摘要：本文将配电自动化业务与光纤通信、无线专网、无线公网、电力线载波通信从业务分类、性能指标、经济成本、技术成熟度及产业链五个维度进行匹配分析。通过提取属性集，计算匹配参数，并采用归一化方式，得到综合匹配值，最后通过比较配电自动化业务与不同通信方式的综合匹配值的计算结果，得出最适用于配电自动化的通信方式。
关键词：配电自动化；通信；匹配分析；
1引言
配电自动化业务主要包括馈线自动化和配电管理系统[1]。目前，配电自动化在组网模式和技术选型方面，有以下问题：
1）组网模式方面，业务部门针对自身业务需求分散建设通信网络，配电网与业务系统“紧耦合”，网络建设分散且重复，通信资源利用率低，部门地区存在多张通信网并存的问题[2][3]。
2）技术选型方面，业务部门过度依赖设备厂商，习惯性采用先进的通信技术，设备厂商对电力业务特点了解不深，容易误导技术选型[4]。信通部门参与业务系统（通信部分）的建设深度不够，缺乏业务与通信技术的匹配分析[5]。
针对以上问题，本文将配电自动化业务与光纤通信、无线专网、无线公网、电力线载波通信从业务分类、性能指标、经济成本、技术成熟度及产业链五个维度进行匹配分析。
2匹配分析方法
2.1匹配原则
系统性：以各业务中的不同类型报文为目标，要反映所有因素对最终决策目标的整体影响，重视决策问题各维度因素的层次性和相关性，反应出不同业务体系下对于技术选型的内部关联。
客观性：决策指标的筛选、归类、分析和评价应采取科学化，程序化方法，指标体系中应根据各决策指标的迫切程度客观的确定各指标权重，并综合考虑、采纳领域专家评价建议，尽量避免主观随意性。
可比性：各子目标的分解和设计既要注意业务系统的性质对于通信各方性能要求的横向比较，又要注意各通信技术在纵向上对应各要求的匹配程度。
实用性：各决策指标设计要含义明确，计算简便，与国网现行统计指标口径一致，便于数据采集。
2.2匹配步骤
步骤1：分析并提出业务各类指标。主要包括组网架构、带宽、传输距离、实时性、可靠性、成本、技术成熟度及产业链、安全性八个指标；
步骤2：从业务指标要求方面分析接入网通信技术指标；
步骤3：对业务的单个业务指标进行通信技术匹配排序，采用线性比例变化法以匹配度最高的技术为基准1，按照排序顺序均分递减确定每种技术的匹配度参数。
步骤4：根据业务类型，确定价值因数。价值因数无法用科学手段进行检测或处理，需要决策者进行价值判断。每种业务类型的价值因数根据经验值评估确定。
步骤5：根据步骤3和步骤4结果，计算得出每种技术的综合匹配值，再根据综合匹配值排序。
步骤6：根据技术综合匹配值排序，结合业务分布特点等实际情况，得出每种业务类型的技术政策。
2.3匹配计算方法
根据匹配原则，确立以下匹配模型。从组网架构、带宽、传输距离、实时性、可靠性、成本、技术成熟度及产业链、安全性等方面开展匹配。
Xi=属性集{组网结构、带宽、传输距离、实时性、可靠性、成本、技术成熟度及产业链、安全性}，i=1、2、……n，Sij为Xi方面第j种技术的匹配度参数，匹配度参数采用归1化算法，以排名第一的技术为基准数1，其他技术采用线性比例变化法，按照排序均分递减。
Y（yi）=价值因素，价值因素无法用科学手段进行检测或处理，需要决策者进行价值判断。yi根据业务不同，采用经验法判断得出。
综合匹配值集合Z（zi）={z1、z2、z3、z4、……、z8}，其中z1为EPON匹配值，z2为工业以太网匹配值、z3为中压PLC匹配值，依次类推，z8为无线公网4G匹配值。Zi=ΣSij*yi，其中i=1，…，8，j=1，……，8。
3实例分析
（1）网络性能指标匹配
a）组网结构及数据流向
配电自动化系统以地市为单位部署，主站位于地市调度中心，配电终端沿配电线路部署，终端与主站之间点对点双向通信。
光纤专网随配电线路敷设的光缆传输数据，网络拓扑与电网架构基本吻合；中压PLC利用配电线路传输数据，网络拓扑与电网架构完全吻合；无线专网为电力自建网络，核心网部署在地市，基站部署在变电站等电力场所，业务数据在基站实现汇聚，网络拓扑与电网架构大致吻合；无线公网为租用网络，数据通过公网专线在地市汇聚，网络拓扑与电网架构无关。
中压PLC、光纤专网、无线专网匹配度较高，无线公网匹配度较低。
b）带宽及采集间隔
配电自动化主站对终端的常规召测频率为1分钟/次至60分钟/次，没有统一规定。终端网络连接心跳数据帧为30秒一次。遥信、遥控方面，主站下发命令或终端设备因突发事件主动上传数据时，采集间隔不固定。遥测方面，采用电压、电流越限上传的方式，上传间隔不固定。
根据典型配电站点信息量表计算信息量，单个终端的最大实时数据传输速率15kbps进行匹配，各类通信技术速率指标如下：2G无线公网传输速率为10~90kbps，中压PLC传输速率为10~100kbps，3G无线公网传输速率为30~700kbps，TD-LTE230MHz无线专网传输速率为5~10Mbps，TD-LTE1800MHz无线专网传输速率为5~10Mbps，4G无线公网传输速率为5~10Mbps，工业以太网传输速率大于5/50Mbps（100/1000M带宽，按20个终端计算），EPON传输速率大于30Mbps（1.25G共享，按32个终端计算）。
无线公网2G、中压PLC匹配业务带宽要求，其他的通信技术可以提供更高带宽。
c）传输距离
35/110kV变电站出线至用户的传输距离在20公里范围内，EPON光纤通信技术传输距离小于20公里，无线专网传输距离可根据需要进行区域覆盖，无线公网传输距离取决于运营商覆盖区域，工业以太网交换机技术传输距离大于20公里，中压PLC技术窄带传输距离为地埋小于2公里、架空小于10公里，宽带传输距离为小于2公里。
EPON、无线专网、无线公网匹配业务传输距离要求；工业以太网可覆盖更广区域；不考虑中继，中压PLC覆盖范围不满足全部业务传输距离要求。
d）实时性
遥控、遥测和遥信实时性要求如下表：
表1配电自动化系统实时性指标
EPON光纤通信技术传输时延为1.5ms，工业以太网交换机网络传输时延为10ms，无线专网传输时延30-300ms，无线公网传输时延为600ms-2s，中压PLC窄带传输时延为小于100ms。
EPON、工业以太网、无线专网更能匹配遥控业务时延要求，载波和无线公网匹配度低些。
e）可靠性
配电自动化对终端月在线率、遥控成功率、遥信动作正确率等要求较高，均在95%以上。
光纤专网依靠光纤传输，不受电磁干扰和雷电影响，EPON系统中分光器为无源器件，设备使用寿命长，系统具备抗多点失效的能力，“手拉手”保护组网模式光纤保护倒换时间≤100ms；工业以太网交换机同样采用光纤线路，系统的无故障工作时间>17520h，单台交换机的环网恢复时间不超过50ms。光纤专网（EPON）数据采集一次成功率>99%。
无线公网为租用网络，信道受天气、网络负荷等因素影响、信号易受干扰，服务质量可变因素较多，尤其发生突发事件时，不能保证畅通，无线公网（GPRS）数据采集一次成功率>97%；无线专网为自建网络，专网专用，需专业技术人员开展网络优化，在基站覆盖范围内，理论上可靠性高于无线公网，无线专网（230数传电台）数据采集一次成功率>97%，TD-LTE无线专网目前处于试点阶段，可靠性需进一步验证。中压载波易受电网环境干扰，信道稳定性较差，中压PLC数据采集一次成功率>85%。
光纤专网、无线专网、无线公网匹配遥控业务可靠性要求，中压PLC不匹配。
f）技术成熟度及产业链完整性
EPON具备完善的技术标准，技术成熟，产品成熟，产业链完整，已在公网大规模部署并运用于电力通信系统；工业以太网产品成熟，产业链完整，主要在数字化变电站中应用，但三层工业以太网交换机技术标准尚不完善，难以实现互联互通。
中压窄带电力线载波技术较为成熟，新型载波技术在研制试验，产业链完整。
无线公网为运营商无线网络，技术标准完备，技术成熟，产业链成熟完整。
无线专网方面，2017年9月由国内主要通信制造厂商、科研单位等发起成了电力无线专网产业联盟，目前已形成了以国内企业为核心，包括芯片、终端等各环节的完整产业链。
（2）综合匹配结果
鉴于建设运维成本在实际工程中起决定因素，因此传输距离和成本为你价值因素取0.2，其他维度价值因数均取0.1。配电自动化三遥业务与通信技术匹配表如下：
表2业务与通信技术匹配度排序表
根据以上分析，匹配值TD-LTE230MHz＞TD-LTE1800MHz＞EPON>工业以太网>2G＞3G＞4G＞中压PLC。
4结论
配电自动化“三遥”业务，对通信网络的实时性、安全性要求较高，网络性能指标因素高于网络建设经济成本因素，兼顾技术成熟度和产业链完整性分析，优先采用光纤通信或无线专网通信。同时考虑到当前城市化进程加快，电网终端分布越密集区域如核心城区，光纤专网建设难度越大，故此，应充分发挥无线专网安全、可靠、经济等特点，推广建设。
参考文献：
[1]车力军.电力专网的接入网建设与思考[J].电力系统通信，2002.
[2]李文伟，陈宝仁，吴谦，等.TD-LTE电力无线宽带专网技术应用研究[J].电力系统通信，2012.
[3]孙建平，林长锥.基于TD-LTE的智能配电网终端通信技术研究[J].电力系统通信，2012．
[4]黄盛.智能配电网通信业务需求分析及技术方案[J].电力系统通信，2010.
[5]面向多业务的新型电力宽带无线通信技术研究及应用[J]．江苏省电力公司技术报告，2015.
作者简介：
李元九（1982.7-）；男；晋江；高级工程师；从事电力通信技术管理。
张宏坡（1987.9-）；男；安溪；工程师；从事电力无线通信专网应用研究。
论文作者:李元九,张宏坡,颜泗海,林宪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：公网论文; 业务论文; 专网论文; 技术论文; 通信论文; 终端论文; 产业链论文; 《电力设备》2018年第24期论文;