摘 要：智能化是世界電網(wǎng)的發(fā)展方向，其最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶(hù)的互動(dòng)。本文通過(guò)研究各類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信方式，提出一種基于混合無(wú)線(xiàn)技術(shù)組網(wǎng)的電力系統(tǒng)配、用電網(wǎng)通信解決方案，實(shí)現(xiàn)電力主網(wǎng)與配、用電網(wǎng)的互聯(lián)互通，為配網(wǎng)自動(dòng)化、用電信息采集等電網(wǎng)重要實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供堅(jiān)強(qiáng)的通信保障，為智能電網(wǎng)更深層次應(yīng)用提供更為廣闊的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：通信；無(wú)線(xiàn)；配電；用電

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76

智能電網(wǎng)是世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)，我國(guó)提出的發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化、數(shù)字化為主要特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，互動(dòng)化則成為我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的核心，以鼓勵(lì)用戶(hù)參與到電網(wǎng)的管理中來(lái)[1]。

實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)“互動(dòng)化”需要一個(gè)統(tǒng)一的電力系統(tǒng)配、用電通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這一平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化、用電信息采集和雙向營(yíng)銷(xiāo)互動(dòng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施[2]，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要技術(shù)保證。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一些能夠應(yīng)用于電力系統(tǒng)配、用電網(wǎng)的通信技術(shù)。其中，無(wú)線(xiàn)通信因其投資少、建設(shè)快的特點(diǎn)成為解決配、用電網(wǎng)通信問(wèn)題的主要技術(shù)手段。

1 我國(guó)配、用電通信網(wǎng)絡(luò)概況

盡管經(jīng)過(guò)“十一五”和“十二五”近10年的發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)配、用電通信網(wǎng)（即中低壓通信網(wǎng)）總體來(lái)說(shuō)仍比較薄弱[3]。

目前，我國(guó)配電站點(diǎn)的信息主要采用光纖通信和無(wú)線(xiàn)通信兩種方式。其中光纖通信方式利用電力光纖傳輸專(zhuān)網(wǎng)；無(wú)線(xiàn)通信則主要利用公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供的GPRS（General Packet Radio Service）/CDMA（Code Division Multiple Access）等無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)[4，5]。用電站點(diǎn)的信息分為用戶(hù)用電信息和營(yíng)銷(xiāo)站點(diǎn)信息，其中，用電信息的本地通信主要使用PLC（Power Line Carrier）及RS485方式，遠(yuǎn)程通信則以GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)為主，部分地區(qū)還使用230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)；營(yíng)銷(xiāo)站點(diǎn)的信息主要利用光纖通信方式，一部分利用電力光纖傳輸專(zhuān)網(wǎng)，一部分利用公網(wǎng)2M或ADSL通道，從電網(wǎng)的35kV或110kV變電站接入電力骨干通信網(wǎng)[6-8]。

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)配、用電網(wǎng)規(guī)模龐大，基本沒(méi)有通信獨(dú)立成網(wǎng)，且各地網(wǎng)絡(luò)發(fā)展極不平衡，35kV及以下站點(diǎn)通信覆蓋率非常低，組網(wǎng)建設(shè)也是形式多樣，電路容量極度瓶頸，且智能化程度低，不適合傳輸智能電網(wǎng)中穩(wěn)定性要求較高的控制信息和實(shí)時(shí)性要求較高的互動(dòng)化信息。因此，針對(duì)我國(guó)中低壓電力通信網(wǎng)相對(duì)薄弱的現(xiàn)狀，急需一種統(tǒng)一的技術(shù)解決方案。

2 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)

根據(jù)我國(guó)配、用電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，各類(lèi)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)終端到業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站的距離通常較遠(yuǎn)（從一到數(shù)百公里范圍）?？紤]到電網(wǎng)規(guī)模大、覆蓋面廣的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)因其建設(shè)速度快、成本低和運(yùn)維便利等特點(diǎn)成為解決配、用電通信問(wèn)題的一種重要技術(shù)方案。下面將對(duì)幾種先進(jìn)、成熟的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行研究。

2.1 無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)

電力系統(tǒng)的配、用電無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信是指電力用戶(hù)終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊接入到無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)，再經(jīng)由現(xiàn)有的電力專(zhuān)用光纖網(wǎng)絡(luò)接入到業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站的應(yīng)用服務(wù)。目前，無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的幾種主要通信技術(shù)及其特點(diǎn)如下表1所示。

表1 無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信技術(shù)及其特點(diǎn)

除了上表中的主流無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信技術(shù)外，還有一些技術(shù)體制不太成熟，或標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一的無(wú)線(xiàn)技術(shù)?？傮w來(lái)說(shuō)，CDMA的公網(wǎng)覆蓋率較小，3G/4G更適合移動(dòng)環(huán)境下的通信，WiMAX的國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未統(tǒng)一，產(chǎn)品兼容性欠佳。這使得上述技術(shù)不完全適用于規(guī)模大、穩(wěn)定性要求高的電力配、用電網(wǎng)通信。而GPRS因其覆蓋面大、技術(shù)成熟和建設(shè)成本低等特點(diǎn)，成為無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)解決電力配、用電通信問(wèn)題的首選。

2.2 230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)

230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)是基于國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì)分配的專(zhuān)用頻段，用于電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的主要特點(diǎn)如下表2所示：

表2 230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)主要特點(diǎn)

3 一種混合無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)解決方案

以配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)為例，給出一種基于多種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的配、用電通信解決方案。

3.1 配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站遠(yuǎn)程通信接口

通信網(wǎng)絡(luò)是連接業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站和終端設(shè)備間信息交互的承載網(wǎng)?；跓o(wú)線(xiàn)技術(shù)的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的主要有無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信和230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信。

其中，無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信接口通過(guò)防火墻連接公網(wǎng)，與業(yè)務(wù)終端建立連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信?；跓o(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站遠(yuǎn)程通信接口示意如下圖1所示：

圖1 基于無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信接口

而230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)通信接口通過(guò)RS232連接230無(wú)線(xiàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信?；?30MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站遠(yuǎn)程通信接口示意如下圖2所示：

圖2 基于230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的配、用電業(yè)務(wù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信接口

3.2 配、用電遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)

遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)是主站業(yè)務(wù)系統(tǒng)和終端間的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺谰W(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)前文的研究分析，適用于配、用電網(wǎng)遠(yuǎn)程通信的無(wú)線(xiàn)技術(shù)主要有GPRS / CDMA / 3G4G / WiMAX等公網(wǎng)和230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)，其中，公網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信推薦采用GPRS。

基于無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的配、用電數(shù)據(jù)通信是租用運(yùn)營(yíng)商提供的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。主站系統(tǒng)通過(guò)電力專(zhuān)網(wǎng)接入到GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)終端設(shè)備通過(guò)GPRS的通信模塊與主站系統(tǒng)連接?；跓o(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)示意如下圖3所示：

圖3 基于無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)圖

230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)目前常用的頻段有15對(duì)雙工頻點(diǎn)和10個(gè)半雙工頻點(diǎn)。230MHz的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)主站電臺(tái)與終端電臺(tái)須使用同一對(duì)頻點(diǎn)，屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信系統(tǒng)。同一頻點(diǎn)下的每個(gè)終端都可以接收到主站的無(wú)線(xiàn)信號(hào)，所以同一個(gè)頻點(diǎn)下的每個(gè)用戶(hù)終端都需要獨(dú)立的身份編號(hào)，以便終端識(shí)別?；?30MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)示意如下圖4所示：

圖4 基于230MHz專(zhuān)網(wǎng)的配、用電通信組網(wǎng)圖

從圖4可以看出，基于230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)組成配、用電通信網(wǎng)時(shí)，主站應(yīng)至少采用雙電臺(tái)熱備運(yùn)行，保證組網(wǎng)的可靠性；如果主站與終端間距離過(guò)長(zhǎng)，可以使用上圖中的無(wú)線(xiàn)中繼，或者利用現(xiàn)有的光纖或微波系統(tǒng)作為中繼，每個(gè)中繼站為保證可靠性，建議設(shè)置雙電臺(tái)；整個(gè)230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的頻點(diǎn)統(tǒng)一由主站系統(tǒng)進(jìn)行管理。

3.3 配、用電本地?zé)o線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)

本地信道用于中低壓業(yè)務(wù)終端到用戶(hù)的通信連接?？紤]到用戶(hù)基數(shù)大，配、用電網(wǎng)本地通信的成本不能太高。

無(wú)線(xiàn)信道在配、用電網(wǎng)通信中應(yīng)用的比較少，因?yàn)榈统杀?、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信易受障礙物阻擋；而大功率、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信技術(shù)雖然可以解決上述問(wèn)題，但又面臨頻率資源限制，因此傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)不適合大規(guī)模用戶(hù)側(cè)通信組網(wǎng)。

目前，有一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)——WSN（Wireless Sensor Networks無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)），它是一系列微功率無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的通稱(chēng)。WSN能夠在低功耗、低成本的前提下，解決采集點(diǎn)多、范圍分散場(chǎng)合下的配、用電網(wǎng)智能應(yīng)用。但總的來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)通信在環(huán)境復(fù)雜的各類(lèi)用戶(hù)本地，極易遭遇信道盲區(qū)。

因此，本文對(duì)于中低壓電網(wǎng)本地?zé)o線(xiàn)通信技術(shù)未做詳細(xì)研究。同時(shí)，筆者建議在本地通信方式選擇中，宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件，選取最適合應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸方式組建本地通信網(wǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)我國(guó)“智能電網(wǎng)”的發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合中低壓電力通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，本文對(duì)配、用電通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)展開(kāi)研究，提出了一種基于無(wú)線(xiàn)通信的配、用電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案，利用GPRS無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)和230MHz電力無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配、用電智能交互與應(yīng)用。

近年來(lái)，全球通信高速發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)層出不窮，我國(guó)電力系統(tǒng)配、用電通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)并不應(yīng)拘泥于某種技術(shù)，而是需要取眾家之長(zhǎng)，組建符合我國(guó)智能電網(wǎng)需求和實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的可靠通信網(wǎng)。筆者建議，面對(duì)我國(guó)中低壓通信接入網(wǎng)絡(luò)資源嚴(yán)重匱乏，建設(shè)投入嚴(yán)重不足的情況，應(yīng)該首先優(yōu)化現(xiàn)有通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，對(duì)通信資源進(jìn)行整合利用；在此基礎(chǔ)上，再建設(shè)以電力光纖專(zhuān)網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)為主，PLC、230MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等其他通信技術(shù)為補(bǔ)充的智能配、用電綜合通信網(wǎng)。

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作者簡(jiǎn)介：周正（1980-），男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，從事電力通信調(diào)控與運(yùn)維管理工作；詹鵬（1982-），男，湖北武漢人，工程師，從事電力通信調(diào)控與網(wǎng)絡(luò)管理工作；馮偉東（1982-），男，湖北武漢人，工程師，從事電力信息通信工程建設(shè)與項(xiàng)目管理工作；孫松（1959-），男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，從事電力信息通信調(diào)控與運(yùn)維管理工作。

作者單位：國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司信息通信公司，武漢 430077