配电网通信技术综合比较分析

　　摘要:通过综合对比分析配电网主要通信技术的特点，以达到为工程设计制定配电网通信技术方案时提供决策参考的目的。通信系统是自动化系统运行的基础，配电通信网是配电自动化系统的载体，配电通信网的优劣直接影响配电自动化业务的传输、采集以及自动化主站系统的调度控制。从通信效果、网络抗毁性、网络安全性、施工难度、业务接入适应性、网络扩展性和国家政策等方面综合比较分析研究了光纤通信技术、电力载波通信技术和无线通信技术的优缺点。综合评价指标结果从高至低为:工业以太网交换机、无线专网、EPON、无线公网、电力载波。经过分析得出结论:在配电网的通信组网中，工业以太网应用最成熟，EPON的应用在兴起，无线公网或无线专网通信方式可作为光纤通信的补充。

　　关键词:配电通信网;光纤通信;电力载波通信;无线通信

　　1概述

　　配电通信网是承载中低压配电网业务的通信网络，目前主要承载的业务包括配电自动化、计量自动化、分布式电源等。配电通信网络根据网络层次可分为远程通信网和本地通信网。总体架构如下图所示。

　　配电网的网络结构和特点决定了配网自动化终端的分布分散、节点众多、工作环境差等特征，使得通信技术的选择异常复杂，本文分析的正是配电通信网的接入层部分，技术方案有光纤通信、电力载波通信、无线公网通信、无线专网通信等。

　　2技术优劣分析

　　2.1光纤通信技术

　　光纤通信技术已经非常成熟，工业以太网和PON是配电通信网络的两种主流光纤通信技术。光纤通信具有传输容量大、高速率、传输距离长、抗干扰性强、绝缘性能好等优势。

　　然而由于受到配电网网架分布广、散、杂、多特征的影响，配网光纤的大规模应用还面临着很多实际困难，光纤通信的建设受以下几方面因素的影响:在线率低;网络结构不稳定;老城区施工困难;建设成本高[1-7]。

　　2.2中压电力载波通信技术

　　中压电力载波通信是将信号按一定方式调制后，利用相应的耦合设备注入输电线，利用现有的输电线传递信息。其优点是可以利用现有的配网输电线路进行通信，不需另架设专用通信线路，具有投资成本低、易于建设等优势。但受限于其技术体制的影响，实际应用中它有如下缺点:传输速率低;易受外界电磁干扰;网络可扩展性差;建设受停电因素影响[8-10]。

　　2.3无线通信技术

　　无线通信技术分无线公网和无线专网两种。无线公网是租用运营商的无线通信通道，主要是GPRS/CDMA技术，其优点是不需要建网维护，建设周期短、节省投资;支付给运营商服务费较低;不需向无线电管理局申请频率。实际应用中它有如下缺点:容易发生网络拥塞，造成网络延时，不支持无线终止功能等。

　　无线专网主要指以OFDM技术为基础的TD-LTE、McWiLL和WiMAX，其主要优势:传输速率高;带宽容量大;安全性高;建设方式简单。建设电力无线专网存在的主要问题是:一次性投资较大，需要专业人员维护网络，成本较高，另外需要向无线电管理局申请专用频率等[11-13]。

　　3综合比较分析

　　本文从通信效果、抗毁性、安全性、施工难度、适应性、扩展性、国家政策和城市规划对不同技术体制的影响进行方案对比，从而为不同地区使用何种通信技术给出建议。

　　3.1通信效果

　　工业以太网和EPON两种光纤通信技术传输带宽大、传输速率快、传输距离长、抗干扰性强，通信效果最好。

　　电力载波通信技术传输带宽小、传输速率低、抗干扰性弱，通信效果较差。

　　无线公网无QOS保障，带宽和时延得不到保障、网络不受控、易受网络中其它用户影响，不能实现实时、永久在线通信，通信效果较差;无线宽带专网有QOS保障，带宽高、时延小，网络受环境影响较小、通信效果较好[14-16]。

　　通信效果由好到坏依次为:光纤通信、无线专网、电力载波、无线公网[17-18]。

　　3.2网络抗毁性

　　工业以太网主要以环形网络为主，可抗设备单点故障，但抗多点故障能力较弱，网络总体抗毁性能较强。

　　EPON主要以星形网络为主，无法抗设备单点故障，但各节点及分支光缆故障不影响其它节点，网络总体抗毁性能强。

　　载波通信主要是利用电力线组成链型网络，无法抗设备单点故障，电力线故障将影响该线缆上全部节点终端;但由于设备建设在电网内部，且电力线缆可靠性较好，网络总体抗毁性能较强。

　　无线公网是每个终端与公网无线基站组成星形网络，无法抗设备单点故障;公网基站多建设在民用建筑上，抗毁性较差，网络总体抗毁性较弱。

　　无线专网是每个终端与专网无线基站组成星形网络，无法抗设备单点故障;但由于专网基站多建设在供电局调度楼或变电站上，抗毁性较强，网络总体抗毁性较强。

　　网络抗毁性由强到弱依次为:EPON、工业以太网、无线专网、电力载波、无线公网。

　　3.3网络安全性

　　工业以太网采用标准以太网协议，在二层网络上实现用户认证，结合MAC、端口、账户、VLAN和密码等绑定技术，支持802.1X的认证，具有较高的安全性。

　　EPON以以太网协议为基础，除具备以太网协议支持的各项安全措施外，还结合终端LLID捆绑及定制，增强系统安全性，其总体安全性好。电力载波一般采用RS232或RS485串口通信，属于专线方式，安全性强。

　　无线公网存在空口安全性问题，由于无线公网技术标准公开、采用的加密措施容易被破解，故安全性较差。

　　无线专网采用先进的加密方法和措施，并可采用定制的加密方式，增强网络安全性，故安全性较好。

　　网络安全性由强到弱依次为:电力载波、EPON、工业以太网、无线专网、无线公网。

　　3.4施工难度

　　工业以太网和EPON技术除需要安装、调试设备外，还需要敷设光缆，施工难度高。

　　电力载波技术无需敷设线路，但需要考虑电缆线耦合、增加信号放大器等措施，施工难度较高。

　　无线公网只需要安装无线终端或者只需要配置SIM(内置终端)，施工难度低。无线专网需要自建无线宽带网络，包括核心设备、基站设备(含天馈线)、无线终端等，施工难度高。施工难度由高到低依次为:工业以太网/EPON、无线专网、电力载波、无线公网。

　　3.5业务接入适应性

　　工业以太网和EPON技术支持各种宽窄带业务，传输速率高，业务扩展性好;电力载波仅适用于低速率业务，业务扩展性差;无线公网适用于中低速率、突发性或间断性、对安全性要求不高的业务，业务扩展性较差;无线专网支持各种宽窄带业务，传输速率较高，业务扩展性较好;业务扩展性由好到差依次为:工业以太网/EPON、无线专网、无线公网、电力载波。

　　3.6网络扩展性

　　工业以太网可较大规模增加网络节点设备，且由于支持不同厂家之间设备互联，网络扩展性能好;EPON网络可通过增加ODN或ONU的方式扩展业务节点，但由于EPON技术的ODN采用无源分光模式，分光比是固定的，所以在网络建设之初需规划好分光比，网络扩展性一般。

　　电力载波以链型为主，可以通过增加从载波机的方式进行网络拓展，但从载波机数量对主载波机功率有一定要求，因此网络扩展性一般。

　　无线公网和无线专网只要基站建设后终端可在覆盖范围内的任意区域进行使用，所有网络扩展性最好。业务扩展性由好到差依次为:无线公网\无线专网、工业以太网、EPON、电力载波。

　　3.7国家政策

　　工业以太网技术、EPON技术及无线公网技术均不涉及国家政策问题，一般无影响。电力载波涉及频率范围方面的问题，需要按照国家有关频率划分及功率规定执行。

　　国家政策目前允许的电力无线专网使用频率有230MHz和1.8GHz频段，频率使用应严格遵守《中华人民共和国无线电管理条例》。

　　3.8城市规划影响

　　城市规划建设对工业以太网和EPON的影响很大，主要体现为:

　　(1)新建城市相对于老城改造，光缆敷设成本、施工难度大幅度下降，在新建城市其经济性能得到很大改善;

　　(2)城市规划导致的线路改造将直接影响配电房、开关房等的变化，从而需要重新敷设光缆，导致投资增加;

　　(3)城市规划对电力载波、无线公网和无线专网等的影响较小，仅涉及被改造设备的建设。

　　4总结

　　综合以上各要素分析，在配电网的通信组网中，工业以太网应用最成熟，EPON的应用在兴起和试用阶段，无线公网或无线专网通信方式可作为光纤通信的补充。

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