智能配電網(wǎng)中無線通信技術(shù)的應(yīng)用研究

唐超洋 王清海

摘要：要實現(xiàn)傳統(tǒng)配電網(wǎng)向智能配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)化，必然要依托涵蓋各種形式的通信系統(tǒng)的建設(shè)。首先根據(jù)智能配電網(wǎng)的供電特點和運行期冀，分析了無線通信的重要性以及具體選擇時的因素考量。其次對多類無線通信模式進(jìn)行研究，分析優(yōu)缺點，以作決策參考。最后以電力系統(tǒng)相關(guān)原則為據(jù)，提出無線通信組網(wǎng)架構(gòu)，可作為智能配電網(wǎng)建設(shè)或改造的有效參照。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng);無線通信;組網(wǎng)方案

0? ? 引言

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，智能配電網(wǎng)需吸納各類分布式電源，且須具備完善的保護(hù)和自愈能力[1]，這些都離不開海量入網(wǎng)設(shè)備之間的全景式信息交互。由于配電網(wǎng)的服務(wù)對象點多面廣、四處雜散，完全依賴光纖通信既不經(jīng)濟(jì)，也不現(xiàn)實，必須考慮對無線通信方式的應(yīng)用。

1? ? 智能配電網(wǎng)對無線通信的需求分析

隨著能源利用總量的躍增、用戶對高供電可靠性的期冀以及環(huán)境保護(hù)的要求，電力供需發(fā)生了根本性變革。首先，由于傳統(tǒng)化石能源的可預(yù)見枯竭及其對環(huán)境的嚴(yán)重影響，吸納用戶側(cè)新型清潔能源勢在必行;其次，實踐證實，電力利用經(jīng)濟(jì)化和電網(wǎng)調(diào)控精細(xì)化需要電力需求側(cè)的有效參與[2];最后，各種情形的電力供應(yīng)中斷將產(chǎn)生越來越嚴(yán)重的社會影響。以上問題的解決離不開智能配電網(wǎng)的建設(shè)。

智能配電網(wǎng)可劃分為主站、通信系統(tǒng)、自動化終端等“區(qū)塊”[3]，其中，通信是紐帶，是關(guān)鍵。

智能配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)在組網(wǎng)上存在以下困難：（1）配電網(wǎng)節(jié)點多、類型雜、分布密度不均，要將它們納入統(tǒng)一的通信網(wǎng)十分不易。（2）多數(shù)節(jié)點地處戶外，環(huán)境惡劣，且電源供應(yīng)困難，大大限制了通信方式的選擇。（3）隨著網(wǎng)絡(luò)自愈、故障定位等要求的提升，配電網(wǎng)通信不但要求全覆蓋，還必須滿足實時性，這就要求在經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性上尋找平衡。

因此，總的來說，在智能配電網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行通信系統(tǒng)建設(shè)不能只依靠光纖方式，而應(yīng)更多注重?zé)o線通信手段，且要做好以下統(tǒng)籌：（1）成本低。目的是適應(yīng)配電網(wǎng)多節(jié)點布設(shè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（2）工期短。配電網(wǎng)建設(shè)或改造基本是為了滿足電力剛需，若通信系統(tǒng)建設(shè)周期過長，將影響配電網(wǎng)的實際投運時間節(jié)點，進(jìn)而帶來一系列負(fù)面影響。（3）適應(yīng)性強。配電網(wǎng)層面的通信往往帶有突發(fā)性強、數(shù)據(jù)量大的特點，必須采用合適的負(fù)載均衡方法來降低業(yè)務(wù)阻塞率。（4）擴展性好。配電系統(tǒng)更新?lián)Q代快，不斷會有新型設(shè)備入網(wǎng)，應(yīng)使通信系統(tǒng)具備良好的兼容性。

2? ? 各類無線通信技術(shù)的應(yīng)用分析

無線通信以其便捷、受限少等優(yōu)點深受人們青睞。在智能配電網(wǎng)層面，可吸納的無線通信技術(shù)如圖1所示。

（1）GPRS，歸屬無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[2]，可提供9.05～171.2 kb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。用戶可在端對端分組模式下發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。技術(shù)解析如圖2所示。

（2）LTE，歸屬4G無線通信技術(shù)，頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率較優(yōu)異[1]。根據(jù)文獻(xiàn)[4]的研究，該項技術(shù)的特性有：1）就覆蓋距離和深度來講，低頻段基站占有優(yōu)勢;2）配電終端的通信速率在很大程度上取決于運營商在基站內(nèi)安裝何種天線;3）LTE網(wǎng)絡(luò)流量受節(jié)假日影響較大;4）當(dāng)配電終端處于基站邊緣區(qū)域時，通信速率無法得到保障。

（3）BMA，歸屬無線寬帶技術(shù)，可契合配電自動化延時、速度和帶寬的要求。BMA的部署非常便捷，有無線廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個人域網(wǎng)等分型。BMA的優(yōu)勢：覆蓋范圍廣、安全系數(shù)高、信息傳播率大、不受限于位置因素。因此，針對微電網(wǎng)孤島控制、分布式能源保護(hù)等問題，可依托BWA。

（4）WMN，新興的現(xiàn)代無線通信技術(shù)，除了可獲取數(shù)據(jù)和圖像外，還可對目標(biāo)對象進(jìn)行監(jiān)控[4]，使信息采集更加真實和科學(xué)。

（5）WLAN，即無線局域網(wǎng)技術(shù)，最高帶寬可達(dá)11 Mb/s，理論上能確保數(shù)據(jù)信號的穩(wěn)定性[2];但WLAN技術(shù)容易受環(huán)境干擾和黑客攻擊，需要做好技術(shù)改進(jìn)和安全防范。

（6）LMDS，主要借助毫米波進(jìn)行各類“音/視”信息的傳輸，可實現(xiàn)一點對多點無線接入，在固定寬帶模式中具有明顯優(yōu)勢，其解決方案如圖3所示。

3? ? 無線通信的組網(wǎng)方式

配電終端與主站的無線通信載體為TCP/IP數(shù)據(jù)，可行途徑有兩條：（1）內(nèi)置無線傳輸模塊;（2）經(jīng)由串口同外置無線傳輸模塊進(jìn)行連接。根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》，智能配電系統(tǒng)歸屬安全Ⅰ區(qū)，應(yīng)以“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”作為無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則。無線公網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

4? ? 結(jié)語

隨著分布式電源和微電網(wǎng)大量涌現(xiàn)以及電力供需雙方對配電網(wǎng)運行經(jīng)濟(jì)、可靠、環(huán)保等要求的大幅提升，智能配電網(wǎng)取代傳統(tǒng)配電網(wǎng)將是大勢所趨。在智能配電網(wǎng)環(huán)境下，對數(shù)據(jù)信息獲取的要求在各方面都有了質(zhì)的變化，不但要依托光纖通信的寬幅延伸，還需要根據(jù)各類實情選擇性價比最高的無線通信方式，以形成多層集成的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 于佳，劉金鎖，蔡世龍.TD-LTE電力無線專網(wǎng)性能仿真[J].廣東電力，2017，30（1）：39-45.

[2] 宋金沙.關(guān)于無線通信技術(shù)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（15）：46.

[3] 姜有泉，湯亞芳，黃良，等.智能配電網(wǎng)無線通信系統(tǒng)可靠性研究[J].電力大數(shù)據(jù)，2017，20（12）：52-55.

[4] 王輝.智能配電網(wǎng)中無線通信技術(shù)的應(yīng)用研究[J].電子測試，2019（11）：92-93.

收稿日期：2020-08-28

作者簡介：唐超洋（1981—），男，廣西南寧人，工程師，主要從事電力計算機軟件研發(fā)工作。

王清海（1989—），男，廣東廣州人，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)項目管理工作。