2024-09-01-国家电网-面向新型电力系统的配电通信网建设与思考研究报告_2024.6_68页_25mb

面向新型电力系统的配电通信网建设与思考总结

核心内容

本文档围绕新型电力系统背景下配电通信网的建设与技术发展展开，重点分析了配电通信网在新型电力系统中的关键作用及现有技术体系，并提出了未来发展方向和相关技术研究建议。

主要观点

• 配电通信网是新型电力系统的重要组成部分，承担着控制和采集两类业务通信需求。
• 数字化与能源技术的深度融合是新型电力系统的重要发展方向，需构建高可靠、低时延、高安全的通信网络。
• 配电通信网需实现统一管理、统一架构、统一设备，提升运维效率和网络质量。
• 5G、OSU、HPLC、HRF等新技术是推动配电通信网演进的关键技术。
• 空调负荷柔性控制、台区停电告警与定位、无线局域网安全等是当前重点研究方向。

关键信息

1. 配电通信网的定位与作用

• 配电网作为电力系统的重要组成部分，承担着为用户和配电站提供电源的任务。
• 新型电力系统需要通过多种交互形式（如源源互补、源网协调等）提升功率动态平衡能力。
• 配电通信网需支撑新型电力系统建设，实现数字技术与能源技术的深度融合。

2. 通信技术现状与需求

2.1 业务维度

• 控制类业务：带宽要求低，但对时延、可靠性、安全性要求高。
• 采集类业务：分布广，对信号覆盖要求高。

2.2 远程通信维度

• 营销专业：主要使用四区业务，现有技术基本满足需求。
• 生产专业：业务涵盖一区/四区，需考虑通信技术选型。

2.3 本地通信维度

• 营销专业：低压侧终端点多面广，需平衡经济性与可用性。
• 生产专业：对本地通信的可靠性、实时性要求较高。

3. 主要通信技术

3.1 远程有线通信技术

• xPON：包括EPON和GPON，适用于工业控制，具备高安全性、低时延和物理隔离能力。
  • EPON：传输速率1.25Gbps，分光比1:64，最大传输距离10km。
  • GPON：传输速率下行2.5Gbps、上行1.25Gbps，覆盖范围较大。
• 光纤专网：已覆盖变电站、地市县供电公司，形成电力骨干通信网。
• 无线专网：如230MHz、1.8GHz电力无线专网，适用于偏远站点，具备抗干扰能力强、网络时延低等优点。

3.2 远程无线通信技术

• 4/5G虚拟专网：运营商提供的无线公网，适用于大部分终端接入。
• 5G硬切片技术：通过静态资源预留、FlexE技术、UPF下沉等方式实现业务隔离。
• 无线虚拟专网：已承载424万台业务终端，需加强安全防护。

3.3 本地有线通信技术

• RS485：成本低、抗干扰能力强，适用于集中器与电表连接，但组网数量有限，仅支持半双工通信。
• HPLC：基于低压电力线通信，传输速率高，但存在发送碰撞、时延大等问题。
• HPLC+HRF：双模通信，具备更高的抗干扰能力和更广的组网能力，但存在非授权频段的安全隐患。
• Wi-SUN mesh：具备MESH组网能力，适用于智慧台区和表计数据采集，但需外部供电，传输距离有限。
• LoRa：低功耗、远距离通信，适用于输变电设备物联网，但存在技术自主性风险。

3.4 本地无线通信技术

• WAPI：中国自主研发的无线安全协议，具备高安全性，但部署难度较大，需引入AS服务器。
• 无线量子加密：用于承载涉控业务，需进一步测试与验证。

4. 技术演进与创新方向

4.1 技术演进策略

• OSU全光通信网：作为未来通信网发展方向，具备高带宽、低时延、高可靠性等优势。
• A/B平面演进策略：
  • A平面：先保稳，逐步演进到多混平台。
  • B平面：承接新增业务，实现新型电力系统通信需求。

4.2 配网通信统一网管建设

• 问题：多平台并行、运维效率低、链路展示不准确。
• 解决方案：统一接入平台，实现全网设备实时监控，支持多品牌设备接入。
• 成效：杭州亚运村试点成功，实现OLT和ONU设备统一管理。

4.3 空调负荷柔性控制

• 通信方案：
  • 监测型：通过集中器、电表采集数据，上传至负荷管理系统。
  • 调控型：通过智能插座、空调控制模块实现刚性或柔性控制。
  • 聚合平台型：通过第三方平台实现数据监测与控制。
• 通信需求：采集频率15分钟/次，采集时延≤3分钟，控制指令下发时延≤30秒。
• 安全防护：采用专用UPF设备、加密签名、安全接入网关等手段，保障通信安全。

4.4 台区停电告警与定位

• 系统构成：台区侧、线路侧、用户侧三级部署LTU监测单元。
• 通信方式：采用窄带PLC技术，与HPLC共存。
• 计算处理：通过多源信息融合，实现停电事件快速识别与精准定位。

4.5 电力无线局域网技术研究

• 目标：实现协议自主、安全可靠、切换灵活。
• 难点：WAPI等技术存在自主可控性差、可靠性不足等问题。
• 解决方案：定制化物理层和MAC层协议，优化信道调度和无损切换机制，采用全加密通信方式。

5. 建设思路与建议

• 提升通道带宽：构建100G核心层、10G接入层的全光通信网。
• 延伸覆盖范围：将省级OTN网络向地市、县域延伸，覆盖至终端变电站。
• 优化网络结构：实现变电站、配网接入网与传输网握手，构建确定性网络架构。
• 升级技术体制：推进现有网络平滑演进至OSU全光网，降低功耗。
• 加强通信安全：采用硬隔离PON、5G硬切片、量子加密等技术，提升涉控业务通信安全性。
• 统一通信管理：推动构建统一的通信网管平台，实现全网设备统一接入与管理。

6. 通信运维与管理

• 统一网管平台：实现设备状态可视化、运维智能化、拓扑图自动识别。
• 运维协同优化：加强通信专业与营销专业协同，提升通信网络运维效率和系统稳定性。
• 推动标准化：联合相关部门制定通信标准，形成统一的通信解决方案。

总结

配电通信网作为新型电力系统的重要支撑，需在技术演进、安全防护、统一管理等方面持续优化。通过引入OSU、5G硬切片、HPLC+HRF、Wi-SUN mesh等技术，实现高带宽、低时延、高安全的通信网络建设。同时，需加强通信网管平台建设，推动统一通信架构和运维体系，为新型电力系统的建设提供可靠、灵活、安全的通信保障。