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一、概述
随着新能源战略部署和实施,电动汽车必将走进千家万户。
与之配套电动汽车充换电设施已率先
开始建设,将逐步形成充电桩、充电站、换电站、配送站等设施相结合电动汽车充换电系统。
采用光载无线技术构建电动汽车充电桩信息化网络,相关研究项目提出和实施,得到了南方电网
等电力行业专家肯定和支持,随着后续项目开展,将逐步构建起基于光载无线技术物联网信息平台
在电动汽车充换电系统应用体系,最终实现智能型电动汽车充换电服务网络。
二、光载无线技术在电动汽车充电桩应用
2.1充电桩简介
充电桩是电动汽车充换电系统中最重要设施,一般固定在路边或停车场内,利用专用充电接口,采用传导方式,为具有车载充电机电动汽车提供交流电能,并具有相应通讯、计费和安全防护功能。
通过投币或购买专用IC卡,为电动汽车充电。
2.2电动汽车充电桩通信网络建设要求
作为电网配用电侧电动汽车充电桩,其结构特殊性决定了自动化通信系统特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。
并且随着城市发展,网络拓扑要求具有灵活性和扩展性结构,因此,电动汽车充电桩通信方式选择应考虑如下问题:
(1)
通信可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强电磁干扰或噪音干扰考验,并保持通信畅通。
(2)建设费用——在满足可靠性前提下,综合考虑建设费用及长期使用和维护费用。
(3)
双向通信——不仅能实现信息量上传,还要实现控制量下达。
(4)
多业务数据传输速率——随着以后终端业务量不断增长,主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务数据传输速率要求越来越高。
(5)
通信灵活性和可扩展性——由于充电桩具有控制点面多、面广和分散特点,要求采用标准通信协议,随着“ALL
IP”网络技术趋势发展以及电力运营业务不断增长,需要考虑基于IP业务承载,同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。
2.3电动汽车充电桩现有通信方式电动汽车充电桩属于配电网侧,其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。
通信是配电网自动化一个重点和难点,区域不同、条件不同,可应用通信方式也不同,具体到电动汽车充电桩,其通信方式主要有有线方式和无线方式:
(1)有线方式
有线方式主要有:
有线以太网(RJ45线、光纤)、工业串行总线(RS485、RS232、CAN总线)。
有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大,缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。
工业串行总线(RS485、RS232、CAN总线)优点是数据传输可靠、设计简单,缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。
(2)无线方式
无线方式主要采用移动运营商移动数据接入业务,如:
GRPS、EVDO、CDMA等。
采用移动运营商移动数据业务需要将电动汽车充电桩这一电网内部设备接入移动运营商移动数据网络,需要支付昂贵月租和年费,随着充电桩数量增加费用将越来越大;
同时数据安全性和网络可靠性都受到移动运营商限制,不利于设备安全运行;
其次,移动运营商移动接入带宽属共享带宽,当局部区域有大量设备接入时,其接入可靠性和每个用户平均带宽会恶化,不利于充电桩群密集接入、大数据量数据传输。
2.4光载无线通信技术
随着光缆成本不断下降,“光进铜退”已经成为整个有线通信发展趋势,光纤通信在配电网通信建设中已被广泛采用,光纤通信以其独有优势已成为电力通信网络建设主流选择。
目前国内电力系统已经完成敷设了覆盖全国光纤网络,即通常所说:
“三纵四横”主干传输网络。
随着电力通信建设不断推进,光缆线路正逐步延伸至110
KV以下通信网络,在经济较为发达地区,甚至延伸到了6KV左右变电站。
随着智能电网建设逐步深入,配用电以及输电线路综合监测等应用需要电力通信实现更大范围以及更灵活接入。
尤其是应对自然灾害等突发事件时,亟需对分布点多面广,且大部分暴露在室外,易受设备老化天气及人为破坏等因素而引起故障配用电设备进行实时监测。
考虑到无源光网络(PON)在配用电通信系统中应用已经成为趋势,如何充分利用现有光纤资源,满足配用电侧应用以及实现设备实时监测成为亟待解决课题。
近年来,光载无线(ROF)技术被认为是实现低成本高速无线通信有效解决方案,其通过光纤链路在中心控制局和远端天线单元之间实现无线射频(RF)信号分发。
在简化远端天线单元同时,在中心局实现功能集中化、器件设备共享以及频谱带宽资源动态分配,大幅度降低系统传输成本并提高系统传输性能、频谱效率、覆盖区域和灵活性,实现宽带无线接入与光传输技术融合。
完全满足电动汽车充电桩等配电网侧通信要求。
2.5飞瑞敖光载无线通信技术
广州飞瑞敖电子科技有限公司拥有光载无线传输与交换核心技术,研究开发光载无线信号分布式系统及其核心设备——光载无线交换机,弥补了业内技术空白,满足物联网各环节不同通信需求,提供WiFi射频信号大范围光纤分布,通过无线传感器网络感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象信息,实现大覆盖区域终端设备实时监测、复杂环境下监测数据动态灵活接入与调控。
光载无线系统主要由光载无线交换机、光纤线路、远端节点构成,其中光载无线交换机为光载无线系统核心设备,也是本项目核心设备。
光载无线交换机由5
个部分构成,分别是:
多用途信号处理器、通信模块组、射频信号交换单元、模拟光端机光电模块及系统软件,主要实现与外部以太网和通信接口、提供终端设备接入连接、实现射频信号路由交换、实现电光/光电转换及子载波复用、以及整个网络管理。
远端节点由光电、电光转换模块和RF双向放大器组成,结构非常简单。
通过上述分析,可以认为:
安装/维护方便、价格合理、通信量大、覆盖范围广已成为智能配电网通讯系统和电动汽车充电桩通信网络发展方向。
在此,飞瑞敖提出电动汽车充电桩光载无线通信技术解决方案。
相比于现有电动汽车充电桩通信方式,具有如下优势:
射频信号覆盖范围大;
(2)
射频信号源集中于交换机中,实现统一控制和管理,系统安全性和可靠性高;
网络容量大,无线网络采用WiFi
802.11b/g标准,网络带宽高达54Mbps;
(4)设备安装、维护方便,扩展容易、价格合理;
(5)核心设备光载无线交换机还具有容量重构功能,在不改变现有硬件设备情况下,实现局部区域通信容量增加;
(6)
基于光载无线交换机构建电动汽车充电桩通信网络平台,属于电网公司自建内部网络,完全置于电网公司管理和控制之下,便于开展综合业务和功能扩展,如提供停车场车辆管理、客户无线接入等其他增值业务;
(7)
光载无线交换机中内置WiFi接入点(AP),采用标准IP网络协议,能够与变电站、配电站等网络通信设备无缝连接,符合未来全IP通信网络发展趋势。
2.6电动汽车充电桩通信与网络系统整体解决方案
电动汽车充换电系统是一个庞大电力网络资源,其通信系统特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。
随着城市充换电设施持续建设,其网络拓扑要求具有灵活性和扩展性结构。
对此,在当前主流WiFi无线接入技术基础上,融合光载无线网络及其不同拓扑结构下传输技术、WiFi无线接入技术、射频交换与重构技术、无线传感技术,实现WiFi射频信号和2G/3G/4G等无线信号大范围分布,同时实现多个接入点射频交换、分配和功率控制,从而建立起基于光载无线技术电动汽车充电桩通信与网络系统,并在此基础上开发相关应用。
进一步结合国家智能电网建设对电力通信需求和电动汽车充电桩实际应用,建立电动汽车充电桩信息化管理平台,实现电动汽车充电桩数据采集、设备监控、环境监测及其它增值服务,形成电动汽车充电桩通信与网络系统整体解决方案。
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