPON技術(shù)來(lái)建設智能配用電網(wǎng)絡(luò )，特別是在新建小區中，不需要重新布線(xiàn)，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(luò )的業(yè)務(wù)和用戶(hù)對智能配用電通信網(wǎng)絡(luò )的越來(lái)越高標準的需求，適應智能電網(wǎng)的發(fā)展，為實(shí)現智能城市和智能家居做更好的準備。
4.2 電力線(xiàn)通信適用場(chǎng)景組網(wǎng)分析
由于智能配用電網(wǎng)絡(luò )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(lái)了極大的困難。電力線(xiàn)載波通信(PLC)是一種現在比較成熟的技術(shù)，是電力系統的特有的通信方式，它利用電力線(xiàn)纜作為傳輸媒質(zhì)，通過(guò)載波傳輸語(yǔ)音和數據信號的通信方式，使其不需要另外架設通信線(xiàn)路，這種特點(diǎn)，使其在智能配用電通信網(wǎng)絡(luò )建設中仍然有很高的應用價(jià)值。
在配電通信網(wǎng)建設中可采用中壓PLC通信，承載用電配變和調度信息的通信，在用戶(hù)接入網(wǎng)建設中可采用寬帶載波，為配用電網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化系統和集中自動(dòng)抄表系統提供數據傳輸的通道。
在用戶(hù)室內網(wǎng)建設中，電力貓和智能電表互聯(lián)，IP電話(huà)、電腦、智能交互機頂盒等對帶寬和數據速率要求較高的設備通過(guò)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、智能熱水機等需要傳輸控制信息的智能家電設備可通過(guò)窄帶載波與智能交互終端互聯(lián)：實(shí)現用戶(hù)室內網(wǎng)絡(luò )的組建和信息傳輸。
電力線(xiàn)載波通信建設智能配用電通信網(wǎng)無(wú)需重新布線(xiàn)，建設經(jīng)濟快捷方便，因而使用范圍極廣，在現在配用電通信網(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(lái)智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的建設中，它將起到一個(gè)輔助和補充的作用。
4.3 GPRS/CDMA/3G等無(wú)線(xiàn)技術(shù)適用場(chǎng)景組網(wǎng)分析
GPRS/CDMA/3G等公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在通信網(wǎng)絡(luò )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(luò )是無(wú)需重新布線(xiàn)，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(luò )建設方案。
鑒于公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢，在智能配電用通信網(wǎng)絡(luò )建設中必然有其用武之地，在智能配用通信網(wǎng)、用戶(hù)接入網(wǎng)中均能適用，把配用電通信網(wǎng)配變、接入各個(gè)環(huán)節和設備用無(wú)線(xiàn)通信的方式連接起來(lái)，進(jìn)行通信。在用戶(hù)室內網(wǎng)絡(luò )建設中，可采用微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)，也可采用PLC技術(shù)。
適用GPRS/CDMA/3G等公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)建設只能配用電通信網(wǎng)絡(luò )建設成本很低，但是需要每年向公網(wǎng)運營(yíng)商租用帶寬，使用成本較高，而且由于配用電數據信息對數據的保密性要求較公網(wǎng)數據信息高，可靠性要求難以滿(mǎn)足電力系統信息傳輸的要求，信息通過(guò)公網(wǎng)接入電力專(zhuān)網(wǎng)時(shí)應采取必要的安全措施，因此實(shí)際建設配用電通信網(wǎng)絡(luò )中，應該以實(shí)際需要為準。決定是否采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)技術(shù)以及在何處適用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)技術(shù)來(lái)組網(wǎng)。
5 結束語(yǔ)
當前有多種組網(wǎng)方式可以用來(lái)搭建智能配用電通信網(wǎng)。但是需要針對各自的場(chǎng)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(cháng)，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(mǎn)足智能配用電通信網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)通信需求，滿(mǎn)足未來(lái)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(cháng)遠角度來(lái)看，采用光纖和EPON、GPON技術(shù)建設智能配用電通信網(wǎng)價(jià)值巨大，應當首先選擇。
電力線(xiàn)載波通信(PLC)技術(shù)建設智能配用電通信網(wǎng)，無(wú)需重新鋪設線(xiàn)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(dòng)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音、視頻等增值業(yè)務(wù)的不斷出現，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(xiàn)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(wèn)題之后，依然大有可為。
GPRS/CDMA/3G等公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)建設周期短、成本低，但是后期運營(yíng)成本較高，并且一旦接人大量的用戶(hù)，通信質(zhì)量并不能夠得到保證，與智能配用電通信的特點(diǎn)在根本上有著(zhù)一定矛盾，但在一定范圍內。其仍然有很高的應用價(jià)值，可以根據實(shí)際情況選擇使用。
TD-LTE、WiMAX等技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)來(lái)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(jià)值，但是其網(wǎng)絡(luò )規范、標準體系上還不夠完整，頻率的使用上也有一定的問(wèn)題。但是發(fā)展電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)是解決電力通信的一大關(guān)鍵，特別是在一些地區，光纖通信和電力線(xiàn)載波通信等有線(xiàn)信道力有不逮的情況下，電力通信必須依靠無(wú)線(xiàn)方式解決。電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信將在智能配用電通信網(wǎng)建設中占有相當的比例。
通過(guò)以上各種技術(shù)適用場(chǎng)景組網(wǎng)分析，綜合技術(shù)特點(diǎn)、經(jīng)濟成本和建設周期等因素，再結合智能電網(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(xiàn)載波通信和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為補充的方式進(jìn)行。
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