国网内蒙古东部电力有限公司信息通信分公司
摘要：随着经济的高速发展，从古老的煤油灯到如今家家户户灯火通明，电这项信息科技产物已经成为人们生活必不可少的一部分。信息技术的进步，衍生了电力的智能终端、智能电表，实现了信息化的远程自动读表，节省了挨家挨户登门抄表的人力和时间成本。电力终端通信接入网的经济投入成本作为指导电力终端通信接入网建设的重要参考指标之一，对通信接入网建设产生重要的影响与指导意义。
关键词：电力终端；通信；接入网
引言
随着能源互联网的发展，以及电网规模的扩大，电网各业务终端的信息采集与传输需求日渐增长、压力与挑战日趋严重。终端通信接入网作为配电与用电业务终端同电力骨干通信网络的连接手段，是满足上述需求和实现配用电业务终端与系统间的信息交互的必备平台。在电力物联网背景下，接入网的终端应包括所有电压等级电网的监测、计量、控制、调度、管理等数据采集与收发设备。电力终端接入网业务主要包括配网自动化、用电信息采集、精准切负荷控制、综合能源等业务。投资包括终端设备、终端接入网有线网通信线路投资，各类通信装置、无线网基站和公网租用费等。目前，我国已建成的电力终端通信接入网规模远小于已有和预计爆发式增长的通信接入网终端的规模，难以满足电力终端业务的日常信息传输需求，无法支撑电力物联网建设。而电力终端通信接入网的经济投入成本作为指导电力终端通信接入网建设的重要参考指标之一，将对通信接入网建设产生重要的影响与指导意义。
1经济性分析的限定条件
为分析组网模型的经济性，首先要定义经济性的5种限定条件。（1）业务类型。通过对某省2018年各业务的数量分析可知，用电信息采集和配电自动化业务占到了业务总数的95%以上。考虑业务终端规模，本文选取用电信息采集和配电自动化业务作为代表进行分析。（2）统一业务区域分类及测算面积。统一业务区域分类是确定各业务终端规模的前提，而统一测算面积是比较不同通信方式的组网成本的前提。本文中选取A类供电区域（即省会城市中央区域）进行分析，并选取无线专网单基站覆盖面积为测算的单位面积。（3）经济性分析比较的通信方式。中压载波不适合大规模组网，适用场景少，只在无公网、无专网覆盖地区作为中继传输，对投资分析影响很小。本文在经济性分析中仅考虑光纤专网、无线专网和无线公网3种技术类型。（4）经济性分析考虑的场景。考虑到如果部分地区已经开展了通信接入网建设，则此类地区后续建设可共享复用已建成通信资源，如已建配电自动化光纤专网地区，业务终端可以通过光纤就近接入。（5）不同通信方式的经济性测算方式。光纤专网投资包括光缆投资、设备投资，设备即光线路终端和光网络单元，光缆成本按照4万元/km且顶管成本按照0.04万元/m计算，每台OLT综合造价按20万元计算，ONU综合造价按每台0.25万元计算；无线专网投资包括基站投资、通信终端投资和核心网投资（根据基站数量分摊）。
2电力数据采集系统
研究电力终端数据采集无线通信安全，了解电力终端数据采集系统的网络架构、数据采集流程、数据采集方式方法是必备条件。电力数据采集系统主要由智能电表、采集模块、终端采集器、集中器、信息采集系统组成。智能电表作为电力计量单位主要负责用户用电量的计量。采集模块作为智能电表的一个终端硬件采集通讯功能模块，集成在智能电表上面，负责采集智能电表的数据，然后通过电力线的载波或者RS-485通讯接口将采集到的数据传输给采集终端。采集器的位置处于电表和集中器之间，即“电表-采集器-集中器”，承上启下负责双向数据交互，向下通过RS-485或者电力线连接能电表采集电表的数据，向上通过RS-485接口、载波或者短距离无线，将采集到的数据传输给集中器。
集中器作为集中抄表系统中的关键设备，能够通过下行信道自动抄收，存储各种具有载波通信功能的智能仪表、采集终端或采集模块以及各类载波通信终端的电量数据，并能采集外部485表数据，其下行信道可以是低压电力线载波及RS-485串行通信通道。同时，能通过上行信道与主站或手持设备进行数据交换，其上行信道采用公用通讯网，支持GPRS、CDMA等通信方式，并且采用模块化设计，可通过更换通信模块直接改变通信方式。信息采集系统集中化管理由各个集中器采集传输过来的采集信息，对接电力营销系统，为基础的数据提供数据支撑。
3光纤专网覆盖区域分析模型
3.1采用光纤专网的总成本
鉴于光纤专网覆盖区域，配电自动化不需另建光纤线路，考虑到用电信息采集业务可以通过最近的配电终端单元到集中器建设光纤线路进行传输，可以接入已建好的光纤覆盖网络，仅需计算最近的DTU到集中器的光纤线路的成本，由集中器到汇聚点的传输利用配电自动化网络的变电站到总站的传输进行，即用电信息采集终端可以通过最近的10kV线路实现光纤接入，集中器到最近的DTU需要由一段光纤来传输。则对于ABC类区域，假设单点范围下共有X个用电信息采集终端，按最近的DTU到集中器建设光纤距离期望均值Ckm计算，于是平均每根光纤为Ckm，则共需要CXkm，顶管长度为lCXkm，其中顶管占比按l计算。光缆成本按照m1万元/km且顶管成本按照m2万元/m计算。根据经济性分析的限定条件，m1=4，m2=0.04，C=0.5，l=5%。因此，光纤专网覆盖区域，其用电信息采集采用光纤专网所需投入总费用为3X万元。
3.2采用无线专网的总成本
此外，若用电信息采集业务通过无线专网实现通信网络接入，则需单独建设无线专网基站等。计算成本需包括新建无线专网基站投资、终端投资和核心网投资，采用无线专网后，每个基站造价为B万元/台。某省某公司建设指导价嵌入式窄带I型/II型嵌入式窄带集中器通信模块费用单价为f万元/台。因此终端投资为fX万元。该省某地区核心网投资为H万元，计入基站共n个，所以此单基站下核心网综合造价约为H/n万元。根据经济性分析的限定条件，B=85，H=1076，f=0.06，n=112。因此，光纤专网覆盖区域，其用电信息采集采用无线专网所需投入总费用为（94.6+0.06X）万元。
3.32种方式的经济性比较
比较光纤专网覆盖区域。用电信息采集业务的经济性成本，可通过比较P光纤专网和P无线专网确定何种方式经济性最优。通过计算，发现在某省某地区案例中，当用电信息采集终端数量X不大于32时，则光纤专网成本低于无线专网；反之，若用电信息采集终端数量X大于32时，则无线专网成本低于光纤专网。
结束语
本文对电力终端通信接入网的业务分布进行了建模，并给出了配电自动化业务光纤通信距离的测算方法。在此基础上，分析了光纤专网、无线专网以及“光纤专网+无线公网”组合3种方式下的配电自动化和用电信息采集业务的经济成本。本文提出的业务分布建模方法和不同网络覆盖情况下的成本测算方法可为终端通信接入网的经济分析提供指导依据。
参考文献：
[1]杨挺，翟峰，赵英杰，等.泛在电力物联网释义与研究展望[J].电力系统自动化，2019，43（13）：9-20.
[2]孙宏斌，郭庆来，潘昭光.能源互联网：理念、架构与前沿展望[J].电力系统自动化，2015，39（19）：1-8.
[3]程远，李温静，汪晓岩.电力终端通信接入网统一建设模式研究[J].电力信息与通信技术，2014，12（6）：11-15.