【国网浙江】2024面向新型电力系统的配电通信网建设与思考研究报告

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

配电通信网是新型电力系统的重要组成部分，承担着控制与采集两大类业务通信需求。随着“双碳”目标的推进，构建清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的新型电力系统成为重点。为此，需要建设高可靠、低时延、广覆盖的通信网络，实现数字化与能源技术的深度融合。

主要观点

• 配电通信网需满足控制类业务对时延、可靠性、安全性的高要求，以及采集类业务对信号覆盖的高需求。
• 新型电力系统建设中，需推进数字化、智能化技术应用，如5G、OSU、HPLC+HRF、Wi-SUN mesh等。
• 配电网通信需实现统一网管平台建设，提升运维效率与网络可靠性。
• 需加强通信安全防护，包括硬隔离PON、无线量子加密、安全认证与加密机制等。

关键信息

一、背景

1. 2024年是“四个革命、一个合作”能源安全战略实施十周年，构建新型电力系统是实现“双碳”目标的关键平台。
2. 新型电力系统具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动等基本特征。
3. 配电网作为新型电力系统主战场之一，需支持多种交互形式，如源网协调、网荷互动等。
4. 数字化信息流伴随能源流，需要高可靠通信网支撑。

二、现状

1. 业务维度

• 控制类业务：带宽要求较低，但对时延、可靠性、安全性要求较高。
• 采集类业务：分布泛在，对信号覆盖要求较高。

2. 远程通信维度

• 营销专业目前为四区业务，现有通信技术基本满足需求。
• 生产专业业务涵盖一区/四区，需考虑通信技术选型。

3. 本地通信维度

• 营销专业：低压侧终端点多面广，对本地通信要求更侧重经济性与可用性。
• 生产专业：终端数量较少，对本地通信更强调可靠性与实时性。

4. 通信技术现状

• HPLC：单跳传输距离700米，支持100kbps~1Mbps传输速率，但存在信号碰撞和抗干扰能力不足的问题。
• RS-485：成本低、抗干扰能力强，但仅支持半双工通信，组网数量有限。
• WAPI：基于中国自主知识产权，安全性高，但部署难度较大。
• LoRa：通信速率低，存在技术自主性风险。
• Wi-SUN mesh：支持动态路由切换，但穿墙能力有限。
• 5G：支持轻量化通信模块，具备硬切片技术，保障业务隔离和安全性。

5. 配电通信网建设现状

• 截至2023年底，浙江已建成配电通信光纤专网光缆38674.6公里，无线虚拟专网承载业务终端424万台。
• 配电本地通信网以HPLC为主，辅以HPLC+HRF、RS-485等技术。

三、技术

1. xPON技术

• 技术特点：采用无源光网络架构，安全性高，支持多路复用，传输距离可达20千米。
• EPON与GPON区别：
  • 标准：EPON为IEEE 802.3ah，GPON为ITU-T G.984。
  • 传输速率：EPON固定上下行1.25Gbps或10Gbps，GPON下行2.5Gbps，上行1.25Gbps。
  • 成本：EPON成本较低，GPON成本较高。

2. 4/5G电力虚拟专网

• 采用运营商提供的无线公网，具备安装方便、成本低、抗自然灾害能力强等优点。
• 5G硬切片技术为涉控业务提供更安全、隔离的通信通道。
• 硬切片通过RB资源静态预留、FlexE技术、UPF下沉等方式实现业务隔离。

3. 电力无线专网

• 采用230MHz和1.8GHz频段，具备物理隔离性强、抗干扰能力强等优点。
• 但存在建设成本高、政策支持有限、技术演进受限、产业链停滞等问题。

4. HPLC+HRF双模技术

• HPLC用于数据采集，HRF用于本地通信，支持双通道通信，提升抗干扰能力。
• 需要统一规划频段，制定本地通信协议标准，推动运维体系构建。

5. OSU全光通信网

• OSU（Optical Service Unit）技术是未来通信网演进方向，支持全光通信。
• A/B平面统一制式，实现设备型号统一、互备高可靠。
• 推动OSU全光网建设，实现省域内通信网络统一架构，提升带宽、覆盖范围和网络结构。

四、思考

1. 通信网络建设与演进

• 提升通道带宽：核心层100G或N*100G，汇聚层100G，接入层10G。
• 延伸覆盖范围：实现省级OTN网络向地市、县域站点延伸。
• 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。
• 升级技术体制：推进现有网络平滑演进到OSU全光网，降低功耗。

2. 统一网管平台建设

• 整合多品牌设备：实现全网业务实时监控，统一接入。
• 自动拓扑生成：通过光功率插入损耗和位置信息自动排序ONU设备。
• 状态快速查询：支持ONU状态直接查询，提升运维效率。
• 故障快速定位：基于关键指标，实现故障快速定位和处理。

3. 空调负荷柔性控制

• 分为监测型、调控型和聚合平台型三种模式。
• 监测型通过集中器和集中器量测单元实现数据采集，调控型通过现场设备实现控制。
• 需要统一通信解决方案，提升通信性能与安全性。

4. 电力无线局域网研究

• 需要实现“协议自主、安全可靠、切换灵活”的目标。
• 针对变电站等场景，需提升无线局域网的自主可控性、可靠性、安全性和综合管控能力。

5. 通信安全防护

• 云端：采用签名、加密、隔离等方式，保障控制指令安全。
• 边缘侧：终端收到指令后进行验签、解密，推送给空调APP执行。
• 外发防护：部署数据防泄漏组件，识别与过滤敏感内容。
• 接入防护：采用防火墙、流量监测、综合防护网关等方式，提升网络安全性。

结论

配电通信网建设需结合新型电力系统发展趋势，采用多种通信技术（如xPON、5G、HPLC+HRF、Wi-SUN mesh等），实现广覆盖、低时延、高可靠。同时，需推动统一网管平台建设，提升运维效率，加强通信安全防护，实现控制与采集业务的高效承载。未来需继续优化通信架构，提升通信能力，推动OSU全光通信网建设，构建自主可控、安全可靠的新型配电通信网络。