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构建面向未来的配电数字化通信底座

2023-10-28
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配电网机遇与挑战并存

配电网是电网连接用户的“最后一公里”,直接影响电力供应的质量和可靠性。随着新型电力系统建设的不断深入,中低压配网面临更多来自开放、互动业务场景如中低压配网系统运行、生产技术、市场营销等的挑战;同时,配电网存在故障多、站点多、巡检难等问题。

配网业务点多面广,故障隐患多:因10kV配网设施的故障而导致停电的户数占比高达90%以上。

日常巡检难度不断增加:现场检修的安全性难以保障、作业规范性难以监督,人员有触电、遭遇SF6气体泄露等风险。

配网新业务发展迅速,配网管理难度不断加大:信息采集需求爆发式增长,采集点和采集量大幅增加,采集频次和实时性要求提高;“控制”向末端拓展,要求和难度提高,控制点数量由十万级增长到百万级,控制时延由准实时提升到实时,控制频次由低频提升到高频;分布式能源及充电桩等“新能源、新业务”业务不断接入。

因此,为提升配电的数字化水平,建设智能配电网势在必行。

通信是保障配电网业务运行的关键支撑

配电通信网作为支撑配电数字化的底座,但当前电力系统在10KV及以下配电场景,由于通信覆盖率较低,配电网络大多还处于盲调、盲控的阶段,迫切需要适应新型电力系统实时、稳定、可靠、高效、分散分布、海量接入等要求,因此建设一张高安全、高可靠、简运维、满足未来演进的配电通信网是保障配电业务运行的关键所在。

表1 新型配电网对电力通信网提出更高要求

配电通信网技术种类繁多,业界主流的是采用光纤通信技术以及成熟的3G/4G/5G无线通信技术实现配电设备的泛在接入。每种接入方式各有千秋,如光纤网络的施工和改造成本较高,全面通过光纤网来支撑配网数字化转型的投资成本高,周期较长,但通信质量相对最优;无线公网建网快,成本低,但在覆盖、安全可靠性方面表现较不够,难以满足配电自动化的远程操控、光伏和新能源秒级监测、精准负荷控制的低时延诉求;无线专网受限于频谱申请,多数国家和电力公司还没有合适的电力专用频谱,但相对光纤,更为经济适用;而部分国家电力公司选择RF MESH建网,初期建网快,相对灵活,网络规模较小时带宽和时延相对可控,但组网规模逐渐增大之后,存在时延高、组网时间长、带宽快速下降、扩容不灵活等明显劣势,已逐步被电力公司放弃作为配电自动化回传的方案。

由此可见,不同场景下配电网的网络架构、覆盖范围存在着较大差异,如何选择合适的技术,以满足配电通信网安全稳定运行的要求,是配电通信网领域研究的重要课题。华为公司结合自身在通信及电力领域深耕20年+的经验,持续在光纤及无线领域发力,主要有工业交换机环网,FTTM环网,无线公网和无线专网四种通信组网方式,用于满足不同配电公司的通信诉求。在实际部署时,电力公司可以因地制宜,选择一种或者多种建网方式,以满足不同阶段、不同业务的建网诉求,并具备长期演进的优势。在多条链路同时接入时,可通过SD-WAN技术来满足灵活选路,同时可以满足未来配电自动化从集中式向分布式转变,灵活切换,实时监测通信设备状态和SIM卡状态,以及北向与业务系统共享通信状态信息。

图1 配电通信网解决方案架构图

华为配电通信网解决方案为多场景接入提供支持

一般来说,对于CBD核心城区等需要大容量传输和高速通信的场景,其对供电质量和供电可靠性的要求较高,且区域内电力设施集中,业务数据量大,往往需要高带宽的通信接入方式;而由于城区多数区域已预埋光纤管道,后续光纤敷设难度较小、成本较低。因此在核心城区可以考虑光纤连接为主、无线为辅的通信方案。而面对郊区和老旧城区等设备覆盖范围广且分散的场景,考虑到光纤等有线通信方式面临管道开挖难度大、铺设成本高等难题;结合配电终端分布广泛、网络复杂等情况,可以优先考虑无线接入的通信方式,如无线公网和无线专网。华为将ICT技术、电力数字平台与行业实践经验深度结合,打造了配电通信网解决方案,提供光纤和无线等多种通信方式,为配电网的数字化、智能化和营配业务融合以及从中压侧向低压侧延伸提供坚实的通信基础。

华为电力FTTM环网解决方案基于光纤链路,采用最新的原生硬管道技术OSU(Optical Service Unit,光业务单元),为电力配网打造一张超高品质、极简运维的通信网络,可实现一网承载多分区业务,如配网自动化/计量等业务一网承载,并满足生产系统业务之间物理隔离的要求。

华为电力工业交换机环网解决方案 基于光纤链路,采用为CloudEngine S5735I-S-V2 DIN 系列交换机,基于“有源”的光网络,通信覆盖距离和通信网络节点数量不受光功率衰减的限制,可以实现超过20km的远距离配电通信覆盖;可提供灵活的全千兆接入和 GE/10GE 上行链路端口;采用ERPS环网保护协议,单点故障的业务自愈时间小于50ms。其支持工业级工作温度范围和专业的户外防雷,可适应条件恶劣的配电网络户外机柜环境,并支持导轨安装,安装便捷,大大节省了时间和空间。

华为电力无线专网解决方案采用3GPP主流频谱,具备低时延、广覆盖、一网多业务、易部署易维护、开放合作、面向5G演进等优势,用于承载配电自动化、精准负荷控制、站/所环境监测、电能质量监测、智慧安防等业务,满足电力智能化通信网络在安全性、可靠性、时延,以及接入容量等方面的需求。

华为电力无线公网解决方案采用面向工业应用场景设计的路由器网关NetEngine AR630/AR502H系列,融合了路由、交换、VPN、安全、无线接入等多种功能,支持4G和5G接入,满足了配电应用场景下偏远供电区域的配电设施通信需求。同时,在5G公网区域,可以利用5G切片(电力专用UPF/5GC等)在公网中构建5G To B的电力专网。

图2 配电通信网各制式优劣势对比

配电网建设需因地制宜、因时制宜

配网的建设,除了需根据实际情况选择合适的建网方案外,还应分阶段、有节奏地进行。为了更好地面向未来演进,第一阶段可以在采用双运营商无线链路作为主备,快速建网,并使用IPSEC等做好安全加密和业务隔离;第二阶段考虑更可靠的光纤网络或者无线专网,在核心区域以及运营商缺少覆盖的区域建设;再逐步向整网演进。同时,需为网络未来的平滑演进预留空间,以保护一次投资、降低二次重复投资,如:建设无线专网时需考虑到4G向5G的技术演进;运营商公网接入的CPE需要具备满足未来光纤或专网接入的条件。

与此同时,考虑到配网的建设成本大,对于部分有条件的客户建议同步发展增值业务来增加营收,如有条件发展电力宽带运营的客户可以考虑将配网和家宽业务进行融合,即一根光纤同时传输配网业务和FTTH家宽业务,把配网的AMI、xTU等完成互联,降低CAPEX投入;同时家宽的收入回报可以缓解建网投资带来的生产经营压力,带来最大收益比。而不满足发展电力宽带运营条件的客户可以考虑与当地ISP供应商加强合作,在借助ISP公司部署FTTH的同时,租赁ISP公司的光纤接入服务,通过路由器接入基于SFP的ONU,以及OLT的切片服务,获取光纤接入服务;同时路由器本身通过IPSEC及双向NAT,保证安全和隔离;甚至有条件的电力公司可以考虑从ISP共享部分光纤资源,独立建设整网,并考虑选择多家ISP的光纤做好链路的保护,以获得更好的业务体验,并大大降低光纤部署的成本。

当前,基于光纤和无线组网的配电通信网技术是行业的主流技术,而华为基于该技术和行业实践经验打造的配电通信网解决方案已经在中国、印尼、土耳其、西班牙、哥伦比亚、巴拉圭等地广泛应用。未来,华为将继续联合生态伙伴,持续推进配电通信网解决方案在全球的应用实践,助力电力企业构筑面向未来的配电自动化通信底座,实现安全、高效、绿色、创新的转型升级,为全球能源转型及实现碳中和目标铺设一条数字之路。

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