張青仁 馬梟輝

摘要：近年來，隨著人們對(duì)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(yīng)運(yùn)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(tái)。因此為了支撐智能電網(wǎng)的多業(yè)務(wù)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(diǎn)，開展電力無線專網(wǎng)規(guī)劃研宄顯得尤為重要。但是，當(dāng)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(dǎo)致基站布點(diǎn)和終端部署不恰當(dāng)、不合理，最終使得整個(gè)無線專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(shí)際測量數(shù)據(jù)修正的基站規(guī)劃策略，該策略運(yùn)用貪心算法可在較短的時(shí)間內(nèi)計(jì)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(jì)成本最大程度地?cái)U(kuò)大覆蓋面積和提高通信質(zhì)量，并且可以運(yùn)用于任何需要建設(shè)電力無線專網(wǎng)的城市進(jìn)行基站規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：電力無線專網(wǎng)；電網(wǎng)調(diào)度；應(yīng)用

引言

隨著無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，新一代無線帶寬通信技術(shù)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(jià)低廉、設(shè)備靈活性高、施工周期短等特點(diǎn)。相比有線光纖連接，新一代無線通信技術(shù)能有效地避免因光纖老化從而導(dǎo)致連接上的失效，出現(xiàn)問題時(shí)也能可以通過節(jié)點(diǎn)的自組織和自配置功能迅速搭建成有效的通信網(wǎng)絡(luò)。因此，利用先進(jìn)的無線通信技術(shù)建設(shè)電力無線專網(wǎng)成為當(dāng)前智能電網(wǎng)電力通信研究的熱點(diǎn)。在智能電網(wǎng)的發(fā)展中引入先進(jìn)的無線通信技術(shù)，建立基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和智能電網(wǎng)結(jié)合的電力設(shè)備/線路/塔桿等智能監(jiān)控防護(hù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)智能計(jì)量、電網(wǎng)與用戶智能交互系統(tǒng)等，對(duì)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(jì)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(shí)無線技術(shù)在保障安全前提下可以降低電力傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)裕度，在建設(shè)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(jī)房等資源，可節(jié)省大量成本，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效

益。

1電力業(yè)務(wù)需求及無線通信技術(shù)分析

1.1輸電業(yè)務(wù)需求分析

輸電業(yè)務(wù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)負(fù)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(duì)輸電線路進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測對(duì)智能輸電的實(shí)現(xiàn)意義重大。

1.2變電業(yè)務(wù)需求分析

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

1.3配電業(yè)務(wù)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(shè)備大多運(yùn)行在戶外，因此，配電通信系統(tǒng)在覆蓋全部配電自動(dòng)化終端的基礎(chǔ)上，應(yīng)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(yùn)行等業(yè)務(wù)的高可靠性需求。其中，配變監(jiān)測業(yè)務(wù)主要實(shí)現(xiàn)柱上開關(guān)、柱上變壓器、開關(guān)站等設(shè)備信息的采集；電能質(zhì)量監(jiān)測業(yè)務(wù)主要是對(duì)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(yùn)行業(yè)務(wù)則是對(duì)開閉站等重要配電設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。未來智能電網(wǎng)的配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)包括高級(jí)配電運(yùn)行、高級(jí)量測體系、高級(jí)資產(chǎn)管理等組成部分，其業(yè)務(wù)主要目的為通過配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測的過程達(dá)到自動(dòng)控制和保護(hù)配電設(shè)施。

2無線專網(wǎng)通信承載的業(yè)務(wù)需求分析

2.1配電自動(dòng)化保障業(yè)務(wù)需求分析

2.1.1配電自動(dòng)化及配變監(jiān)測

配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)集于一體，對(duì)配電環(huán)節(jié)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制，是改進(jìn)供電質(zhì)量、提高供電可靠性、擴(kuò)大供電能力、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。配電自動(dòng)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(diǎn)光纜布放不到位的地方，無線專網(wǎng)的建設(shè)和擴(kuò)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(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃，對(duì)配電自動(dòng)化建設(shè)的目標(biāo)是：“根據(jù)可靠性需求、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與設(shè)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(dòng)化方式，在網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)采用“三遙”終端，在分支線和一般性節(jié)點(diǎn)采用“二遙”終端，合理選用光纖、無線通信方式，提高電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)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(wù)需求分析

對(duì)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(jí)為“4G”LTE無線專網(wǎng)通信方式；對(duì)目前已建的采集系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，升級(jí)現(xiàn)有的II型集中器，設(shè)備下行通過485線連接電表，實(shí)現(xiàn)電表數(shù)據(jù)采集，設(shè)備上行，通過“4G”網(wǎng)絡(luò)或光纖通信，實(shí)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(shí)現(xiàn)供、購、售電環(huán)節(jié)的電能信息實(shí)時(shí)采集，達(dá)到準(zhǔn)確實(shí)時(shí)抄表的要求，提高遠(yuǎn)程費(fèi)控效率，降低電費(fèi)欠費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)；通過用電監(jiān)測，實(shí)時(shí)提供異常用電、電能質(zhì)量、線損分析等統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)故障及時(shí)搶修、信息實(shí)時(shí)互通、管控精確到位。終端（傳感器、采集裝置、移動(dòng)設(shè)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(tái)應(yīng)用服務(wù)器。以變電站為斷面，每變電站用采終端需求大約2000個(gè)，為支持?jǐn)?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(shí)延要求<60s）。

2.2.2多媒體調(diào)度及移動(dòng)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(shí)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(wù)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。可通過給用戶發(fā)送文字消息指令下達(dá)，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)布作業(yè)計(jì)劃，可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)閱。同時(shí)在強(qiáng)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(dòng)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(tái)，接收/下載調(diào)度平臺(tái)的數(shù)據(jù)，與調(diào)度保持實(shí)時(shí)通信。

結(jié)語

當(dāng)前無線專網(wǎng)主要解決了配網(wǎng)、計(jì)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(yīng)用于從發(fā)電、輸電、配電到用電、調(diào)度、信息化等整個(gè)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中。如配網(wǎng)自動(dòng)化、計(jì)量自動(dòng)化（遠(yuǎn)程抄表）、視頻傳輸（配電房監(jiān)控）、移動(dòng)巡檢、移動(dòng)辦公（作業(yè)表單）、門禁監(jiān)控、電動(dòng)汽車充電樁遠(yuǎn)程操作、作為IMS系統(tǒng)的無線接入部分實(shí)現(xiàn)IMS的移動(dòng)化應(yīng)用等。另外在新變電站建設(shè)時(shí)，無線專網(wǎng)可作為現(xiàn)場建設(shè)調(diào)度指揮系統(tǒng)并為自動(dòng)化等設(shè)備調(diào)試提供臨時(shí)通信通道?？傊?，電力無線專網(wǎng)不僅可作為現(xiàn)階段配電自動(dòng)化、計(jì)量自動(dòng)化、移動(dòng)辦公等電力業(yè)務(wù)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(xiàn)

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