无线公网

近年来，量子科技发展的重要性和紧迫性得到空前关注。东阳是“量子之父”潘建伟院士的家乡，金华供电公司积极探索量子科技与新型电力系统的深度融合，在2022年将量子建设列入年度“扛旗争先”重点项目，并将试点选在东阳横店，致力打造集主网、配网、互联网，涵盖运检、营销、调控等各专业的“无线公网+量子”全场景应用量子小镇，不断强化企业科技创新主体地位，持续激发数字化改革动力，创新发展新活力，以数字化牵引新型电力系统建设，推动能源电力稳进提质，赋能增效，最终实现基于量子加密的源网荷储一体化应用。

新形势下配电网正逐步由单纯接受、分配电能给用户的电力网络转变为源网荷储融合互动、与上级电网灵活耦合的电力网络，配电网二次系统随之向调度控制精准化、业务交叉协同化、信息支撑透明化方向发展，亟需打造一张可靠性高、安全性强、接入性好的坚强配电通信网。本报告首先介绍了配网通信技术的现状与业务需求，在此基础上，介绍了新一代配电通信技术，主要聚焦于推进配网光纤网络建设，创新无线公网“多网合一”技术和运营模式，构建以宽带载波、电力无线专网、WAPI通信为核心要素的范在物联通信网，最后对配网通信网络的发展前景进行了展望。

电力关乎国计民生，电力设备广域泛在的特点使得无线通信技术成为承载电力数据传输的最佳选择，而基于230Hz频段深度定制研发的无线专网通信网络在传输可靠性和网络安全性方面均优于无线公网。 电力无线通信传统使用频段是230MHz频段，此频段可使用的无线频率点呈窄带离散分布，频谱利用率低，无法满足智能电网新型业务的传输需求，亟待技术创新。本项目攻克技术壁垒，聚合使用离散的窄带频率资源并优化信令，在该频段创新研制具有5G“低功耗、广覆盖、海量连接”技术特点的电力无线专网，大幅提升了频率资源利用率，解决了电力业务需求。 目前己在浙江嘉兴建成的国内规模最大的无线专网，同时推广到山东、重庆等16个省市，覆盖面积达3379平方公里，在玉门、长庆等油田也得到应用；近3年项目产生的直接经济效益63185.99万元，产生间接经济效益30231万元，提升智能电网工作效率、提升电网安全，社会效益显著。

无线公网通信技术已广泛应用于电网计量自动化、配电自动化、表单信息化等生产经营业务中，现阶段广州供电局共有公网无线通信计量自动化终端约18万台、公网无线通信配电自动化终端约2.6万台。目前广州局各类型业务的公网无线通信接入主要采用支持移动、电信、联通三家运营商的2G/3G/4G网络的公网通信模块，分嵌入式与外置式两种形态，均为单SIM卡模块，同一模块只能接入一家电信运营商的网络。 随着电力业务的发展，在配电和用电领域对通信系统的要求越来越高。就目前的运营商网络建设情况而言，同一区域各家运营商的信号覆盖情况不一，运营商的网络负荷能力不一，而现有电力无线通信模块，通常只能选择一家运营商的网络，不具备多卡功能，该家运营商通信网络改造升级会影响通信模块的正常通信，从而影响了电力业务的通信可靠性。另一方面，电信运营商的网络其主要目标是整体吞吐效率，并没有针对电力业务进行专门优化配置，从而导致某些情况下单家运营商网络的可靠性保障不高。 另外，近年来电网业务对通信系统的可靠性、实时性、安全性、可管可控等要求日益提升，与运营商的语音、视频等互联网业务有较大的区别。因此，近年国内电网公司在构建自身通信能力时，充分考虑其自身的业务要求，开展了电力无线专网的建设。目前广州供电局已建成包括29个基站，接入1800 台各类无线专网终端，包括230MHz无线专网与1800MHz无线专网两种技术体制的南网最大规模无线专网。在部分通信可靠性要求较高的应用场合如配电自动化三遥控制类业务等，为进--'步提升无线专网通信可靠性，还需要利用运营商的网络进行有效的补充。 综上所述，现有的各类传统电力无线通信模块只支持单卡、单网通信，1 个模块只能接入一家运营商网络或者仅支持一种频段无线专网，无线网络的调整或故障，会导致通信中断，严重影响运行可靠性。

本项目完成了“光纤传感器直接感知量与输电线路需监测量之间关系模型的建立”、“基于光纤光栅传感技术的输电线路多种参量监测装置及方案的设计与实现、“基于光纤传感技术的输电线路无源在线监测系统的研制与应用“等三项核心创新工作，研制了拥有自主知识产权的无源监测设备与系统。从根本上解决了架空线路传统监测技术野外长期可靠性差、抗干扰能力弱、信息安全性低的问题，实现了架空线路状态监测领域的技术突破，有力推动了该领域的技术进步，推动了OPGW光缆施工设计和新型监测技术施工作业指导书等行业标准的发展。该成果已申请发明专利2项，获得实用新型专利4项，获得软件著作权1项，公开发明专利1项，发表学术论文9篇，其中EI论文4篇。 该成果实现了输电线路监测与电力通信的巧妙融合，不仅有技术上的突破，而且充分考虑工程建设和技术改造的适用性，保证了所研发的系统具有行业全面推广的价值，显著提升了在线监测研究基础和应用水平。该成果实现了传感在线监测技术的多项突破，具有在行业全面推广的前景。野外传感监测装置无需供电，适宜在野外架空线路在线监测领域推广应用。采用绝缘性好、抗干扰强的光纤作为传感媒介，适合在电力系统的强电磁场环境下应用。与传统监测采用无线公网通道不同，系统充分利用电力特种光缆OPGW作为状态监测通道，不仅满足线路监测的同步覆盖，而且保证了电网运行信息传输的安全性。传输采用波分复用形式，通道占用资源少，便于既有线路改造。

本案例关键技术是利用载波通信加无线公网技术，解决三个问题： 1.利用载波通信加无线公网信号传输无信号区域安装的智能设备数据； 2.实现载波通信主机一机带多台从设备（三遥开关）上线的方案； 3.实现在载波通信主机一机带多台从设备（三遥开关）上线的情形下，满足目前最新的三遥开关硬加密通信机制防护要求。 创新点是本方案为省内首个利用中压载波通信技术实现一机带多台位于无信号区智能终端设备集联上线方案。填补电力智能设备布点必须依赖运营商的基站无线公网信号的缺陷，在最小成本下实现智能设备上线运行。在一机带多台安装在无信号区域的硬加密三遥开关上线的应用中，每台均具备目前三遥开关最高防护要求的硬加密下的所有功能。发挥了国网公司具有最广阔的电力输电线路的优势，是现阶段成本最小的摆脱运营商基站无线信号制约的成功方案，具体普遍适用性。即便在今后有更高级别智能终端设备应用于配电线路上，本方案都能提供不受基站信号掣肘的上线措施，实现“电力线能到之地，即有网络”，适用于全国电网供电企业。

配网自动化是现代智能配电网的基础。随着社会经济的不断发展，配电网自动化系统需要实现的功能越来越多，可靠稳定的通信系统及智能化的装备是其发展的关键。 目前，配网自动化系统主要采用光纤、GPRS、载波等通信方式，各种方式在具备自身优势的同时，也存在不容忽视的问题。光纤架设易受地面线路影响、投资巨大、建设周期长；GPRS无线公网传输时延大、数据易丢失，存在信息安全隐患；载波技术易受干扰、稳定性差、传输距离受限。可见，单一通信系统无法满足多样化功能的要求。 现有的配电系统主要采用“手拉手”组网保护的方案来确保通信系统在故障状态下的可靠运行。然而在实际应用中，存在大量由单PON口连接的ONU以及采用同一根光纤连接的双PON口的ONU，方案实施率仅为30%。一旦发生主线路故障，将无法实现通信数据冗余备份并快速切换至备用线路，严重影响配电自动化系统的实时性和可靠性。因此，有必要将多种通信方式结合优化，保证配网通信网络的安全稳定运行。 鉴于以上原因，本项目针对电力业务需求，设计出有线与无线相结合的双模通信系统，开发了双模ONU设备，并完成现场应用。项目的成功实施，可以大大增强系统的可靠性，为构建高速、可靠、灵活的电力配电通信网提供了通信保障。

智慧城市是以“绿色和高效”为核心的城市高级形态，是解决城市化过程中环境压力大、用能激增、信息孤岛等问题的必由之路。国家住建部先后批准建设三批、290 个智慧城市试点。电网在城市绿色能源利用、高效用能、信息共享等方面对于智慧城市的发展具有重要的支撑作用。 本成果源自国家电网公司总部科技项目，以“源-网-荷”协调互动、信息通信资源共享为重点，开展“源-网-荷”协同电网支撑智慧城市关键技术及应用研究，在清洁能源优化调控、网荷双向互动、数据挖掘分析等方面取得了技术突破，研发了核心装置及系统平台，依托本成果建成了河南鹤壁、山东青岛等智能电网支撑智慧城市示范工程。提出了分布式发电多组网形态优化调度控制方法，发明了不间断微电网并网接口一体化装置和智能离并网逆变器一体化运行系统，实现了分布式电源全局优化与本地协调分层分区控制，促进了智慧城市绿色能源的高效利用。提出了基于需求响应的负荷建模和优化控制方法，制定了面向城市多元用户的能效评估模型，建立了基于用户互动能力的优化用电模式，保障了城市电力供需平衡和经济高效。建立了面向智慧城市的多维数据挖掘模型，提出了基于无线公网的配用电数据监测方法，研发了基于智能电网全景数据流的大数据分析系统，实现了配用电数据的实时采集与分析，提高了电网与智慧城市信息通信资源共享能力。提出了一种智能电网与智慧城市协调发展的方法和技术路线，设计了基于智慧城市业务需求规范化分解的互动化框架，建立电网支撑智慧城市量化评价指标体系，为面向智慧城市的电网协调优化提供了解决方案。 以卢强院士为主任委员的鉴定委员会认为“项目整体达到国际先进水平，其中智能电网与智慧城市协调发展方法和智能电网对智慧城市支撑量化评价体系具有国际领先水平”。项目获得授权发明专利 10 项，授权实用新型专利 4 项、软件著作权 10 项，发表中文核心论文 10 篇。项目在天津、青岛等多个智慧城市推广，近三年内取得经济效益 2.5 亿元。成果得到中国城市科学研究会高度认可，社会效益显著，为国家智慧城市建设提供重要支撑。

随着智能配电网建设的不断深入，配电自动化技术得到了广泛应用，无线公网通信因其建设成本低、组网灵活等优点在广州供电局配电自动化通信系统中占比达88.4%。在目前的配电自动化终端建设和运维过程中，设计、施工和运维人员通常使用手机测试现场信号值以判断安装地点的信号强度，基于此开展自动化终端设计选点、运营商选择及已投运终端通信类缺陷处理工作。然而，不同型号手机信号接收能力不同，信号测试值不完全具备相互参考的价值，且经常出现因现场信号太差手机无法解析信号值的情况;现场人员通常难以同时持有三大运营商通信卡，无法测试各运营商全部制式通信信号;目前常用的通过手机截图或手动抄写记录测试位置和信号值的方式效率低且准确性不高。以上因素极大地制约了信号测试工作效率和准确度，影响自动化终端选点及运营商选择合理性，亟需研制一款操作简便、携带方便的无线信号测试装置，可对移动、联通、电信运营商的2G/3G/4G信号强度进行一键测试并可保存测试数据，同时提供GPS定位及测试数据导出功能，便于后续数据分析。广州白云供电局在自动化终端通信环境诊断、通信状态改善以及专业工具研发方面进行了不懈探索，设计和研制了无线信号测试装置,取得了良好的应用效果。

本项目属于智能配电网技术领域。 本项目以南宁供电局为示范，以供电可靠性提升技术体系研究为基础，围绕基于配用电信息集成的供电可靠性提升技术与应用开展了 5 项关键技术研究：（1）研究基于配用电信息集成的供电可靠性提升体系架构，包括供电可靠性的指标体系和提升措施分析方法；（2）研究支持供电可靠性提升的配电网可观性增强技术，包括配用电信息集成技术，以及配电网设备和系统层实时态势感知方法，基于社交网络数据的用户停电事件分析方法；（3）研究支持供电可靠性提升的配电网可控性增强技术，包括配电网故障自愈提升技术和计及智能柔性开关接入的配电网灵活运行控制技术；（4）研究支持配电网可靠性提升的通信技术，包括适用于城镇和农村配电网的可靠安全通信技术，以及相应的配电通信技术检测验证平台建设；（5）研究供电可靠性提升精细化管理技术，包括基于配用电信息集成的电网一体化辅助规划技术和综合停电计划优化技术。 本项目研究攻克了配用电多源信息集成与共享、基于无线公网通信的配电网故障安全可靠处理等技术难题，提出了西部城市供电可靠性提升针对性措施，解决了西部配电网供电可靠性最后一公里问题。