一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的配、用電網(wǎng)通信解決方案

摘 要：智能化是世界電網(wǎng)的發(fā)展方向，其最大的特點是實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的互動。本文通過研究各類無線通信方式，提出一種基于混合無線技術(shù)組網(wǎng)的電力系統(tǒng)配、用電網(wǎng)通信解決方案，實現(xiàn)電力主網(wǎng)與配、用電網(wǎng)的互聯(lián)互通，為配網(wǎng)自動化、用電信息采集等電網(wǎng)重要實時業(yè)務(wù)提供堅強的通信保障，為智能電網(wǎng)更深層次應(yīng)用提供更為廣闊的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：通信；無線；配電；用電

中圖分類號：TM76

智能電網(wǎng)是世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢，我國提出的發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化、數(shù)字化為主要特征的堅強智能電網(wǎng)，互動化則成為我國智能電網(wǎng)發(fā)展的核心，以鼓勵用戶參與到電網(wǎng)的管理中來[1]。

實現(xiàn)電網(wǎng)“互動化”需要一個統(tǒng)一的電力系統(tǒng)配、用電通信網(wǎng)絡(luò)平臺，這一平臺是實現(xiàn)配網(wǎng)自動化、用電信息采集和雙向營銷互動的重要基礎(chǔ)設(shè)施[2]，是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要技術(shù)保證。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一些能夠應(yīng)用于電力系統(tǒng)配、用電網(wǎng)的通信技術(shù)。其中，無線通信因其投資少、建設(shè)快的特點成為解決配、用電網(wǎng)通信問題的主要技術(shù)手段。

1 我國配、用電通信網(wǎng)絡(luò)概況

盡管經(jīng)過“十一五”和“十二五”近10年的發(fā)展，我國電力系統(tǒng)配、用電通信網(wǎng)（即中低壓通信網(wǎng)）總體來說仍比較薄弱[3]。

目前，我國配電站點的信息主要采用光纖通信和無線通信兩種方式。其中光纖通信方式利用電力光纖傳輸專網(wǎng)；無線通信則主要利用公網(wǎng)運營商提供的GPRS（General Packet Radio Service）/CDMA（Code Division Multiple Access）等無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)[4，5]。用電站點的信息分為用戶用電信息和營銷站點信息，其中，用電信息的本地通信主要使用PLC（Power Line Carrier）及RS485方式，遠程通信則以GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)為主，部分地區(qū)還使用230MHz電力無線專網(wǎng)；營銷站點的信息主要利用光纖通信方式，一部分利用電力光纖傳輸專網(wǎng)，一部分利用公網(wǎng)2M或ADSL通道，從電網(wǎng)的35kV或110kV變電站接入電力骨干通信網(wǎng)[6-8]。

總體來說，我國配、用電網(wǎng)規(guī)模龐大，基本沒有通信獨立成網(wǎng)，且各地網(wǎng)絡(luò)發(fā)展極不平衡，35kV及以下站點通信覆蓋率非常低，組網(wǎng)建設(shè)也是形式多樣，電路容量極度瓶頸，且智能化程度低，不適合傳輸智能電網(wǎng)中穩(wěn)定性要求較高的控制信息和實時性要求較高的互動化信息。因此，針對我國中低壓電力通信網(wǎng)相對薄弱的現(xiàn)狀，急需一種統(tǒng)一的技術(shù)解決方案。

2 無線通信技術(shù)

根據(jù)我國配、用電網(wǎng)實際應(yīng)用場景，各類智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)終端到業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站的距離通常較遠（從一到數(shù)百公里范圍）。考慮到電網(wǎng)規(guī)模大、覆蓋面廣的特點，無線通信技術(shù)因其建設(shè)速度快、成本低和運維便利等特點成為解決配、用電通信問題的一種重要技術(shù)方案。下面將對幾種先進、成熟的無線通信技術(shù)進行研究。

2.1 無線公網(wǎng)

電力系統(tǒng)的配、用電無線公網(wǎng)通信是指電力用戶終端通過無線通信模塊接入到無線公網(wǎng)，再經(jīng)由現(xiàn)有的電力專用光纖網(wǎng)絡(luò)接入到業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站的應(yīng)用服務(wù)。目前，無線公網(wǎng)的幾種主要通信技術(shù)及其特點如下表1所示。

表1 無線公網(wǎng)通信技術(shù)及其特點

除了上表中的主流無線公網(wǎng)通信技術(shù)外，還有一些技術(shù)體制不太成熟，或標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一的無線技術(shù)?？傮w來說，CDMA的公網(wǎng)覆蓋率較小，3G/4G更適合移動環(huán)境下的通信，WiMAX的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一，產(chǎn)品兼容性欠佳。這使得上述技術(shù)不完全適用于規(guī)模大、穩(wěn)定性要求高的電力配、用電網(wǎng)通信。而GPRS因其覆蓋面大、技術(shù)成熟和建設(shè)成本低等特點，成為無線公網(wǎng)解決電力配、用電通信問題的首選。

2.2 230MHz無線專網(wǎng)

230MHz無線專網(wǎng)是基于國家無線電管理委員會分配的專用頻段，用于電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。230MHz無線專網(wǎng)的主要特點如下表2所示：

表2 230MHz無線專網(wǎng)主要特點

3 一種混合無線通信技術(shù)解決方案

以配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)為例，給出一種基于多種無線通信技術(shù)的配、用電通信解決方案。

3.1 配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站遠程通信接口

通信網(wǎng)絡(luò)是連接業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站和終端設(shè)備間信息交互的承載網(wǎng)?；跓o線技術(shù)的遠程通信網(wǎng)絡(luò)的主要有無線公網(wǎng)通信和230MHz電力無線專網(wǎng)通信。

其中，無線公網(wǎng)通信接口通過防火墻連接公網(wǎng)，與業(yè)務(wù)終端建立連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信?；跓o線公網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站遠程通信接口示意如下圖1所示：

圖1 基于無線公網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)遠程通信接口

而230MHz無線專網(wǎng)通信接口通過RS232連接230無線設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。基于230MHz電力無線專網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站遠程通信接口示意如下圖2所示：

圖2 基于230MHz電力無線專網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)遠程通信接口

3.2 配、用電遠程無線通信網(wǎng)絡(luò)

遠程通信網(wǎng)絡(luò)是主站業(yè)務(wù)系統(tǒng)和終端間的實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺谰W(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)前文的研究分析，適用于配、用電網(wǎng)遠程通信的無線技術(shù)主要有GPRS / CDMA / 3G4G / WiMAX等公網(wǎng)和230MHz無線專網(wǎng)技術(shù)，其中，公網(wǎng)無線通信推薦采用GPRS。

基于無線公網(wǎng)的配、用電數(shù)據(jù)通信是租用運營商提供的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。主站系統(tǒng)通過電力專網(wǎng)接入到GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，用戶終端設(shè)備通過GPRS的通信模塊與主站系統(tǒng)連接?；跓o線公網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)示意如下圖3所示：

圖3 基于無線公網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)圖

230MHz電力無線專網(wǎng)目前常用的頻段有15對雙工頻點和10個半雙工頻點。230MHz的無線組網(wǎng)主站電臺與終端電臺須使用同一對頻點，屬于點對點的通信系統(tǒng)。同一頻點下的每個終端都可以接收到主站的無線信號，所以同一個頻點下的每個用戶終端都需要獨立的身份編號，以便終端識別?；?30MHz無線專網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)示意如下圖4所示：

圖4 基于230MHz專網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)圖

從圖4可以看出，基于230MHz無線專網(wǎng)組成配、用電通信網(wǎng)時，主站應(yīng)至少采用雙電臺熱備運行，保證組網(wǎng)的可靠性；如果主站與終端間距離過長，可以使用上圖中的無線中繼，或者利用現(xiàn)有的光纖或微波系統(tǒng)作為中繼，每個中繼站為保證可靠性，建議設(shè)置雙電臺；整個230MHz無線專網(wǎng)的頻點統(tǒng)一由主站系統(tǒng)進行管理。

3.3 配、用電本地?zé)o線通信網(wǎng)絡(luò)

本地信道用于中低壓業(yè)務(wù)終端到用戶的通信連接?？紤]到用戶基數(shù)大，配、用電網(wǎng)本地通信的成本不能太高。

無線信道在配、用電網(wǎng)通信中應(yīng)用的比較少，因為低成本、低功耗的無線通信易受障礙物阻擋；而大功率、遠距離傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)雖然可以解決上述問題，但又面臨頻率資源限制，因此傳統(tǒng)的點對點無線通信技術(shù)不適合大規(guī)模用戶側(cè)通信組網(wǎng)。

目前，有一種無線通信技術(shù)——WSN（Wireless Sensor Networks無線傳感器網(wǎng)絡(luò)），它是一系列微功率無線通信技術(shù)的通稱。WSN能夠在低功耗、低成本的前提下，解決采集點多、范圍分散場合下的配、用電網(wǎng)智能應(yīng)用。但總的來說，無線通信在環(huán)境復(fù)雜的各類用戶本地，極易遭遇信道盲區(qū)。

因此，本文對于中低壓電網(wǎng)本地?zé)o線通信技術(shù)未做詳細研究。同時，筆者建議在本地通信方式選擇中，宜根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)條件，選取最適合應(yīng)用現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸方式組建本地通信網(wǎng)。

4 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)我國“智能電網(wǎng)”的發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合中低壓電力通信網(wǎng)絡(luò)實際情況，本文對配、用電通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)展開研究，提出了一種基于無線通信的配、用電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案，利用GPRS無線公網(wǎng)和230MHz電力無線專網(wǎng)實現(xiàn)配、用電智能交互與應(yīng)用。

近年來，全球通信高速發(fā)展，先進技術(shù)層出不窮，我國電力系統(tǒng)配、用電通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)并不應(yīng)拘泥于某種技術(shù)，而是需要取眾家之長，組建符合我國智能電網(wǎng)需求和實際應(yīng)用環(huán)境的可靠通信網(wǎng)。筆者建議，面對我國中低壓通信接入網(wǎng)絡(luò)資源嚴重匱乏，建設(shè)投入嚴重不足的情況，應(yīng)該首先優(yōu)化現(xiàn)有通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，對通信資源進行整合利用；在此基礎(chǔ)上，再建設(shè)以電力光纖專網(wǎng)和無線公網(wǎng)為主，PLC、230MHz無線專網(wǎng)等其他通信技術(shù)為補充的智能配、用電綜合通信網(wǎng)。

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作者簡介：周正（1980-），男，湖北武漢人，高級工程師，從事電力通信調(diào)控與運維管理工作；詹鵬（1982-），男，湖北武漢人，工程師，從事電力通信調(diào)控與網(wǎng)絡(luò)管理工作；馮偉東（1982-），男，湖北武漢人，工程師，從事電力信息通信工程建設(shè)與項目管理工作；孫松（1959-），男，湖北武漢人，高級工程師，從事電力信息通信調(diào)控與運維管理工作。

作者單位：國網(wǎng)湖北省電力公司信息通信公司，武漢 430077