淺析電力無線專網(wǎng)在電網(wǎng)調(diào)度的應用

張青仁 馬梟輝

摘要：近年來，隨著人們對能源需求的增加，大量存在資源枯竭、環(huán)境污染、能源分布不均的問題，發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)應運而生，但是能源互聯(lián)網(wǎng)必須依托于性能良好的智能電網(wǎng)，智能電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的資源配置平臺。因此為了支撐智能電網(wǎng)的多業(yè)務和高通信質(zhì)量需求，以及克服光纖通信和無線公網(wǎng)通信方式的缺點，開展電力無線專網(wǎng)規(guī)劃研宄顯得尤為重要。但是，當前電力無線專網(wǎng)尚缺乏合適的無線專網(wǎng)規(guī)劃工具，導致基站布點和終端部署不恰當、不合理，最終使得整個無線專網(wǎng)網(wǎng)絡存在覆蓋性能不佳、在線率不高、通信質(zhì)量低下等諸多問題。本文主要研宄了電力無線專網(wǎng)規(guī)劃核心問題一基站部署規(guī)劃方案，提出了一種基于實際測量數(shù)據(jù)修正的基站規(guī)劃策略，該策略運用貪心算法可在較短的時間內(nèi)計算出近似最優(yōu)的基站部署方式，并形象地將基站部署位置和覆蓋情況展示在地圖上。該基站部署方案以最少的經(jīng)濟成本最大程度地擴大覆蓋面積和提高通信質(zhì)量，并且可以運用于任何需要建設電力無線專網(wǎng)的城市進行基站規(guī)劃。

關鍵詞：電力無線專網(wǎng)；電網(wǎng)調(diào)度；應用

引言

隨著無線通信技術的不斷進步，新一代無線帶寬通信技術無論在帶寬速率還是誤碼率方面都有了極大的提高，且具有成本造價低廉、設備靈活性高、施工周期短等特點。相比有線光纖連接，新一代無線通信技術能有效地避免因光纖老化從而導致連接上的失效，出現(xiàn)問題時也能可以通過節(jié)點的自組織和自配置功能迅速搭建成有效的通信網(wǎng)絡。因此，利用先進的無線通信技術建設電力無線專網(wǎng)成為當前智能電網(wǎng)電力通信研究的熱點。在智能電網(wǎng)的發(fā)展中引入先進的無線通信技術，建立基于無線傳感網(wǎng)絡和智能電網(wǎng)結(jié)合的電力設備/線路/塔桿等智能監(jiān)控防護、實時動態(tài)智能計量、電網(wǎng)與用戶智能交互系統(tǒng)等，對于提高高壓輸電線效率、保障線路和桿塔安全以及在提高電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用等環(huán)節(jié)的智能化程度、保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和安全性、降低損耗等各方面均具有極其重要的意義，同時無線技術在保障安全前提下可以降低電力傳輸?shù)脑O計裕度，在建設中可以充分利用電網(wǎng)現(xiàn)有主網(wǎng)通信網(wǎng)、自有物業(yè)樓面、通信機房等資源，可節(jié)省大量成本，帶來巨大的經(jīng)濟效

益。

1電力業(yè)務需求及無線通信技術分析

1.1輸電業(yè)務需求分析

輸電業(yè)務是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)負荷中心與電源中心電能傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。然而由于輸電線路基本暴露在外，容易受到環(huán)境和人為因素的影響，因此對輸電線路進行狀態(tài)監(jiān)測對智能輸電的實現(xiàn)意義重大。

1.2變電業(yè)務需求分析

變電是對經(jīng)過遠距離傳輸?shù)母唠妷哼M行降壓處理，以達到最終被電力設備使用的必需過程。變電的通信業(yè)務包括對變電站設備監(jiān)視的信息運行類業(yè)務、對變電站設備控制的運行控制類業(yè)務，以及高級量測類業(yè)務三大類。具體來講，主要包含設備運行狀態(tài)檢測、故障錄波、分布式電源監(jiān)控、繼電保護、調(diào)度電話、電量采集、負荷需求管理等業(yè)務。

1.3配電業(yè)務需求分析

配電是電力系統(tǒng)中經(jīng)變電降壓處理后向用戶分配電能的重要環(huán)節(jié)。配電設備大多運行在戶外，因此，配電通信系統(tǒng)在覆蓋全部配電自動化終端的基礎上，應充分考慮并滿足配變監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、配電監(jiān)控運行等業(yè)務的高可靠性需求。其中，配變監(jiān)測業(yè)務主要實現(xiàn)柱上開關、柱上變壓器、開關站等設備信息的采集；電能質(zhì)量監(jiān)測業(yè)務主要是對10KV線路中三相電壓和電流波形信息的監(jiān)測；配電監(jiān)控運行業(yè)務則是對開閉站等重要配電設備的運行進行監(jiān)控。未來智能電網(wǎng)的配網(wǎng)自動化業(yè)務包括高級配電運行、高級量測體系、高級資產(chǎn)管理等組成部分，其業(yè)務主要目的為通過配網(wǎng)運行監(jiān)測的過程達到自動控制和保護配電設施。

2無線專網(wǎng)通信承載的業(yè)務需求分析

2.1配電自動化保障業(yè)務需求分析

2.1.1配電自動化及配變監(jiān)測

配電自動化業(yè)務將現(xiàn)代計算機技術、通信網(wǎng)絡技術、自動化控制技術集于一體，對配電環(huán)節(jié)的設備進行遠方實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制，是改進供電質(zhì)量、提高供電可靠性、擴大供電能力、實現(xiàn)電網(wǎng)高效經(jīng)濟運行的重要手段。配電自動化需要可靠的通信手段，在城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村地區(qū)等大量信息點光纜布放不到位的地方，無線專網(wǎng)的建設和擴容工程難度低于光纜，在需要快速提高覆蓋率的地方，采用無線專網(wǎng)可以縮短工程周期。根據(jù)能源局2015-2020年配電網(wǎng)建設改造行動計劃，對配電自動化建設的目標是：“根據(jù)可靠性需求、網(wǎng)架結(jié)構與設備狀況合理選擇故障處理模式、終端配置及通信方式。中心城市（區(qū)）及城鎮(zhèn)地區(qū)推廣集中式饋線自動化方式，在網(wǎng)絡關鍵性節(jié)點采用“三遙”終端，在分支線和一般性節(jié)點采用“二遙”終端，合理選用光纖、無線通信方式，提高電網(wǎng)運行控制水平；鄉(xiāng)村地區(qū)推廣以故障指示器為主的簡易配電自動化，合理選用無線、載波通信方式，提高故障定位能力。

2.2.1用電信息采集業(yè)務需求分析

對采用無線公網(wǎng)采集的采集終端，將目前的“2G”GPRS通信方式升級為“4G”LTE無線專網(wǎng)通信方式；對目前已建的采集系統(tǒng)進行優(yōu)化，升級現(xiàn)有的II型集中器，設備下行通過485線連接電表，實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)采集，設備上行，通過“4G”網(wǎng)絡或光纖通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸。系統(tǒng)建成后，數(shù)據(jù)采集高速、穩(wěn)定，實現(xiàn)供、購、售電環(huán)節(jié)的電能信息實時采集，達到準確實時抄表的要求，提高遠程費控效率，降低電費欠費風險；通過用電監(jiān)測，實時提供異常用電、電能質(zhì)量、線損分析等統(tǒng)計分析，實現(xiàn)故障及時搶修、信息實時互通、管控精確到位。終端（傳感器、采集裝置、移動設備等）所采集的數(shù)據(jù)可通過無線專網(wǎng)傳送至市公司或省公司后臺應用服務器。以變電站為斷面，每變電站用采終端需求大約2000個，為支持數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓潭ńK端，安全要求低，質(zhì)量要求低（數(shù)據(jù)傳輸不允許誤差，時延要求<60s）。

2.2.2多媒體調(diào)度及移動巡檢需求分析

多媒體調(diào)度集語音、集群、寬帶數(shù)據(jù)、視頻調(diào)度、短信彩信等功能于一體。除了傳統(tǒng)的語音調(diào)度外，還可實現(xiàn)可視化調(diào)度、視頻監(jiān)控調(diào)度、軌跡定位和文字調(diào)度。該業(yè)務系統(tǒng)可將手持終端、單兵、攝像頭等采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)度指揮中心?？赏ㄟ^給用戶發(fā)送文字消息指令下達，實現(xiàn)快速發(fā)布作業(yè)計劃，可隨時進行調(diào)閱。同時在強噪音干擾環(huán)境等不方便語音通信場合，文字指令調(diào)度可以作為語音，很好替代調(diào)度手段。移動巡檢通過手持終端將現(xiàn)場采集的音視頻、監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理位置等上傳調(diào)度平臺，接收/下載調(diào)度平臺的數(shù)據(jù)，與調(diào)度保持實時通信。

結(jié)語

當前無線專網(wǎng)主要解決了配網(wǎng)、計量使用GPRS在線率低；公網(wǎng)不可靠；配用電光纖通信成本過高等問題。未來無線專網(wǎng)[7]可廣泛應用于從發(fā)電、輸電、配電到用電、調(diào)度、信息化等整個智能電網(wǎng)業(yè)務環(huán)節(jié)中。如配網(wǎng)自動化、計量自動化（遠程抄表）、視頻傳輸（配電房監(jiān)控）、移動巡檢、移動辦公（作業(yè)表單）、門禁監(jiān)控、電動汽車充電樁遠程操作、作為IMS系統(tǒng)的無線接入部分實現(xiàn)IMS的移動化應用等。另外在新變電站建設時，無線專網(wǎng)可作為現(xiàn)場建設調(diào)度指揮系統(tǒng)并為自動化等設備調(diào)試提供臨時通信通道。總之，電力無線專網(wǎng)不僅可作為現(xiàn)階段配電自動化、計量自動化、移動辦公等電力業(yè)務的有效通信方式，還可以滿足未來智能電網(wǎng)通信網(wǎng)向電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大數(shù)據(jù)通信需求。

參考文獻

[1]梅林常；王獻軍.4G技術在智能電網(wǎng)中的應用[A]；2013年中國信息通信研究新進展論文集[C]；2014年.

[2]李文偉；陳寶仁；吳謙，等.TD-LTE電力無線寬帶專網(wǎng)技術應用研究[J].電力系統(tǒng)通信，2012，33（11）：82-87.