無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的運(yùn)用研究

范慧秀，夏 良

（國網(wǎng)寧德供電公司，福建 寧德 352100）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，電網(wǎng)節(jié)能降耗工作受到了更多的關(guān)注，要結(jié)合智能電網(wǎng)應(yīng)用控制標(biāo)準(zhǔn)，踐行全過程管理機(jī)制，有效提高智能電網(wǎng)統(tǒng)一管理的水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益和諧統(tǒng)一。

1 無線通信技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的研究內(nèi)容越來越深入，技術(shù)自身具有擴(kuò)展靈活性且建設(shè)成本較低的優(yōu)勢(shì)，特別是在無線傳輸數(shù)據(jù)加密技術(shù)的支持下，整體技術(shù)發(fā)展形勢(shì)良好，已經(jīng)成為配電網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)用控制體系中不可或缺的重要技術(shù)組成部分。為更好地維護(hù)智能電網(wǎng)建設(shè)水平，要整合技術(shù)要素和技術(shù)處理模式，確保技術(shù)控制效果滿足運(yùn)行要求。在無線通信技術(shù)體系中，通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）和碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是2 種不同的無線通信技術(shù)，都可以在公網(wǎng)環(huán)境下使用，配合寬帶無線接入（Broadband Wireless Access，BWA）技術(shù)，能為電力配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)拓展提供支持[1]。

2 智能電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)要求

智能電網(wǎng)建設(shè)工作的要求是基于用戶實(shí)際需求，打造更加安全、穩(wěn)定、可靠的電網(wǎng)體系，在保證供電質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行效率的同時(shí)，維護(hù)電力系統(tǒng)的統(tǒng)籌控制水平。結(jié)合我國配電網(wǎng)自動(dòng)化程度不足、供電可靠性有待優(yōu)化的需求，電力系統(tǒng)要充分關(guān)聯(lián)具體因素，確保智能電網(wǎng)建設(shè)效果更加合理。同時(shí)，要綜合考量影響智能電網(wǎng)建設(shè)水準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，以保證智能電網(wǎng)的可持續(xù)化發(fā)展。

2.1 分布式能源接入

隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，分布式電源被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。分布式電源是小型負(fù)荷供電并能直接連接在配電網(wǎng)上的電源設(shè)備。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行模式，智能電網(wǎng)最大的特點(diǎn)之一就是實(shí)現(xiàn)了分布式電源的接入處理，能維護(hù)上網(wǎng)和資源整合效能，并且更好地搭建完整的電力系統(tǒng)資源應(yīng)用控制平臺(tái)。

在分布式能源接入過程中，配合保護(hù)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)化處理環(huán)節(jié)，就能有效實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)并行處理。建立分布式發(fā)電模式的智能電站一般是利用風(fēng)力或者光伏技術(shù)完成發(fā)電作業(yè)，由于分布式電源的影響，相關(guān)聯(lián)的智能電網(wǎng)具有了功率間歇性輸出的特點(diǎn)，能建立功率雙向流動(dòng)的控制模式[2]。同時(shí)，在負(fù)荷處于低谷階段時(shí)能從電網(wǎng)獲取一定的電能，而在負(fù)荷處于高峰階段能完成電網(wǎng)的送電處理，最大限度上滿足了削峰填谷作業(yè)的具體需求，不僅保證了電網(wǎng)運(yùn)行效率，還能對(duì)可再生能源發(fā)電功率輸出的間歇性問題予以補(bǔ)償處理。

2.2 融合BWA 技術(shù)

BWA 技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)接入并部署，較為常見的技術(shù)單元包括無線個(gè)人域網(wǎng)模塊、無線局域網(wǎng)模塊、無線城域網(wǎng)模塊以及無線廣域網(wǎng)模塊等。BWA 技術(shù)最大的特點(diǎn)在于技術(shù)覆蓋范圍較廣，整體擴(kuò)容效果好，項(xiàng)目啟動(dòng)速率較快，能更好地建構(gòu)完整的技術(shù)運(yùn)行管理模式。與此同時(shí)，配電網(wǎng)本身具有接線結(jié)構(gòu)復(fù)雜等的特點(diǎn)，要想維持通信處理的合理性，就要打造雙向通信控制模式，從而確保智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)完整且規(guī)范。

首先，針對(duì)地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的電網(wǎng)體系，進(jìn)行分布式電源的匯入處理，若采取專用光纖通信網(wǎng)絡(luò)模式，則會(huì)增加項(xiàng)目的投資成本，并且施工作業(yè)項(xiàng)目的作業(yè)周期較長，很容易出現(xiàn)通信故障等不良現(xiàn)象。借助無線通信技術(shù)體系，能在降低項(xiàng)目成本的同時(shí)，更好地搭建便捷、靈活可靠的運(yùn)行體系，基于電力控制運(yùn)行規(guī)范，共同構(gòu)建完整的智能電網(wǎng)通信處理模式。

其次，對(duì)供電可靠性要求一般的負(fù)荷內(nèi)容，配合無線通信網(wǎng)絡(luò)基站，能在滿足運(yùn)行穩(wěn)定要求的同時(shí)，建立相匹配的控制系統(tǒng)，維護(hù)運(yùn)行管理過程的實(shí)時(shí)性保護(hù)效果[3]。

最后，在搭建配電網(wǎng)的過程中，應(yīng)用重合器、分段器等智能開關(guān)，就能構(gòu)建有效且規(guī)范的集成化無線通信管理平臺(tái)，滿足臨時(shí)性通信功能的運(yùn)行需求，尤其是對(duì)智能保護(hù)控制單元和自愈單元的應(yīng)用處理有重要的作用。與此同時(shí)，無線通信技術(shù)無須重復(fù)建設(shè)，只需要在原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)和補(bǔ)充即可，為擴(kuò)容節(jié)能化管理提供了良好的發(fā)展空間。

綜上所述，在智能電網(wǎng)中應(yīng)用無線通信技術(shù)，要有效融合BWA技術(shù)模式，建構(gòu)完整的技術(shù)控制體系，在實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌管理的基礎(chǔ)上維護(hù)綜合應(yīng)用效能，保證智能電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)更加合理可控。

3 無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用范圍

在對(duì)智能電網(wǎng)應(yīng)用控制結(jié)構(gòu)予以研究的過程中，要想全面分析無線通信技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，就要明確其運(yùn)行范圍。智能電網(wǎng)以集成化、高速化、雙向通道網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸管理的基礎(chǔ)，配合傳感技術(shù)、測(cè)量技術(shù)以及先進(jìn)的控制處理機(jī)制，能在打造可靠管理模型的同時(shí)，配合自愈應(yīng)用、激勵(lì)過程、用戶保護(hù)過程等，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌控制的目標(biāo)。在整個(gè)智能電網(wǎng)運(yùn)行管理體系中，電力系統(tǒng)層、控制層、通信層、安全層以及應(yīng)用層共同組成多層架構(gòu)，以滿足智能電網(wǎng)中無線通信技術(shù)的運(yùn)行管理需求[4]。例如，通信層作為智能電網(wǎng)功能處理的關(guān)鍵層級(jí)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)集成化管理，配合雙向高速通信網(wǎng)絡(luò)模式，就能在滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行需求的同時(shí)，配合通信網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，共同建立完整的通信網(wǎng)光纖控制模式，滿足大業(yè)務(wù)量、低時(shí)延的應(yīng)用需求?；?G 技術(shù)的全面發(fā)展，在智能電網(wǎng)統(tǒng)籌應(yīng)用環(huán)境內(nèi)，要整合鄰域網(wǎng)和家域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光纖多元化分配處理，確保各類無線通信技術(shù)都能滿足具體域網(wǎng)運(yùn)行管理的通信需求。

4 無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用要點(diǎn)

為更好地發(fā)展智能電網(wǎng)，要在發(fā)展無線通信技術(shù)的過程中，確保技術(shù)融合效果滿足預(yù)期，以便建立基于智能化運(yùn)行管理需求的控制模式，提高階段性技術(shù)作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，提高智能電網(wǎng)電力運(yùn)行管理控制水平，共同優(yōu)化電力系統(tǒng)的統(tǒng)一管理效果。

4.1 應(yīng)用域網(wǎng)設(shè)計(jì)

（1）廣域網(wǎng)設(shè)計(jì)。對(duì)于電力企業(yè)、發(fā)電站、變電站以及輸電網(wǎng)之間的通信，要借助廣域網(wǎng)完成，并且能實(shí)時(shí)提供鄰域網(wǎng)控制器的連接服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多元化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的協(xié)同控制，保證不同應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)儀器設(shè)備或者輸電線路都能及時(shí)和數(shù)據(jù)中心建立完整的信息交互，在不同應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)發(fā)揮無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)[5]。

（2）鄰域網(wǎng)設(shè)計(jì)。對(duì)于智能電網(wǎng)而言，鄰域網(wǎng)上配電網(wǎng)的主要通信網(wǎng)絡(luò)涉及配電自動(dòng)化以及控制設(shè)備，能建立海量智能節(jié)電部署方案，為電力設(shè)備數(shù)據(jù)收集以及遠(yuǎn)程控制提供保障。節(jié)點(diǎn)連接的過程就是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性傳輸?shù)倪^程。例如，部分應(yīng)用需要覆蓋節(jié)點(diǎn)的數(shù)量較大且范圍較廣，此時(shí)要借助無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性采集，并配合數(shù)據(jù)采集單元（Data Acquisition Unit，DAU）接入光纖骨干網(wǎng)，建立控制中心通信信道[6]。

（3）家域網(wǎng)設(shè)計(jì)。家域網(wǎng)指具體用戶的通信網(wǎng)絡(luò)，主要是利用智能電表連接傳感器和制動(dòng)器，有效進(jìn)行用戶行為的實(shí)時(shí)性應(yīng)用管理。配合DAU 接入鄰域網(wǎng)，建立海量部署節(jié)點(diǎn)，確保無線通信技術(shù)，能在信息交互和處理環(huán)節(jié)中發(fā)揮其實(shí)際作用，維持多元化、靈活化部署體系的科學(xué)運(yùn)行效能，滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行的具體需求。

智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電等環(huán)節(jié)中都需要建立無線通信技術(shù)體系，構(gòu)建完整的交互模式，在收集相關(guān)信息數(shù)據(jù)的同時(shí)確保數(shù)據(jù)控制發(fā)送的及時(shí)性，打造可擴(kuò)展性運(yùn)行平臺(tái)，維護(hù)關(guān)聯(lián)控制工作的順利開展[7]。

4.2 應(yīng)用場(chǎng)景處理

4.2.1 密集海量數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用場(chǎng)景

結(jié)合智能電網(wǎng)應(yīng)用要求可知，在應(yīng)用無線通信技術(shù)的過程中，只有滿足海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w需求，才能更好地維系智能電網(wǎng)運(yùn)行管理水平，維持架構(gòu)模型系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)信息的管控水平，共同優(yōu)化海量數(shù)據(jù)管理效能。

（1）多層分簇式架構(gòu)體系。多層分簇式架構(gòu)體系是無線通信技術(shù)體系最底層家域網(wǎng)的分簇，能實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)移動(dòng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)接入廣域網(wǎng)的處理。這種應(yīng)用模式更加適用于范圍小、人口密集且分布較為規(guī)律的區(qū)域，能配合智能電表以及數(shù)據(jù)匯總單元實(shí)現(xiàn)海量傳感節(jié)點(diǎn)的多層次處理，提高節(jié)點(diǎn)運(yùn)行中的管理水平和數(shù)據(jù)采集匯總效果。

（2）蜂窩架構(gòu)體系。蜂窩架構(gòu)體系能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)密集區(qū)域分為不同的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并且在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心位置設(shè)置對(duì)應(yīng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，配合節(jié)點(diǎn)應(yīng)用控制要求，打造完整的數(shù)據(jù)管理模式，保證鄰域網(wǎng)信息傳輸?shù)募皶r(shí)性，并且配合負(fù)載均衡網(wǎng)關(guān)模式，有效維護(hù)整體海量節(jié)點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)運(yùn)行管理的科學(xué)性。這種架構(gòu)模式更加適用于海量節(jié)點(diǎn)非規(guī)律分布的應(yīng)用場(chǎng)景，在最優(yōu)化節(jié)點(diǎn)性能的基礎(chǔ)上，為區(qū)域內(nèi)資源利用率的提高提供保障，更好地維系智能電網(wǎng)運(yùn)行控制的實(shí)效性。

（3）數(shù)控分離架構(gòu)體系。數(shù)控分離架構(gòu)體系能夠更好地解決智能電網(wǎng)中無線通信多節(jié)點(diǎn)控制以及數(shù)據(jù)傳輸管理的問題，基于控制平面和數(shù)據(jù)平面，打造降低海量節(jié)點(diǎn)需求的節(jié)點(diǎn)管理升級(jí)體系，確保安全信道、普通信道以及數(shù)據(jù)平面之間能形成協(xié)同控制的數(shù)據(jù)傳輸模式[8]。數(shù)控分離架構(gòu)體系如圖1 所示。

4.2.2 鏈狀數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景

在輸電線路應(yīng)用控制體系中，鏈狀數(shù)據(jù)傳輸處理模式較為常見，能滿足智能電網(wǎng)高端輸電線路運(yùn)行管理的基本需求。充分整合無線通信技術(shù)內(nèi)容，維持相關(guān)信息控制的合理性和規(guī)范性。

一方面，在應(yīng)用無線通信技術(shù)的過程中，建立環(huán)境數(shù)據(jù)、電力線狀態(tài)數(shù)據(jù)、桿塔配套設(shè)施數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性監(jiān)控，配合傳感器采集關(guān)聯(lián)信息后，形成節(jié)點(diǎn)處理模式，并借助遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)或者通過在高壓輸電線上鋪設(shè)光纖，與通信設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與通信網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接和互聯(lián)互通，整合資源結(jié)構(gòu)，滿足傳輸控制的具體需求。

另一方面，在搭建匯聚節(jié)點(diǎn)控制體系的同時(shí)，將無線通信技術(shù)部署要點(diǎn)按照單跳傳輸距離予以分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)設(shè)施的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)性監(jiān)控管理，最大限度上提高智能電網(wǎng)無線通信技術(shù)應(yīng)用控制的合理性和規(guī)范性。

4.2.3 離散分簇式數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景

離散分簇式數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景主要包括偏遠(yuǎn)地區(qū)或者節(jié)點(diǎn)分布較為分散的區(qū)域，利用傳感節(jié)點(diǎn)完成智能電網(wǎng)的運(yùn)行管理。數(shù)據(jù)借助光纖或者遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)直接接入骨干網(wǎng)，維持信息可控化，提高資源利用率的同時(shí)，保證網(wǎng)絡(luò)整體性能滿足預(yù)期[9]。

5 結(jié) 論

智能電網(wǎng)中無線通信技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，要整合技術(shù)內(nèi)容和要求，打造更加科學(xué)合理的運(yùn)行平臺(tái)，維持不同應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)信息交互管理的科學(xué)性，為智能電網(wǎng)的可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。