智能配电网通信技术研究
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智能配电网通信技术研究
摘要：近年来，国家电网公司提出建设坚强智能电网的发展规划，以提升国家电网安全水平为目标，通过“互联网+”的战略手段，全面实现国家电网信息化、自动化、数字化和互动化的技术特征。利用现代通信信息技术、控制技术实现电网坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放及友好互动，为社会经济发展提供可靠的电力保障。随着配电自动化、用电信息采集、用户双向互动、电动汽车服务和分布式能源接入等业务蓬勃发展，各类用电客户、电力终端和电网设备的通信需求激增式增长，需要适用于国家电网应用特点的可靠、稳定、实时且高效的通信技术作为支撑，实现用电客户、电力终端、电网设备的信息收集和状态监测。在配电网中应用通信技术，不仅可以提高配电网的安全性，还可以大幅降低配电网的运营成本。
关键词：智能配电网；通信技术；研究
中图分类号： TM64 文献标识码：A
引言
配电网是电网的重要组成部分，随着通信技术的发展，智能配电网的建设越来越受到人们的重视。将通信技术与配电网智能相结合，从而使电网运行效率有所提高。配电网的安全可靠运行直接影响用户的用电质量，若将传感器节点部署在配电网中，可以进一步使配电系统朝智能化和自动化的方向发展。与传统的配电网相比，智能配电网更加安全可靠，将它与先进的传感系统、通信系统以及监测管理系统相结合，实现环境数据和各个终端信息的实时采集与远程操控，有利于决策系统判断和解决问题。
1智能配电网通信现状
随着社会的快速发展，智能配电网需要为储能电站、电动汽车充换电站、分布式能源、微电网装置等新业务提供高质量、高水平的服务手段。通信技术采用同步数字体系光纤传输技术和以太网无源光网络传输技术SDH 光端机容量较大，一般是 16E1 到 4032E1。E1（2M）通道指建立在光纤传输系统上的、为传输继电保护和稳控装置信号提供复用的电信号通道；保护装置和稳控装置发出信号需要经过规定的接口传送给复用设备，然后经复用设备传输至对端站点。SDH光纤传输技术主要作为配电网中110kV变电站、35 kV 变电站之间的通信方案，为站端之间的继电保护和稳控装置信号提供可靠的通信通道，但是SDH 光纤传输系统涉及设备较多，设备及站端之间的光缆投资较大，运维压力较大。EPON 技术采用点到多点结构、无源光纤网络传输，通过以太网提供多业务传输。EPON 技术综合了以太网技术和无源光网络技术的优点：扩展性强、灵活快速的服务重组、高带宽、与现有以太网的兼容性、方便管理及低成本等。配电网 EPON 综合接入系统可能承载的业务类型包括 RS232/RS485 串口业务和 IP 业务，配电网 EPON综合接入系统应具备承载 RS232/RS485 串口业务和IP 业务的能力，支持电力通信规约；可支持数据业务（视频监控业务、语音业务）、TDM（时分复用技术）业务等。
2智能配电网通信技术
2.15G切片部署
5G接入网切片分为CU/DU分离架构和CU/DU融合架构。CU/DU分离架构的优点主要体现在：硬件实现灵活，节省成本；可以实现性能和负荷管理协调，易于实现NFV/SDN功能；功能可分割配置以满足不同应用场景的需求。CU/DU分离架构存在八种协议栈划分方式。不同的协议栈划分方法是将八种通信协议以及对应的硬件模块以不同的组合方式分别集成到DU和CU之中，不同协议栈划分方法对应不同的二级结构和组网方式，进而产生不同的建设成本和传输时延。CU/DU融合架构是在单一物理实体中同时实现CU和DU的功能，其优点是可靠性高，体积小，功耗小且环境适配性较好，对机房配套条件要求较低，其缺点是建设成本较高。由于配网保护业务的时延需求很高，其部署成本将随其占比增大而不断增加。而ODA算法在配电保护业务出现后，一直以该业务最佳时延阈值为约束条件进行部署，因此其部署效益不随配电保护业务终端的占比而变化，一直处于较低水平。为改变用电信息采集业务终端占比下的部署效益对比图，用电信息采集业务的时延需求低，其占比越高部署成本越低。而ODA算法由于存在时延需求较高的配电保护业务，因此只有在用电信息采集业务终端占比达到100%时，其效益才明显提升。为了研究不同最佳时延阈值对切片部署策略的影响，在三类业务终端占比随机分布的情况下，仿真500次取平均值，得到不同最佳时延阈值占比γ下的部署效益变化曲线，最佳时延阈值占比越高，切片部署效益越大，这是因为随着最佳时延阈值的提高，低成本切片部署方案对配电网业务时延需求的满足率将不断提高，OA-CD算法综合考虑了各类业务的时延需求，合理降低切片部署成本，而ODA始终以最高时延需求为约束条件进行部署，因此其部署效益仅会随着最高时延需求业务的γ值变化而变化[1]。
2.2通信干扰频谱分解
在对电力线载波幅度调节设计后,为适应低压机电一体化配电网的运行需要,针对该类型配电网进行通信干扰频谱分解操作。在操作过程中,引入GSKV技术,利用频谱分解的方式对低压机电一体化配电网电力线载波通信的传输速率进行调节,并将干扰频谱分解为窄带结构的频谱。通过增加通信信道的方式,能够进一步提高通信传输的速率,为后续载波通信时频峰值滤波提供更加有利的基础条件。通信数据能够在不同窄带结构的频谱中,实现对通信信道的自由选择,但当出现通信干扰时,通信数据很难通过自主调节的方式对通信信道进行选择。因此,针对这一问题,利用GSKV技术对通信信号传输发送端口频率移动的敏感性,引入干扰频谱分解的方式,解决窄带频率峰值过大而产生的干扰。利用GSKV技术自身特有的获取通信信道中信号序列的特点,在低压机电一体化配电网的电力线上引入一个载波通信耦合装置。电力线载波通信耦合装置上包含了载波信号发射端、发射端电感耦合器、载波信号接收端和接收端电感耦合器。将装置安装在配电网电力线上,使之在低压机电一体化配电网通信干扰频谱分解过程中起到降低传输信号延迟的作用[2]。
2.3载波通信干扰频点扩频过滤
针对滤波各个干扰频点进一步作扩频过滤处理,利用有效的干扰频点过滤手段,实现电力线载波通信的高质量传输。在载波通信发送端进行调制,并将载波通信干扰频点自身所占频率远大于带宽的固定范围进行二次调制,将其频率恢复到滤波前的状态,在确保电力线载波通信传输信道保持不变的基础上,通过互换带宽和载波通信干扰频点增加信号频率宽度。在完成上述操作后,信号处于载波通信干扰频点较少的状态,以此确保信息的稳定传输。为验证载波通信干扰频点的过滤效果,可通过对载波通信抗干扰能力进行判断的方式,表示过滤结果。根据不同频点的扩频过滤结果,从每个频点提取传输信号,各种干扰因素完全覆盖通信信号信道,以进一步实现在全干扰环境下,对电力线自主通信干扰频段的扩频过滤。使通信过程中产生的干扰频点仅能干扰部分少数信号,绝大多数的通信传输信号能够得到更加稳定和高精度的传输,通信接收端能够得到更加准确的通信数据,以过滤电力线载波通信干扰频点[3]。
结束语
随着智能配电网的发展，安全可靠性高、超低时延、大规模及大带宽的要求将会是未来智能配电业务对通信网承载能力提出的新挑战，智能配电业务中的对网络安全性、通信时延要求高的控制类和调度类业务使用光纤通信为主，5G的低时延高可靠通信网络切片为辅的方式承载；对于终端数量大规模增加和移动性高的业务，宜采用 5G 大连接物联网网络切片方式承载。
参考文献：
[1]姜有泉. 基于无线传感网络的智能配电网通信组网技术研究[D].贵州大学,2018.
[2]周明明,王海宁,高昱磊,由媛媛,冯庆锋.智能配电网通信组网技术的研究及应用[J].通讯世界,2017(21):166-167.
[3]黎晓锋,严丽玲.智能配电网通信组网技术的应用[J].电子技术与软件工程,2017(10):44.
