2024面向新型电力系统的配电通信网建设与思考研究报告

国网浙江信通公司 01 现状02Status 目录 技术Technology 03 思考Think 04 01 党的二十大提出加快规划建设新型能源体系 2024年是深入实施“四个革命、一个合作能源安全战略十周年 新型电力系统 十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统 新型电力系统是实现”双碳”关键平台 是以承载实现碳达峰碳中和，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。通过源源互补、源网协调、网荷互动、网储互动和源荷互动等多种交互形式，从而更经济、高效和安全地提高电力系统功率动态平衡能力，是构建新型电力系统的重要发展路径 新型电力系统的主战场之一，就是配电网 配电网作为电网的重要组成部分，主要作用是为各个配电站和各类用户提供电源，与广大群众的生产生活息息相关 需求应运而生 云管边端业务架构，集约化管理是趋势 调度/变电/配电自动化输变配监控管理 数字化信息流伴随能源流，实现源源互补、源网协调、网荷互动、网储互动和源荷互动等多种交互形式，需要高可靠通信网支撑。 地域分散分布，管理统一拉通，形成紧密连接大电网，充分扩展资源池，实现主动防御，需要确定性通信网支撑 国网总部成立配电通信网工作专班 按照国网公司领导要求和近期工作安排，配电通信网专题研究工作由国调中心牵头，国网发展部、设备部、营销部、数字化部配合。 网络规划建设组 5G推广应用组 网络安全组 六个工作小组 研究制定光纤专网规划、建设原则，探索光纤到台区、光纤到户可行性，持续推进无线专网研究及建设工作。 开展无线虚拟专网承载控制类业务安全研究，牵头制定安全防护方案。 推进电力5G轻量化通信模块研制，加速5G规模化应用，开展5G短切片研究及试点。 试点攻坚组 HPLC优化提升组 通信技术创新组 负责开展HPLC性能优化，形成通信解决方案。 开展光纤到户、空调负荷柔性控制技术政策、安全性研究，论证其可行性。 负责深入论证各类先进技术适配情况，通过技术试点，形成应用推广建议，同时做好配套技术标准的制修订。 配电通信网工作专班重点任务 配电通信网工作专班重点任务 02 业务需求分析 业务维度 配电通信网所承载的控制、采集两大类业务通信需求。控制类业务带宽要求较低，对时延、可靠性、安全性要求较高：采集类业务分布泛在，对通信信号覆盖要求较高。 远程通信维度 营销专业目前均为四区业务，现有通信技术基本满足业务要求：生产专业业务涵盖一区/四区需考虑通信技术选型 本地通信维度 生产专业低压侧终端数量较少，节点与节点之间距离较大，对本地通信的要求更倾向于在兼容营销现有本地通信网络基础上，侧重通信可靠性、实时性。 配电网物联端侧 端是指端侧设备。部分为采集类传感器，具备感知能力；另一部分为闸刀开关等控制未端节点。 解决通信覆盖需求问题 端侧设备的通信现状 端侧设备作为边侧设备下行延伸的主要感知、控制载体，由于监测主体分布极不规律，因此形成了错综复杂的现场通信环境和场景 配电网物联边侧 切能直接与主站交互的终端。包括营销专业的集中器、设备专业的融合终端、公变终端等。 解决需求问题 具备控制能力的边侧设备介绍 口DTU一般安装在常规的开闭所、配电站内，除了常规的对开关设备的数据的采集与计算外，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电，部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。 口FTU是装设在馈线开关旁的开关监控装置。这些馈线开关指的是户外的柱上开关，例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等，可以配合配电子站、主站实现配电线路的正常监控和故障识别、隔离和非故障区段恢复供电。 口能源控制器是营销专业的负荷控制终端，一般安装在大型商场、写字楼等地段，用来完成非生产负荷调控。其具备空调温度调节能力，可以帮助楼宇完成节能减排。 配电网物联边侧 切能直接与主站交互的终端。包括营销专业的集中器、设备专业的融合终端、公变终端等。 边侧设备能力 边缘计算 上述边侧设备除了完成云端主站与端侧设备之间的汇聚上送、信令下发功能外，另一个重要能力就是边缘计算能力。相对于云端计算存储资源的充足，配电网边缘计算节点的硬件方案上一采用各方面资源有限的入式架构，的设计理念，即“硬件平台化，软件APP化”，通过软硬件解耦的思想，将硬件封装为一个平台，软件上的多样化功能可以在各种APP上实现。 配电网物联管侧 管是指通信管道。主要负责边侧节点与云主站的通信，包括了骨干通信网和远程通信（光纤专网/无线专网/无线公网） 解决通信覆盖需求问题 骨干通信网 浙江已围绕变电站、地市县供电公司构建一张由光纤为核心载体的传输网，即电力骨干通信网。 有线远程通信 而随着变电站电压等级的下降，一直到配电网的负荷侧，会随着通信条件，使用ONU-OLT的分光传输结构辐射到各个配电站房、环网柜等配电节点。 配电网物联管侧 管是指通信管道。主要负责边侧节点与云主站的通信，包括了骨干通信网和远程通信（光纤专网/无线专网（无线公网） 光纤专网（EPON/工业以太网） 解决通信覆盖需求问题 无线远程通信 无线通信管道主要分为两部分，第一是电力自建无线专网。在浙江嘉兴已完成230MHz电力无线专网的搭建基本满足抄表业务的通信需求。 第二是运营商提供的无线公网。浙江目前在用集中器超300万台，公变终端/智能融合终端超40万台，均通过运营商网络+安全接入平台的方式回传至云端主站。 配电网物联云主站 物联管理平台。业务系统用于业务数据的处理、展示等：物联平台用于物联终端状态管理。 解决部分智能终端管理需求问题 连接管理 物联管理平台 连接管理主要实现物联管理平台与边侧设备的连接通道适配与建立、安全认证及端口容量扩展等主要功能目前，物联管理平台支持IPV4、IPv6通信连接，实现边侧设备、端设备间拓扑的自动发现与管理，并支持通过MQTT、CoAP、HTTP(S)、DL/T698等协议实现上述设备到物联管理平台的连接管理。对于存量非智能终端也可以通过定制化接口方式接入物联管理平台。 对总部来说，总部、省侧两级物联管理平台之间通过远程调用、消息总线和文件复制等方式实现物联管理数据传输和协同计算： 对省侧来说，物联管理平台纳管全省智能物联设备，具备终端性能远程监控、终端固件升级、终端APP应用下载、业务数据同步等功能。 系统功能： 全网物联应用管理 设备运维管理 运行监视管理 配电网通信规模 浙江公司配电网业务主要涵盖设备、营销、调度三个专业，主要包括配电自动化业务、分布式电源调控业务、负荷控制业务、配电保护业务、用电采集类业务 配电本地通信网 配电远程通信网 主要由光纤专网和4G/5G无线虚拟专网组成，无线专网、中压载波、卫星接入作为补充。 主要由HPLC、HPLC+HRF双模，RS485等组成，目前也在探索WAPI、DL-IoT、多模通信等新技术， 截止2023年底，浙江省HPLC单模通信终端共计1368万台HPLC+HRF双模通信终端共64万台，RS485通信终端共2006万台。 截至2023年底，浙江公司已建成配电通信光纤专网光缆38674.6公里其中架空光缆7626.6公里，管道光缆31648公里：无线虚拟专网共承载424万台业务终端。 03 技术Technology 远程有线通信技术简介 XPON xPON（PassiveOpticalNetwork，无源光网络）系统包括EPON、GPON等，是由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）光网络单元（ONU）组成的面向工业控制应用的光纤宽带传输系统。 OLT和其他ONU的正常运行。EPON单PON口提供上下行对称的1.25Gbps传输速率，GPON单PON口提供下行2.5GbpS，上行1.25Gbps传输速率。xPON系统最大传输距离可达20千米。 远程有线通信技术简介 XPON的技术特点 1、无源光网络架构： XPON技术采用无源光网络（PON）架构，这意味着在光线路终端（OLT）和用户端的光网络单元（ONU）之间，传输介质主要是光纤和光分路器等无源器件。由于没有有源电子设备的参与，信号衰减较小，可以实现长距离的数据传输。 2、单芯光纤传输： 在PON架构中，OLT和ONU之间通过单芯光纤进行连接。这根光纤既用于下行数据的传输（从OLT到ONU），也用于上行数据的传输（从ONU到OLT）。下行数据通常使用广播方式进行传输，OLT将数据发送给所有ONU，但每个ONU只会接收并处理属于自已的数据上行数据则采用时分复用（TDMA）技术，确保多个ONU可以共享同一根光纤进行数据传输，而不会相互干扰。 3、PON保护倒换技术： 用独立的PONMAC芯片和光模块，实现2个PON端口的保护：TypeC-PON系统全光纤保护，两个PON端口，均处于工作状态，一旦主用光纤链路发生故障由ONU完成倒换；TypeD-PON系统全光纤保护，采用两个PON端口，在ONU侧采用2个PON口，系统采用热备份保护方式，通过倒换到备用设备可在任意点故障进行恢复。 4、串接容量： XPON技术通过波分复用（WDM）技术，将不同波长的光信号在同一光纤中进行传输，实现多路复用，从而提高传输容量。一般而言，PON的最大分光比为1：64，即一个OLT下可挂接64个ONU。但分光比与光衰之间存在一定的对应关系。分光比分母越大，光衰越严重。例如，分光比在1:32时，可以达到最大无源传输距离20km，而分光比1:64的情况只能达到10km的传输距离。 远程无线通信技术简介 4/5G电力虚拟专网 目前浙江主要在用的远程无线通信技术为运营商提供的4/5G电力虚拟专网。相较于光纤通信，无线通信具有安装方便、成本低、抗自然灾害能力强等优点，是对光纤通信的很好补充。尤其对于城市郊区、农网中一些偏远的站点来说，敷设光纤成本比较高，无线通信是一种很好的替代解决方案。 在原有4G电力虚拟专网基础上，运营商5G硬切片技术也为部分涉控业务终端接入主站提供了新思路。 5G网络硬切片技术是将一个物理网络切割成多个虚拟的具有近似物理隔离强度的端到端网络的技术。目前5G硬切片网络通过电力终端到运营商基站空口的RB资源静态预留技术、运营商传输网的FlexE技术、电力侧的UPF下沉技术，来保证数据间的隔离。 远程无线通信技术简介 无线专网 电力无线专网电力公司主导建设、专用于电力业务，采用广域无线接入技术的通信网络系统。国网系统内主要的电力无线专网分为230MHz离散多载波电力无线通信系统和LTE-G1800MHz电力无线通信系统，前者是基于223.025MHz~235.000MHz频段电力授权的离散25kHz频点，采用离散载波聚合及动态频谱共享等技术，通过时分双工传输方式为电力业务终端和业务系统提供宽带通信服务的通信系统，例如浙江嘉兴采用了LTE-G技术体制构建了覆盖全市的电力无线专网。后者是基于1785MHz1805MHz频段，采用LTE技术，为电力业务终端和业务系统提供宽带通信传输服务的通信系统，例如江苏的1.8GHz无线专网，实现了全省覆盖。 本地有线通信技术简介 RS485 RS485是用于串口通信的接口标准，属于物理层的协议标准RS485采用两条差分电压信号线进行信号传输，由主机、从机和连接电缆组成，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。RS485可采用点对点、线型、总线型组网方式 RS485使用场景最多的是电力二型集中器与电表的连接。目前据统计，浙江有273万二型集中器通过RS485的方式挂接了1996万块智能电表，平均每台集中器对应7块电表。其次，