衛(wèi)星通信在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

周寧寧

（黑龍江大學(xué)通信工程系，黑龍江 哈爾濱 150080）

經(jīng)驗(yàn)交流

衛(wèi)星通信在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

周寧寧

（黑龍江大學(xué)通信工程系，黑龍江 哈爾濱 150080）

隨著“智能電網(wǎng)”的提出和現(xiàn)代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)的發(fā)展與通信組網(wǎng)之間有著密切的關(guān)聯(lián)。以衛(wèi)星通信系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用為例介紹了智能電網(wǎng)的有關(guān)概念和發(fā)展現(xiàn)狀，提出了需解決的電力通信網(wǎng)主要支撐問(wèn)題；給出了電力衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成；研究了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。

智能電網(wǎng)；衛(wèi)星通信；業(yè)務(wù)需要；應(yīng)用分析

通信技術(shù)經(jīng)歷了從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)，從固定通信到移動(dòng)通信，從有線到無(wú)線，從載波通信、微波通信到光纖通信、衛(wèi)星通信的快速發(fā)展歷程［1］?，F(xiàn)代通信技術(shù)是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，是多種技術(shù)的融合。隨著“智能電網(wǎng)”的提出，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)通信的需求逐步增加，形成以信息通信平臺(tái)為支撐，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的智能電網(wǎng)。事實(shí)上，國(guó)家電網(wǎng)早已開(kāi)始組建通信網(wǎng)，早期的通信網(wǎng)只用于信息采集。但由于國(guó)家電網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了集中器無(wú)法準(zhǔn)確無(wú)誤地采集信息，阻礙了電網(wǎng)與通信的結(jié)合。

智能電網(wǎng)，就是將現(xiàn)代迅猛發(fā)展的信息通信和控制技術(shù)與傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。它需要解決以下問(wèn)題：該智能電網(wǎng)能否利用可再生能源接入傳統(tǒng)電網(wǎng)，提高能源的利用率；能否實(shí)現(xiàn)與用戶的實(shí)時(shí)交互，滿足用戶與日俱增且多樣化的電力需求；在電網(wǎng)發(fā)生較大波動(dòng)和故障時(shí)，能否持續(xù)對(duì)用戶進(jìn)行供電及在惡劣氣候條件下或外力破壞下能否保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行等［2］。應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，必須依靠組建一張強(qiáng)有力、靈活而又穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求

電網(wǎng)在組建、運(yùn)行和發(fā)展復(fù)雜的通信網(wǎng)時(shí)需要技術(shù)支撐，包括不同的傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及通信技術(shù)［3］。通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的重要基礎(chǔ)，主要包括信息和通信。信息技術(shù)側(cè)重于信息的編碼和解碼，是有關(guān)信息的收集、提取、存儲(chǔ)、傳遞、處理、分析和利用等。通信技術(shù)是側(cè)重于信息傳播的傳送技術(shù)，主要包含網(wǎng)絡(luò)交換、移動(dòng)通信、無(wú)線通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等。

為將電網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)全球化，需要在各個(gè)領(lǐng)域考慮組網(wǎng)的問(wèn)題及安全運(yùn)行，智能電網(wǎng)電力流與信息流如圖1所示。在將可再生能源接入電網(wǎng)，實(shí)際上存在極大困難，要求電網(wǎng)具有分析調(diào)度功能，即電網(wǎng)可以依據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行能源管理，也可依據(jù)變化進(jìn)行資源管理，這里所說(shuō)的調(diào)度是指電網(wǎng)在通信網(wǎng)絡(luò)中的部署和管理［4］。在節(jié)約能源方面，通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)統(tǒng)計(jì)各點(diǎn)用電信息及其變化量，實(shí)現(xiàn)合理分配。在電網(wǎng)安全和可靠性方面，通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)采集用電信息，可分析故障點(diǎn)的位置，并迅速自愈。

圖1 智能電網(wǎng)電力流與信息流

2 衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星通信技術(shù)是地球上（包括地面和低層大氣中）的無(wú)線電通信站間利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波進(jìn)行通信。衛(wèi)星通信由衛(wèi)星和地球站2部分組成，衛(wèi)星電波覆蓋范圍內(nèi)的任何2點(diǎn)只需開(kāi)通地球站電路即可進(jìn)行通信，且電路配置靈活快捷，同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間，能夠經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)廣播、多址通信、多處接收。因此，相比于地面通信網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大、獨(dú)立性強(qiáng)、可靠性高、組網(wǎng)靈活、受陸地災(zāi)害影響較小等優(yōu)點(diǎn)。

衛(wèi)星通信其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了電網(wǎng)在突發(fā)事件的缺陷，因此衛(wèi)星通信在電網(wǎng)中迅速發(fā)展。衛(wèi)星通信中的各個(gè)站點(diǎn)根據(jù)業(yè)務(wù)需求相互間組成星狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信，具有極高的靈活性，極大地滿足了電網(wǎng)在應(yīng)急需求機(jī)動(dòng)性的空間［5］。當(dāng)出現(xiàn)地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、洪水、人為破壞等自然或人為的突發(fā)性緊急情況時(shí)，原有變電站通信設(shè)施已出現(xiàn)故障甚至癱瘓的情況，衛(wèi)星通信可以在原正常通信系統(tǒng)癱瘓情況下第一時(shí)間恢復(fù)通信。

3 衛(wèi)星通信在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

電力衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個(gè)具有多樣性、功能上互補(bǔ)、業(yè)務(wù)上綜合、性能較優(yōu)良的通信平臺(tái)。該系統(tǒng)由指揮中心、固定衛(wèi)通站、衛(wèi)星通信車(chē)、單兵電臺(tái)和無(wú)人機(jī)組成，如圖2所示，為電力的搶修和維護(hù)提供著強(qiáng)大支撐。衛(wèi)星通信系統(tǒng)需定期檢查、維護(hù)和調(diào)試，具體包括衛(wèi)星便攜站、通信車(chē)的運(yùn)維調(diào)試等，確保衛(wèi)星通信能夠?qū)﹄娋W(wǎng)實(shí)時(shí)保護(hù)。

當(dāng)衛(wèi)星通信的車(chē)載移動(dòng)站處于自然災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可立即對(duì)災(zāi)害情況進(jìn)行第一時(shí)間定位，將接地裝置進(jìn)行安裝固定并輸入發(fā)電機(jī)、設(shè)置電力通信設(shè)備的參數(shù)、開(kāi)通衛(wèi)星的通信線路等多項(xiàng)工作，完成中心站的衛(wèi)星通信鏈路建立和保持，衛(wèi)星使用動(dòng)態(tài)功率、帶寬管理等多項(xiàng)技術(shù)，根據(jù)天氣的變化自動(dòng)調(diào)整衛(wèi)星上的功率分配，衛(wèi)星鏈路的調(diào)制和糾錯(cuò)編碼方式能自適應(yīng)地調(diào)整，以保證特殊天氣狀況通信鏈路的暢通。讓電網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)通信站之間完成持續(xù)通信，完成傳送音頻、視頻、語(yǔ)音等任務(wù)。

圖2 電力衛(wèi)星通信系統(tǒng)

智能電網(wǎng)中衛(wèi)星通信系統(tǒng)的作用包括4個(gè)方面。

a.衛(wèi)星通信受外部環(huán)境的影響較小，覆蓋面積廣、不易受地質(zhì)災(zāi)害、部署機(jī)動(dòng)靈活、通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適合于應(yīng)急、救援通信。

b.衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)實(shí)現(xiàn)任意2點(diǎn)間通信，且實(shí)現(xiàn)車(chē)載、船載等各種裝載平臺(tái)的快速部署，自身保障能力強(qiáng)?？梢詫?shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)傳輸，滿足視頻采集、信息發(fā)布及指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)等各環(huán)節(jié)需求。在各種惡劣環(huán)境下能高效運(yùn)行工作，通信信號(hào)質(zhì)量得到保證。

c.衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)了通信保障、指揮調(diào)度，圖像采集傳輸?shù)裙δ埽诰o急突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)保障通信指揮任務(wù)；突發(fā)事件的應(yīng)急處理、重大活動(dòng)的通信保障、施工現(xiàn)場(chǎng)的通信支持；實(shí)現(xiàn)單向視頻、雙向語(yǔ)音傳輸；滿足車(chē)輛無(wú)論在行駛中還是到達(dá)應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的任何時(shí)刻保持與后方指揮中心的通信暢通；衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)，通信車(chē)隨時(shí)隨地都可以與前方、后方建立視頻會(huì)議，便于即時(shí)指揮；指揮人員隨時(shí)掌握動(dòng)態(tài)車(chē)輛位置和搶險(xiǎn)人員分布情況。

d.電力通信通過(guò)衛(wèi)星通信能夠保證電力通信的正常運(yùn)行，為救災(zāi)指揮人員提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和信息，決策更具可靠性，用戶可得到快速救援，也為用戶的用電提供便利。

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)不斷地發(fā)展，衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，雖然衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在傳輸時(shí)延長(zhǎng)、高緯度地區(qū)難以應(yīng)用、效果差、太空輻射等缺點(diǎn)，但隨著衛(wèi)星通信的IP化，衛(wèi)星通信終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)式接入方式進(jìn)行靈活應(yīng)用，未來(lái)如何獲得更高頻段頻譜的利用率及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)的小型化、智能化、經(jīng)濟(jì)化將成為衛(wèi)星通信技術(shù)的前進(jìn)方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)的發(fā)展要適應(yīng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、信息通信的范圍大幅擴(kuò)張、信息通信內(nèi)容的飛速增長(zhǎng)［6］，對(duì)信息通信的安全性、實(shí)時(shí)性、可靠性要求提出更高要求，這迫切需要電網(wǎng)在通信技術(shù)領(lǐng)域有進(jìn)一步創(chuàng)新和突破，不僅是通信網(wǎng)組建，更是信息通信的全面施行。本文在智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求必要性分析的基礎(chǔ)上，給出了電力衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要框架和結(jié)構(gòu)，概述了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合電力應(yīng)急通信的要求，對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

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圖3 系統(tǒng)主菜單

4 結(jié)束語(yǔ)

蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可將采集到的實(shí)時(shí)電壓、充放電電流、內(nèi)阻、溫度、蓄電池容量、健康等級(jí)及各告警量等信息傳輸?shù)皆O(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)大廳PMS系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊，建立統(tǒng)一的變電站蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)框架，可統(tǒng)籌考慮現(xiàn)有變電站蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)、科學(xué)布點(diǎn)、逐步應(yīng)用、分階段穩(wěn)步推進(jìn)系統(tǒng)建設(shè)，降低遼寧省現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)裝置接入工作量，有效保護(hù)已有投資的效益。

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作者簡(jiǎn)介：

包 蕊（1981—），女，碩士，高級(jí)工程師，從事二次設(shè)備研究。

（收稿日期 2016－06－25）

Application and Analysis on Satellite Communication in Smart Grid

ZHOU Ning?ning
（Heilongjiang University Communication Engineering Department，Harbin，Heilongjiang 150080，China）

According to the development of smart grid and modern communication technique，the relationship between grid and com?munication network is more closer，especially the application of satellite.Not only the concepts of smart grid and communication sys?tem，but also the multiple needs of the satellite services are considered.This paper reveals the new characteristic and motivation of sat?ellite communication.It also researches the key breakthrough point of the development.

Smart grid；Satellite communication；Requirement of services；Application analysis

TM76；TM73

A

1004－7913（2016）09－0032－03

周寧寧（1994—），女，主要從事通信工程技術(shù)研究。

2016－06－26）