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一张图看懂电力通信网(2)终端接入网

发布时期:2020-1-3 15:57
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原作者: vdianwang 收藏 分享 邀请

电力是关系国计民生的基础产业,电力供应和安全事关国家安全战略,事关经济社会发展全局。电力通信网是支撑坚强智能电网建设、保障电网安全和实现公司管理现代化的重要基础设施。 “十三五”以来,国家电网公司以坚 ...

电力是关系国计民生的基础产业,电力供应和安全事关国家安全战略,事关经济社会发展全局。电力通信网是支撑坚强智能电网建设、保障电网安全和实现公司管理现代化的重要基础设施。 “十三五”以来,国家电网公司以坚强智能电网为依托,利用云计算、大数 据、物联网、移动互联网、人工智能等新技术,加快建设终端通信接入网,构建多种通信技术融合、满足各部门应用需求的统一 接入平台。
        面对庞大的电力通信网络以及种类繁多的通信技术,即使是电力公司负责信息通信技术人员也很难说过齐全,我们通过一张图让你看懂电力通信网。
【电力通信网组成】
       电力通信网由骨干通信网、终端通信接入网组成,其中骨干通信网涵盖 35kV 及以上电网厂站及各类生产办公场所,终端通信接入网涵盖 10kV(或 20kV/6kV)和 0.4kV 电网相关站点。
【终端通信接入网】
        终端通信接入网划分终端通信接入网分为10kV通信接入网和0.4kV通信接入网两个部分。
(1)10kV通信接入网承载配电自动化、电能质量监测、配电运行监控、配变监测、分布式电源控制等业务,并作为0.4kV通信接入网承载业务的上联通道。
(2)0.4kV通信接入网承载用电信息采集、电力需求侧管理、负荷监控、电能采集管理和充电桩管理等业务。


【终端业务分类】
        电力终端接入包含多种业务类型,下面以配点自动化、用电信息采集、分布式电源、充电桩为例进行描述。
1、配电自动化
       1)业务描述:配电自动化系统通过10kV通信接入网实现开关站、环网柜、柱上开关、箱式变电站、配电变压器等设备的信息采集和控制,对业务实时性要求较高,属于生产控制大区。
       2)带宽需求:单个配电终端接入速率要求为光纤专网的上下行峰值速率要求≥19.2kbps,其它方式上下行峰值速率要求≥2.4kbps。
       3)通信方式:配电自动化的通信方式主要包含光纤、无线(专网、公网)和电力线载波等。
       其中配电自动化“三遥”终端一般采用光纤通信方式,在光缆无法敷设的区段可选用电力线载波、无线专网等通信方式;“二遥”终端可采用无线通信方式。
2、用电信息采集
         1)业务描述:用电信息采集系统主要实现用户负荷、电量、电压等重要信息的采集和计量装置在线监测,对业务实时性要求不高,属于管理信息大区。
       2)带宽需求:用电数据采集业务业务上下行峰值速率要求约1.05kbps,负荷控制业务业务上下行峰值速率要求约2.5kbps。
       3)通信方式:用电信息采集系统的通信信道可分为远程信道和本地信道。远程信道用于完成主站系统和现场终端(集中器、专变采集终端)之间的数据传输,可采用无线公网、无线专网、光纤专网等通信方式。本地信道用于现场终端(集中器)到表计的通信连接,可采用低压电力线载波,或者RS-485、微功率无线等通信方式。
3、分布式电源
    1)业务描述:分布式电源按接入电压等级可分为:35kV、10kV和0.4kV分布式电源。35kV分布式电源的通信方式按照小型电厂接入骨干网考虑;10kV分布式电源站点需要考虑电网调度、营销等业务需求,主要包括电能质量监测、分布式电源监测终端信息接入、电费计量等业务;0.4kV分布式电源仅考虑营销业务需求,主要是电费计量业务。
      2)带宽需求:单站点业务上下行峰值速率要求为4kbps。
     3)通信方式:10kV分布式电源站点参照配电自动化“三遥”站点选择通信方式。0.4kV分布式电源站点参照低压单相和三相工商业用户表计考虑,接入配变台区集中器,纳入用电信息采集系统。
4、电动汽车充电设施
      1)业务描述:电动汽车充电设施分为集中式充/换电站和充电桩两类,主要业务包含用电信息采集、运营管理、充电监控、换电监控、供电监控和安防监控等。
      2)带宽需求:单个充电桩业务上下行峰值速率要求为4kbps。
      3)通信方式:集中式充/换电站优先选择建设光纤专网,就近接入地区通信骨干网站点;不具备自建光缆条件的,可租用运营商专线通道,接入运营管理中心。充电桩以租用无线通信方式为主。
【接入通信技术】
        10kV通信接入网采用光纤、载波、无线等多种技术混合组网。本地信道可采用低压载波、RS-485、无线专网、微功率无线等技术。0.4kV远程信道可选择无线公网、无线专网、光纤专网等,不同地区根据实际情况合理选择。
1)光纤通信技术
        接入网应用的光纤通信技术主要包括EPON和工业以太网等; EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网络,在物理层采用PON技术,在数据链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现以太网接入,为用户提供高带宽互联网接入业务。光纤不受电磁干扰和雷电影响,可以在自然条件恶劣的地区和电磁环境复杂的场合使用。
       工业以太网技术与商业以太网(即IEEE802.3标准)兼容,能够满足工业控制现场的需要,可以在极端条件下(如电磁干扰、高温和机械负载等)正常工作,在工业控制领域应用广泛。工业以太网相关协议有ODBUS/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP、HSE等。
2)中压电力线载波通信技术
       电力线载波通信是指利用电力线作为媒介,进行语音或数据传输的一种通信方式。根据电力线缆的电压等级不同分为高压、中压和低压电力线载波通信,根据使用频率范围和带宽的不同分为宽带载波技术和窄带载波技术。中压电力线载波通信是综合运用多种调制解调技术、信道编码技术以及电磁耦合技术,以10千伏配电网电力线为传输介质的通信方式。
3)无线通信技术
       常用接入网无线通信技术包含无线公网(移动/联通/电信)、无线专网以及北斗短报文等。无线通信网络的特点是组网灵活,不受网架结构制约,适宜进行区域覆盖。
      无线公网/电力无线虚拟专网终端采用专用SIM卡、安全TF卡/安全加密芯片,运营商内部通过APN、VPN/VPDN技术实现业务横向逻辑隔离,运营商核心网至国网公司采用有线专线接入。
       电力无线专网是指由电力公司投资建设的专属于自己的无线通信网络。无线专网组网灵活,节省有线通信线缆敷设成本,不受一次网架结构制约,适宜进行大面积覆盖。国家电网公司通过试点应用对230MHz、1800 MHz频段的通信技术开展了大量的技术研究、验证测试、业务适配工作,最终230MHz成为当前接入网主要的无线专网通信频段,此频段通信技术又分为LTE-G230和IOT-G230两大类,均是通过对230MHz多个离散窄带频点的聚合使用来满足多种业务带宽的需求,其中LTE-G230已经正式发布为国家电网企业标准。
4)北斗技术
         北斗系统终端一般作为独立的外置设备,方便安装和更换,北斗系统为租用网络,基于北斗卫星网络实现通信,可以实现国土全覆盖。受到卫星转发器带宽限制,目前仅能提供每条消息70字节,频度为1分钟。
5)低压电力线载波
        低压电力线载波通信将信息调制为高频信号并耦合至低压电力线路,利用0.4kV电力线路作为介质进行通信。低压电力线载波在用电信息采集应用中的组网方式是一台集中器安装在台变侧,采集器或每个电表上均配有载波通信模块,集中器与采集器或电表的各个载波通信模块保持通信,每个载波模块自动响应或自动中继,根据电力线网络通信的不同情况实时进行自动调整。
6)微功率无线
       微功率无线技术是工作于计量频段470MHz~510MHz、发射功率不超过50mW的一种无线通信方式,符合国家《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》的规定。微功率无线通信技术采用自组织网络方式组,通信速率可达10~100kbps。微功率无线通信网络采用频率复用及跳频技术,具有较好的频率利用率、网络扩展性和通信可靠性。但传输距离会一定程度受到安装环境的影响。
7)RS-485
         RS-485是用于串口通信的接口标准,属于物理层的协议标准。RS-485采用两条差分电压信号线进行信号传输,传输介质为双绞线,发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号两路输出,经传输后在接收端将差分信号还原为TTL电平信号。数据传输速率在1Mbps以下,最大覆盖距离1200米。
8)M-BUS总线
       M-BUS 是欧洲标准的2线总线,主要用于消耗测量仪器诸如热表和水表系列。M-BUS 是一种由主机控制的分级通信系统。从机之间不能直接交换信息,只能通过主机来转发。M-BUS 技术的传输介质为双绞线,数据传输速率可达 300~9600bps,最大传输距离为1000米左右。M-BUS总线可通过通信线路给表计供电,特别适合水、气、热表这类本身无电源供应的表计。
9)CAN总线
        CAN是ISO国际标准化的串行通信协议,主要用于充电桩通信、车辆内部通信、工业控制等。CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网,在电动汽车充电CAN通信中,通常采用500kbps速率(最高可达1Mbps,通信距离小于40m),传输距离可达10km(速率小于5kbps)。在电力系统应用相对较少,在0.4kv接入网应用主要为充电桩监测,与充电桩进行通信。

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