智能電網(wǎng)發(fā)展背景下無線通信技術(shù)分析

李蘋

摘 要：文章指出，智能電網(wǎng)依托現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了主要設(shè)施設(shè)備的自動化運(yùn)行，提高了電網(wǎng)運(yùn)行效率和安全性，但與此同時，電網(wǎng)傳統(tǒng)存在的設(shè)備、人員責(zé)任風(fēng)險問題等局部問題也上升到了系統(tǒng)性問題，無線通信設(shè)備故障或者信號干擾等問題容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)的整體性故障，因此有必要對智能電網(wǎng)中的無線通信技術(shù)進(jìn)行重點分析，探尋其提高系統(tǒng)安全性與擴(kuò)展性的重點因素。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);無線通信;技術(shù)

0? ? 引言

智能電網(wǎng)普及無線通信技術(shù)是現(xiàn)代信息化發(fā)展的必然趨勢，當(dāng)前智能電網(wǎng)主要技術(shù)也隨著經(jīng)濟(jì)形勢的變化與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級而發(fā)生著一系列的特征變化，而無線通信技術(shù)也在相應(yīng)地進(jìn)步與發(fā)展，完善一系列監(jiān)控與自修復(fù)功能，以降低系統(tǒng)性的風(fēng)險因干擾素。智能電網(wǎng)是本文分析內(nèi)容的主體，無線通信技術(shù)是本文分析內(nèi)容的應(yīng)用，針對智能電網(wǎng)中無線通信技術(shù)的應(yīng)用問題進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)與排除無線通信面臨的一系列干擾因素，以推動電力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代。

1? ? 智能電網(wǎng)技術(shù)分析

1.1? 智能電網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢

1.1.1? 節(jié)能增效

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，其一個主要特征就是應(yīng)用電力電子轉(zhuǎn)化器接入電網(wǎng)系統(tǒng)，通過逆變器與保護(hù)控制的自適應(yīng)裝置和標(biāo)準(zhǔn)化接口與分布式電源進(jìn)行接軌，從而使得電力系統(tǒng)不再需要設(shè)計規(guī)劃過多的分布式電源，提高了配電網(wǎng)絡(luò)的獨立性，增加了現(xiàn)有分布式電源的利用率，起到節(jié)約建設(shè)成本、電能增效利用的積極作用，使配電網(wǎng)絡(luò)能夠更高效地為用戶提供電力[1]。

1.1.2? 優(yōu)化調(diào)度

智能電網(wǎng)的信息集中化優(yōu)勢能夠為客戶提供更加詳細(xì)的電力調(diào)度信息，例如通過電壓/頻率控制和有功無功指數(shù)等監(jiān)控指數(shù)研究，通過電壓/頻率（U/f）控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)局部區(qū)域的電源功率和頻率，而調(diào)度依據(jù)則是系統(tǒng)通過對電網(wǎng)電力分配的運(yùn)行判斷，通過有功無功（PQ）指數(shù)而相應(yīng)地選擇電網(wǎng)功率配給的控制方式，有利于通過可視化的配電網(wǎng)絡(luò)局部需求進(jìn)行電源分配，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定，并控制運(yùn)營成本。

1.1.3? 拓展性強(qiáng)

相比傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的拓展性更大，為了實現(xiàn)連續(xù)性、全自動狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時完成數(shù)據(jù)傳輸以及節(jié)點監(jiān)控工作，對用戶提供精確監(jiān)控動態(tài)下的電價實時測量計費(fèi)系統(tǒng)，可見智能電網(wǎng)既搭載互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，又解決電網(wǎng)儲能方式的問題，在電網(wǎng)功率負(fù)荷較高時優(yōu)化電能提供方式，經(jīng)濟(jì)可靠、互動性強(qiáng)。

1.2? 智能電網(wǎng)的應(yīng)用問題

1.2.1? 配電網(wǎng)的智能化問題

我國電網(wǎng)實現(xiàn)智能化是個循序漸進(jìn)的過程，并不是在某一時期全部實現(xiàn)智能化、信息化，當(dāng)前在供配電系統(tǒng)中，智能化主要在配電網(wǎng)系統(tǒng)中存在一些應(yīng)用方面的問題，例如自動化程度不夠全面，區(qū)域分布不平衡，對無線通信技術(shù)的影響因素的抵抗力還有待提高等。影響比較明顯的就是系統(tǒng)故障往往造成局部或大面積停電問題，影響配電網(wǎng)的運(yùn)營質(zhì)量。

1.2.2? 與新儲能方向的適應(yīng)性

當(dāng)前我國電力系統(tǒng)中的區(qū)域供電仍以分布式電源為主，主要儲能方式為分布式儲能，由于無線通信設(shè)備的電源設(shè)備發(fā)展方向是太陽能，風(fēng)力等特殊發(fā)電形式，屬于間歇性的儲能方式，傳統(tǒng)的電化學(xué)儲能、電磁儲能等技術(shù)要朝機(jī)械儲能、壓縮空氣儲能等技術(shù)方向發(fā)展，而新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用要與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)置相互適應(yīng)調(diào)整，需要整個電網(wǎng)系統(tǒng)提供相當(dāng)?shù)募夹g(shù)性支持。

2? ? 無線通信技術(shù)分析

2.1.1? 無線通信的技術(shù)優(yōu)勢

無線通信技術(shù)敷設(shè)靈活，維護(hù)成本低廉，經(jīng)濟(jì)性較高，無需架設(shè)光纖線路，相對效率比有線通信更具有優(yōu)勢，非常適宜電力專網(wǎng)架設(shè)工程，實現(xiàn)自動配電、信息服務(wù)、智能調(diào)度等供配電業(yè)務(wù)。利用無線通信技術(shù)更加有利于監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行中的電能安全傳輸、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和線路可靠性，體現(xiàn)了智能電網(wǎng)發(fā)展中的“通信”優(yōu)勢，有利于促進(jìn)配用電業(yè)務(wù)從掛靠公網(wǎng)向建設(shè)專網(wǎng)方向發(fā)展，推進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。

2.1.2? 技術(shù)革新發(fā)展快

無線通信網(wǎng)絡(luò)基站的工作場所需要與配電設(shè)施的建設(shè)場所相互適應(yīng)，也需要搭載移動充電、數(shù)據(jù)處理、GPS定位等基本信息化功能[2]。在無線通信技術(shù)發(fā)展過程中，以上情況因為技術(shù)、設(shè)備的革新進(jìn)一步得以解決，使得無線通信網(wǎng)絡(luò)的功能集成、區(qū)域普及等應(yīng)用需求大大滿足，已經(jīng)基本能夠適應(yīng)各區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)的工作要求。

2.2? 無線通信技術(shù)的應(yīng)用問題

2.2.1? 惡劣的環(huán)境條件

根據(jù)上文，可見無線通信設(shè)備往往與配電網(wǎng)分布式電源處于同一工作環(huán)境中，這些環(huán)境往往受到外界環(huán)境的直接影響，例如高溫、高寒、飛塵、雷暴、磁力異常等，影響設(shè)備質(zhì)量及使用壽命，也容易影響通信效率。

2.2.2? 變化的無線帶寬

無線鏈路時刻處于動態(tài)變化之中，其帶寬與接收端的信號強(qiáng)度關(guān)系密切，如果無線基站設(shè)備處于復(fù)雜、惡劣環(huán)境中，接收端信號受到電磁、噪聲等嚴(yán)重影響因素的干擾，則會影響信號強(qiáng)度，影響無線通信質(zhì)量。此外，在不同的時間條件下，信號強(qiáng)度也會發(fā)生變化，導(dǎo)致無線通信質(zhì)量受到影響。

3? ? 智能電網(wǎng)中的無線通信技術(shù)的限制因素

3.1? 智能通信系統(tǒng)

智能電網(wǎng)必須搭載信息采集和數(shù)據(jù)分析功能，而這一功能主要通過無線通信技術(shù)來實現(xiàn)。信息采集和數(shù)據(jù)分析目前在智能電網(wǎng)中應(yīng)用是兩個不同的過程采集過程是通過基站上的傳感器與終端計算機(jī)之間實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)分析過程則是從第二從終端計算機(jī)上傳到數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)的，信息采集過程雖然實現(xiàn)了無線通信方式，但目前尚不具備在基站及終端實現(xiàn)信息處理功能，尚不能完全物聯(lián)化，數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性也存在諸多限制因素。

3.2? 網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)

我國智能化電網(wǎng)發(fā)展過程中，已經(jīng)初步實現(xiàn)了有線轉(zhuǎn)無線，無線設(shè)備的應(yīng)用降低了成本，提高了效率，但提高無線通信網(wǎng)的可靠性還面臨著提高通信信息技術(shù)的安全性的問題[3]。無線通信設(shè)備對于信息存儲和傳輸?shù)陌踩髽O高，拓展性功能諸如電網(wǎng)計費(fèi)、功率控制都需要采取網(wǎng)絡(luò)安全措施以防范網(wǎng)絡(luò)攻擊，對無線通信防護(hù)機(jī)制的設(shè)計水平和管理水平提出了挑戰(zhàn)。

3.3? 高效能源系統(tǒng)

無線通信技術(shù)及設(shè)備（見圖1）在智能電網(wǎng)的發(fā)展過程中，還面臨著能量儲備不足的問題。當(dāng)前應(yīng)用于終端基站的無線通信設(shè)備缺少高效而穩(wěn)定的電源，只依靠風(fēng)能和太陽能發(fā)電的方式，對數(shù)據(jù)分析、通信協(xié)議的能耗需求不足，影響了無線通信技術(shù)的物聯(lián)化進(jìn)程，電源不夠充足也很難保證其自身的安全性和穩(wěn)定性。

4? ? 智能電網(wǎng)發(fā)展下無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1? 功能性的擴(kuò)展延伸

智能電網(wǎng)的發(fā)展要求無線通信設(shè)備的功能性和可擴(kuò)展性進(jìn)一步提高，如智能電表、數(shù)據(jù)采集、自檢設(shè)備及控制裝置等，共同構(gòu)成運(yùn)行穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)。信息通道的功能擴(kuò)展是當(dāng)前主要的關(guān)注問題，可以通過建設(shè)信息內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的二元結(jié)構(gòu)，由信息內(nèi)網(wǎng)承載視頻監(jiān)控、用戶信息、裝表接電、設(shè)備檢修的主要業(yè)務(wù)，信息外網(wǎng)承載數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)性信息等基礎(chǔ)性信息，建立“無線網(wǎng)—信息外網(wǎng)—信息內(nèi)網(wǎng)”的信息導(dǎo)入路徑，建立雙通道的信息銜接系統(tǒng)，從智能電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展著眼，完善無線通信技術(shù)的擴(kuò)展性和功能性。

4.2? 基站技術(shù)的平臺化

經(jīng)過技術(shù)革新的無線基站未來在智能電網(wǎng)中將起到平臺化作用，進(jìn)一步發(fā)展為內(nèi)部搭載多種模塊化的通信平臺，主要功能為信息傳輸及處理，還需具備拓展性的數(shù)據(jù)存儲功能，以及輔助性的電源、照明、GPS定位等功能，還可經(jīng)由信息內(nèi)網(wǎng)進(jìn)一步完善多端口通信模塊，例如內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)互動、視頻會議、信息搜索引擎等等，使通信設(shè)備的功能性搭配自然合理，對各種功能的綜合性較為普遍，是未來設(shè)備基站的主要發(fā)展前景。

4.3? 增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全可靠性

智能電網(wǎng)無線通信技術(shù)可以通過猞猁安全協(xié)議，完善數(shù)據(jù)信息的安全機(jī)制。可以將信息內(nèi)、外網(wǎng)進(jìn)行物理隔離構(gòu)建信息安全防護(hù)體系，優(yōu)先保證內(nèi)部數(shù)據(jù)及通信過程，信息外網(wǎng)也可以通過防火墻、網(wǎng)關(guān)和隔離裝置，在滿足邊界安全的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步保障基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)的安全。

5 結(jié)語

智能電網(wǎng)對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著積極意義，無線通信技術(shù)是智能電網(wǎng)未來發(fā)展的主體方向，目前智能電網(wǎng)中的無線通信技術(shù)需要進(jìn)一步解決分布式電源的效率問題，減少影響因素，使無線通信基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施能夠搭載更豐富的智能化應(yīng)用模塊，無線通信工程中的實際設(shè)計也要建立安全協(xié)議，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，共同促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。

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（編輯 傅金睿）