终端通信接入网

分布式终端接入数量的增加、电力电子设备的广泛应用会给终端通信网带来较大冲击。文章首先分析了终端通信网现状和电能质量感知问题,然后针对性地提出终端通信网络架构,并介绍其具备的功能;在此基础上提出终端通信网智能感知关键技术,主要有大规模终端高效接入技术、终端通信深度覆盖技术以及终端雾状通信技术等;其次,研发智能采集终端,搭建配电网电能质量监测平台,对配电网电能质量进行在线监测;最后,对5G通信技术在电能质量中应用进行了展望和探讨。文章终端通信网架构及智能感知关键技术,可以有效地提升配电网电能质量感知能力,满足终端业务发展需求,具有一定工程应用价值。

国家电网接入网网络规模大，设备数据量大，技术种类复杂、设备厂商众多，业务种类和涉及部门众多，造成接入网管理运维工作量大，因而对技术支撑手段需求也更高。基于此背景，国网全面开展终端通信接入网管理系统推广建设工作，以期实现对无线专网、光纤专网、无线公网的实时监视。中国通服OSS产品起步于1993年，是电信BOSS软件提供者和交付践行者，专研通信运营商OSS领域超过20年，在资源管理、智能网管等领域具有成熟的产品线，可助力包括骨干通信网和终端通信接入网在内的电力通信网实现精细化、数字化管理。

电网作为关系国民经济命脉的国家关键基础设施，对社会稳定、国民经济健康发展发挥了至关重要的作用。电力信息系统处于智能电网的核心地位，是继电保护、安稳控制及调度自动化的重要基础保障，是确保电网安全、稳定、经济运行的关键信息基础设施。电力设备状态感知、调度指令准确下达对智能电网运行至关重要，直接影响电网运行效率。 随着智能电网的发展，分布式能源、源网荷储、综合能源服务、主动配电网、充电桩等智能化业务越来越多，电网设备数量呈爆炸式增加，海量的电力业务接入导致电力通信网的承载能力难以满足要求。近年来，电网公司加大了电力通信网的建设力度，基本解决了35kV及以上变电站的光纤通信接入问题，但配电物联网的终端通信接入网建设始终面临数量大、类型多、业务复杂多样、成本高等难题，对通信实时性、可靠性、通信速率等提出严苛的要求，导致终端通信接入网建设成为电力系统智能化的短板之一，严重制约了各类电网设备间的互联互通。 针对配电物联网的通信接入需求，本项目开展了面向配电物联网的物理层处理技术，提出了基于MAC层融合的信道接入与主动路由、汇聚接入控制与网络资源汇聚优化等算法，研发了基于上述算法的电力多模融合通信芯片，研制了面向配电物联网的多业务融合终端，取得了集理论、技术和产品于一体的创新突破。 项目形成国家授权发明专利16项，发表论文18篇，其中SCI检索论文4篇，EI检索论文12篇，为配电物联网多模接入提供了一整套完整的解决方案。应用范围涵盖四川、宁夏、辽宁等多个省份，取得重大的社会和经济效益，极大地提升了我国电力系统的智能化水平。

近年来，新能源消纳、配电自动化、精准负荷控制等电网末端控制业务和用电信息采集、机器人巡检等信息采集类业务呈指数级增长，接入侧电力通信业务日益呈现多源化、动态化等新特点。继电保护业务、变电站自动化业务、电能计量监测等来自于不同终端的业务种类对于服务质量的要求也不相同，而部分业务带宽的高动态性则对网络资源的调度能力提出了更高的要求。因此，为应对电网信息化的快速发展趋势，在面向多源动态电力通信业务提供高效可靠的接入手段就成为电网可靠运行过程中亟待解决的行业难题。该项目通过深入挖掘多源动态业务和网络资源供给关系的基本矛盾，按照“感知网络状态——调度网络资源——可靠传输”三个要素，以末端融合接入优化控制技术为突破口，在国内外首创基于碎片整理的电力载波频谱动态分配装置，攻克了高动态多粒度业务与网络频谱资源的高效匹配的技术难题，提升了低功耗的传感网络状态感知能力，提出基于实时监控的业务优先级弹性配置方法，研发了基于统一 MAC 的电力载波与无线融合通信装置, 解决了面向高可靠业务的融合型多通道集成瓶颈问题，该项目实现了针对动态多源业务的高效可靠接入，为城市、农村及偏远山区等不同应用场景下的电力终端通信接入网建设提供可靠、灵活、经济的通信技术支撑。 项目在实施过程中共取得授权专利 7 项，其中获发明专利授权 5 项、实用新型专利2 项，发表学术论文 4 篇，其中 SCI/EI 论文 3 篇，专著 1 项，发布行业标准 1 项。通过应用上述创新技术，电力周期性实时业务公平因子提升至 0.679、频谱利用率提升 10%，终端接入网规模的扩展能力提升 20%，A 类监控点合格率至 98.88%，线路综合可用系数指标达到 97.47%，在可靠性关键技术指标中故障恢复时间、信道开销、配电装置采集准确率、完整率等均高于国内同类水平，该项目建成了完善的支撑智能电网互动化、信息化的通信体系架构，实现大连电网可靠率连续六年达到 99.8%，有效提升了电网智能化水平，提高了城市电网的供电可靠率和抗灾能力。

该项目属于电力通信领域，针对电力终端通信接入网分散建设、网架复杂、规划协同不足、通信资源利用率低、故障定位手段乏、运维工作管理困难等巫需解决的问题，研发电力终端通信接入网优化与评估工具，实现了业务与通信资源的匹配和整合优化；研制主被动故障定位探针，实现了异构网络分级流量监测及故障跨网络定位：研发终端通信接入网主动运维系统，提升了基于多网络资源管理的精细化业务控制能力：最终形成一套具备网络优化、评估、监测、故障定位于一体的终端通信接入网综合管理工具。 该项目以终端接入网网络架构为参照（见图1），形成从终端层、汇聚层、业务层自底向上的网络资源统筹设计方法，为异构网络综合优化与资源动态协同管理莫定基础。从终端层与汇聚层两个层面进行关键技术研究、核心协议栈设计、重要原型设备研发，解决体系架构中业务流从终端层到汇聚层优化及管理问题。

终端通信接入网建设是国网公司泛在电力物联网建设的重要组成部分，当前接入网采用随业务系统建设的模式，以致现有终端通信接入网通道资源共享性差，投资利用率不高。为提高接入网建设水平，需进行统一规划、统筹建设。不同于单一业务接入的组网经济分析，本文从区域和全业务接入的角度研究了接入网组网经济性，提出了一种经济分析模型。本文对区域场景进行了分类，并基于区域业务类型的密度分析以及通道资源共享的原则比较了不同组网方式的经济性。本文提出的经济分 析模型可为接入网规划、可研和设计等相关工作提供指导和参考。