徐溯 張際 刁楊華 劉元瑩 張懿

【摘要】? ? 傳統(tǒng)意義的電話等通訊設(shè)備采用的是有線通信技術(shù)，主要是利用銅鋁等導(dǎo)電金屬構(gòu)成光纖光纜，后者作為一種肉眼可見實物傳遞媒介，而信息如聲音等可通過有線通信技術(shù)進(jìn)行傳播。除了有線通信，近年來發(fā)展較快速和先進(jìn)的無線通信也是一種重要的通信技術(shù)。與有線通信技術(shù)不同，無線通信技術(shù)不需要有線介質(zhì)的參與，常用的無線通訊設(shè)備包括收音機(jī)、數(shù)字電視等等。配電自動化系統(tǒng)主要有有線傳輸通信模式和無線傳輸通信模式。但是近年來，隨著5G通信技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，有線傳輸方式因較高的成本和較低的傳輸速率而被逐漸淘汰。本文基于5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化中應(yīng)用，探討5G通信技術(shù)的特點以及在智能分布式配電自動化中應(yīng)用的可行性。

【關(guān)鍵詞】? ? 有線通信技術(shù)? ? 5G通信技術(shù)? ? 配電自動化? ? 可行性

引言：

智能分布式配電自動化主要目的是利用先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)提供較高的供電質(zhì)量。當(dāng)配電系統(tǒng)遇到故障時，智能化的系統(tǒng)能夠快速識別并在短時間內(nèi)處理故障。通信系統(tǒng)是配電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成之一，通信系統(tǒng)的良好運行決定了配電效率及質(zhì)量。幾十年來，隨著通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各種通信方式層出不窮，主要分為兩大類：有線通信方式和無線通信方式。有線的通信方式需要在各個配電站點之間通過光纖或者電纜進(jìn)行連接，信息傳遞質(zhì)量可控，但是成本較高，操作工序繁瑣，主要原因在于一條通信電纜只能具備一個通信通道。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時，信息傳遞的成本提高，而傳遞質(zhì)量下降。而無線通信方式由其是5G通信技術(shù)，不需要通信電纜，節(jié)省了成本，同時信息傳遞比較高效。不過，有線通信雖然利用不同的通信電纜傳遞信息，盡管成本較高，但是每個信息相互不干擾。而5G通信技術(shù)當(dāng)時存在的最大問題是信號的相互干擾，這也影響了其在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一、有線通信和5G通信技術(shù)的特點及其在配電自動化過程中的應(yīng)用

如上文介紹，有線通信在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，盡管干擾性較小，但是成本較高，信息的傳遞往往局限于短距離傳輸。并且傳遞質(zhì)量和效率較低。與有線通信不同，5G通信的主要傳輸方式是微波，后者的傳輸通道是肉眼不可見的自由空間。因此與有線通信相比節(jié)省了通道費用和成本。在智能分布式配電自動化中，綜合考慮安裝成本、信息傳遞穩(wěn)定性、可靠性、質(zhì)量和維護(hù)等因素，5G通信技術(shù)也逐漸成為配電自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的主要通信方式[1]。

智能分布式配電自動化是當(dāng)前一種高效的供電模式，其優(yōu)點主要是在電路系統(tǒng)中具備分段開關(guān)，當(dāng)局部線路出現(xiàn)問題，發(fā)生故障時，斷路器能夠及時識別故障位點，利用分段式開關(guān)實現(xiàn)定點區(qū)域功能關(guān)閉和隔離，而其他非問題區(qū)保持正常供電。這種高效的故障定位、分析和解決的速度來源于較快的通信速度。在配電自動化系統(tǒng)中，規(guī)定故障開關(guān)的完成時間小于150毫秒，而信息上傳到主站的時間小于3秒[2]。而按照有線通信和無線通信的傳輸速度相比，5G通信技術(shù)盡管會受到信號的相互干擾，但是其傳輸速度較快，其理論的通信延遲小于1毫秒，因此可以滿足智能分布式配電自動化系統(tǒng)的要求。

二、5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化中難點和驗證

2.1干擾原因及類型

隨著通信技術(shù)不斷發(fā)展，我國構(gòu)建了大量的無線通信衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的頻率大約集中在3000-4200赫茲，與5G通信的頻率相似，導(dǎo)致了信號的相互干擾。當(dāng)然，按照國家的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)通信衛(wèi)星信號與5G通信信號發(fā)生干擾時，5G通信信號應(yīng)及時做出調(diào)整或者回避，以保證衛(wèi)星的通信質(zhì)量。隨著我國科技水平的不斷提升，衛(wèi)星的數(shù)量也在逐年的提升，因此要想解決5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化中應(yīng)用的干擾問題，必須要調(diào)整5G通信信號的通用頻率，使其頻率保持在3000赫茲以下或者4200赫茲以上。除了這個方法，還可以發(fā)展一些抗干擾的過濾器，以減緩衛(wèi)星信號對5G信號的干擾。

盡管以上兩個方法在理論上具有可行性，但是更改頻率或者采用過濾器，在一定程度上也影響了通信傳輸?shù)乃俣?，其理論的通信延遲將不會小于1毫秒。所以，在智能分布式配電自動化系統(tǒng)中，通信延遲時間將會加長，可能無法達(dá)到配電自動化系統(tǒng)要求的通信時間。

隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，一些短距離的5G屏蔽信號器也應(yīng)運而生。與通信衛(wèi)星相比，這些屏蔽器材干擾能力和距離有限，但是其帶來的副作用也不容忽視。大型國考的過程中，比如高考，5G屏蔽器材應(yīng)用最為廣泛，主要是為了屏蔽手機(jī)等含有5G信號的設(shè)備，防止作弊。如果智能分布式配電自動化系統(tǒng)分布在考場附近，則極容易收到這種5G信號屏蔽儀的干擾，降低了無線通信的傳輸效率，使得配電系統(tǒng)短時間內(nèi)喪失通信功能。但是當(dāng)這個屏蔽儀關(guān)閉時，通信傳輸也會恢復(fù)。所以說這種短暫的信號干擾不會影響整個配電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。

2.2可行性驗證

近年來，盡管智能化配電自動化逐漸得到推廣，但是有線的通信方式限制了配電自動化的進(jìn)一步發(fā)展。5G通信技術(shù)具有良好的安全性、低成本性、高傳輸速率以及連接廣泛性等優(yōu)點，盡管通信技術(shù)的發(fā)展不能完全避免信號干擾對5G通信技術(shù)的影響，但是其在智能化配電自動化系統(tǒng)中依然發(fā)揮著巨大的優(yōu)勢。

5G通信技術(shù)為智能化配電系統(tǒng)開啟了一個良好的方向，很多研究人員及團(tuán)隊已經(jīng)成功將5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能化配電系統(tǒng)，并在實驗室搭建了模型。在此基礎(chǔ)上，實質(zhì)檢測了5G通信技術(shù)的傳輸速度，并驗證了故障發(fā)生過程、通信延遲時間、故障切斷和供電恢復(fù)過程，結(jié)果表明，相比于有線通信故障處理時間分鐘級提高到了毫秒級。以上模型進(jìn)一步證實了5G通信技術(shù)對智能化配電自動化系統(tǒng)的作用。盡管上一小節(jié)介紹了5G通信技術(shù)在實驗室中與配電自動化系統(tǒng)具有良好的相容性。但是，實際的生活場景不同于實驗室，主要原因在于不確定的故障產(chǎn)生因素較多。比如如上文提及的信號干擾和屏蔽系統(tǒng)，這些干擾因素會短時間的影響5G信號的傳輸速率，但是并不會破壞智能化配電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。因此當(dāng)周圍屏蔽信號消失或者關(guān)閉時，5G信號能夠及時恢復(fù)到正常的傳輸速度，而自動化配電系統(tǒng)也能夠恢復(fù)正常供電速度與質(zhì)量。

除了以上提及的設(shè)備干擾外，如果故障發(fā)生在智能化配電系統(tǒng)，比如配電系統(tǒng)中某條線路與金屬發(fā)生了解除，發(fā)生了嚴(yán)重的電傳導(dǎo)現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致配電系統(tǒng)故障。在這種情況下，與該故障點相關(guān)的設(shè)備需要在短時間內(nèi)上傳故障信息，依據(jù)該信息確定故障地點故障路線。只有明確故障地點和故障路線系統(tǒng)才能夠及時的切除故障區(qū)間從而恢復(fù)其他供電模塊。如果此時5G通信存在延時問題，則會導(dǎo)致故障信息遺漏或者誤判。因此，5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能化配電系統(tǒng)是一個相互作用協(xié)作的過程，信號的干擾不能全面否定5G通信技術(shù)其他的性能。

5G通信技術(shù)應(yīng)用于智能配電自動化系統(tǒng)是大勢所趨。主要原因在于，我國是人口大國，其用電量和用電范圍較大，因此導(dǎo)致了智能分布式配電系統(tǒng)覆蓋面積較廣，這也導(dǎo)致了通信的通路很多。如果采用有線通信方式，則需要大量的通信通道，在這個過程中會產(chǎn)生極高的投資成本，同時光纖及光纜容易風(fēng)化，不能夠長時間使用。5G通信技術(shù)在自由空間以光波的形式進(jìn)行信號傳輸，無需線纜等實物投資，極大的降低了材料成本。同時，盡管上文提出了一個5G信號干擾器以及不利于自動化配電系統(tǒng)的情況，但是需要說明的是，信號干擾往往都是短時的，并不能損害配電自動化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。而在5G通信收到干擾的同時出現(xiàn)系統(tǒng)線路金屬性故障的可能性較低。

因此綜合以上結(jié)論，盡管5G通信技術(shù)存在著一定限制性因素，但是任何新事物的產(chǎn)生到應(yīng)用都需要經(jīng)過一個完整的修正過程，相信在不遠(yuǎn)的將來，5G通信技術(shù)更加完善，降低甚至是完全解決當(dāng)前存在的問題，因此5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化系統(tǒng)中完全具有可行性。

三、5G通信技術(shù)在智能分布配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用中的前景

閉環(huán)的線路發(fā)生故障一般都是長時間的損耗或者遇金屬性物質(zhì)燒壞，這種故障非瞬時，所以很難在短時間內(nèi)恢復(fù)。線路的損壞多是重合閘導(dǎo)致的，而5G通信技術(shù)應(yīng)用的配電自動化系統(tǒng)中，因不需要重合閘而避免了線路損壞，所以降低了故障發(fā)生的概率。

除此之外，5G智能分布式配電自動化系統(tǒng)還能夠?qū)╇姷木€路進(jìn)行檢測，當(dāng)線路發(fā)生故障時候，能夠及時定位并完成故障處理過程。而這種高強(qiáng)度的識別和修復(fù)能力取決于通信手段和方式。

5G通信技術(shù)不同于重合閘介導(dǎo)的故障處理方式，后者處理故障的時間約為幾分鐘，而5G故障識別和處理的時間能夠縮短100倍，僅僅需要幾毫秒。這種短時間的故障處理和供電恢復(fù)避免了總開關(guān)的關(guān)閉，降低了停電的情況，提高了供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。智能分布配電自動化系統(tǒng)分布廣泛，每一個模塊都能夠保證供電的正常。

當(dāng)然，要想實現(xiàn)上述的供電穩(wěn)定系統(tǒng)，只需要安裝一個5G通信終端，將信號與不同的配電系統(tǒng)聯(lián)系起來，無需光纖電纜就可直線配電操控故障監(jiān)控。當(dāng)然，隨著技術(shù)的不斷革新，5G通信終端也將不斷的更新，而其內(nèi)部的一些元件也在進(jìn)一步的創(chuàng)新，最終能夠進(jìn)一步加快故障識別和處理速度。

四、結(jié)束語

5G通信技術(shù)是4G通信技術(shù)的進(jìn)一步提升和改進(jìn)，相比較于有線通信方式，5G通信具有較快的傳輸速率、較低的成本以及智能分布式配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用潛力。當(dāng)前越來越多的配電區(qū)域為了節(jié)省成本，提供供電的穩(wěn)定性和質(zhì)量，將5G通信技術(shù)應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)中。當(dāng)然，在5G通信技術(shù)發(fā)展的初期，還存在一些當(dāng)前無法解決的信號干擾問題。這些問題在一定程度上限制了其應(yīng)用。

本文從自動化配電系統(tǒng)的主要通信方式出發(fā)，指出了有線傳輸方式的缺點。在此基礎(chǔ)上，將有線傳輸方式和無線傳輸方式，尤其是5G通信進(jìn)行了對比，肯定了5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化中應(yīng)用的潛力。并進(jìn)一步探討了5G通信技術(shù)的特點以及在智能分布式配電自動化中應(yīng)用的可行性。

通過以上內(nèi)容的探究，表明5G通信技術(shù)在智能分布式配電自動化系統(tǒng)應(yīng)用中利大于弊，值得推廣。相信隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，5G通信技術(shù)將會得到不斷改進(jìn)，并實現(xiàn)與配電自動化系統(tǒng)完美結(jié)合，提高供電質(zhì)量，促進(jìn)整個社會的經(jīng)濟(jì)和發(fā)展。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]梁子龍，李曉悅，鄒榮慶，等.基于5G通信智能分布式饋線自動化應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2019（7）：7-8.

[2]劉騰飛，葉叢林，朱建磊，等.基于5G通信技術(shù)的智能分布式配電自動化系統(tǒng)可行性[J].農(nóng)村電氣化，2019：（1）：21-22.