沈 春

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司東臺市供電分公司，江蘇 鹽城 224200）

0 引 言

隨著全球能源需求的持續(xù)增長和對可持續(xù)發(fā)展的不斷追求，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行變得尤為重要。輸配電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其監(jiān)測與控制直接影響到電力的質(zhì)量、供應(yīng)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1-2]。傳統(tǒng)的輸配電系統(tǒng)面臨眾多挑戰(zhàn)，包括設(shè)備老化、效率低下以及對突發(fā)事件的響應(yīng)不足等。隨著技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于輸配電系統(tǒng)，極大地提升了其監(jiān)測和控制的效率與準(zhǔn)確性，從而推動(dòng)電力系統(tǒng)的智能化管理進(jìn)程。從基礎(chǔ)的有線通信到先進(jìn)的無線通信技術(shù)（如5G 等），這些技術(shù)為實(shí)現(xiàn)輸配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制提供了強(qiáng)大的支持。

1 基于公網(wǎng)GPRS 的輸配電監(jiān)測與控制

1.1 公網(wǎng)GPRS

公網(wǎng)通用分組無線服務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）是一種基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，采用分組交換的方式在移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間傳遞信息[3]。GPRS 的引入標(biāo)志著移動(dòng)通信從傳統(tǒng)的電路交換數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)向分組數(shù)據(jù)傳輸，為移動(dòng)設(shè)備提供了更高效、成本更低的數(shù)據(jù)通信方式。該技術(shù)支持多種數(shù)據(jù)類型傳輸，包括文本、圖像及視頻等，使移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)得到廣泛應(yīng)用。

1.2 公網(wǎng)GPRS 在輸配電監(jiān)測與控制中的應(yīng)用

通過配置數(shù)據(jù)終端單元（Data Terminal Unit，DTU）和相應(yīng)天線，GPRS 技術(shù)在輸配電變壓器監(jiān)測與控制方面發(fā)揮著重要作用。利用移動(dòng)運(yùn)營商的GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立專線連接，通過配置專用的接入點(diǎn)名稱（Access Point Name，APN），確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院退矫苄浴］斉潆姳O(jiān)測與控制系統(tǒng)中的路由器采用私有固定網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址相連，進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。在監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程中，GPRS 模塊執(zhí)行附著操作，GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)會查詢歸屬位置寄存器并確認(rèn)移動(dòng)終端允許使用的APN，隨后利用域名系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)路由。這種配置不僅提升了監(jiān)測與控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和處理，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)維效率。

此外，輸配電監(jiān)測與控制系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)與商用數(shù)據(jù)庫來管理各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、歷史數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，方便用戶使用和維護(hù)，確保數(shù)據(jù)處理的高效性和可靠性。

1.3 面臨的挑戰(zhàn)

基于公網(wǎng)GPRS 的輸配電監(jiān)測與控制技術(shù)在早期為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一種可行的解決方案，但隨著電力系統(tǒng)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和高效控制需求的增長，其局限性日益凸顯。首先，GPRS 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，最高理論傳輸速率僅為171.2 kb/s，限制了大量或高頻率數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，特別不適用于需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制的場景。其次，GPRS 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋并不全面，可能無法覆蓋偏遠(yuǎn)或地理位置復(fù)雜的輸配電網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，從而影響監(jiān)控系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性。最后，公網(wǎng)GPRS 通信可能面臨網(wǎng)絡(luò)擁塞和服務(wù)質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，這在緊急情況下尤為關(guān)鍵。

2 基于5G 通信技術(shù)的輸配電監(jiān)測與控制

2.1 5G 通信技術(shù)概述

與公網(wǎng)GPRS 相比，5G 通信技術(shù)具有多方面的顯著優(yōu)勢[4]。其峰值下載速率高達(dá)20 Gb/s，遠(yuǎn)超GPRS 的最高理論速率，為高清視頻傳輸、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署及邊緣計(jì)算等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。此外，5G 通信技術(shù)能實(shí)現(xiàn)毫秒級別的端到端延遲，為實(shí)時(shí)控制和自動(dòng)化應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)保障。5G 通信技術(shù)結(jié)合低頻段和高頻段，既保證了較大的地理覆蓋范圍，又實(shí)現(xiàn)了在高密度區(qū)域內(nèi)的高速數(shù)據(jù)傳輸。在輸配電監(jiān)測與控制方面，5G 通信技術(shù)的引入預(yù)示著電力系統(tǒng)運(yùn)維管理將更加高效、智能。

2.2 5G 通信技術(shù)在輸配電監(jiān)測與控制中的應(yīng)用

通過部署在輸配電網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)收集電流、電壓及溫度等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。這些設(shè)備通過5G 通信網(wǎng)絡(luò)與最近的5G 基站連接，利用5G 通信網(wǎng)絡(luò)的高速率和低時(shí)延特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速上傳。5G 基站采用大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）和毫米波技術(shù)，保證了網(wǎng)絡(luò)的高容量和廣泛覆蓋，支持大量設(shè)備的同時(shí)連接。數(shù)據(jù)從設(shè)備傳輸?shù)?G 基站后，借助邊緣計(jì)算技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行初步處理和分析。由于邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)靠近數(shù)據(jù)源頭，可以快速響應(yīng)，縮短數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提高處理效率，對于需要實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速控制的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。經(jīng)過初步處理的數(shù)據(jù)通過5G 通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到中心監(jiān)控平臺，該平臺進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，全面監(jiān)控和分析電源狀態(tài)。在必要時(shí)，中心監(jiān)控平臺還可以通過5G 通信網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場控制設(shè)備下發(fā)控制指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和優(yōu)化操作。

2.3 面臨的挑戰(zhàn)

盡管基于5G 通信技術(shù)的輸配電監(jiān)測與控制系統(tǒng)在通信速度、網(wǎng)絡(luò)容量及延遲等方面實(shí)現(xiàn)了顯著改進(jìn)，但在面臨自然災(zāi)害等緊急情況時(shí)，其穩(wěn)定性和可靠性仍存在一定的挑戰(zhàn)。在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，通信設(shè)施往往會遭到破壞，進(jìn)而影響網(wǎng)絡(luò)通信和監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)在需要發(fā)揮作用的時(shí)刻無法有效運(yùn)行，對用戶造成負(fù)面影響。

3 基于無線專網(wǎng)的輸配電監(jiān)測與控制

3.1 無線專網(wǎng)概述

無線專網(wǎng)作為一種安全、可靠的通信方式，為輸配電監(jiān)測與控制系統(tǒng)提供了高度可定制的通信手段[5]。近年來，采用分時(shí)長期演進(jìn)（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）技術(shù)構(gòu)建的無線專網(wǎng)，特別是在230 MHz 頻段上的應(yīng)用，顯著增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋和深穿透能力，使監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效覆蓋偏遠(yuǎn)和地理環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域。這種基于TD-LTE 230 MHz 頻段的無線專網(wǎng)通過專用的頻段和優(yōu)化的技術(shù)配置，不僅確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理，還大幅提升了系統(tǒng)在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性，為輸配電系統(tǒng)的高效運(yùn)維和智能控制奠定了堅(jiān)實(shí)的通信基礎(chǔ)。

3.2 TD－LTE 230 MHz 無線專網(wǎng)在輸配電監(jiān)測與控制上的應(yīng)用

基于TD－LTE 230 MHz 無線專網(wǎng)技術(shù)的輸配電監(jiān)測與控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，包括采集層、通信網(wǎng)絡(luò)層以及系統(tǒng)應(yīng)用層。

圖1 基于TD－LTE 230 MHz 無線專網(wǎng)技術(shù)的輸配電監(jiān)測與控制系統(tǒng)架構(gòu)

在采集層，將監(jiān)測終端安裝在輸配電線路上，通過微功率無線通信技術(shù)與輸配電變壓器處的輸配變終端進(jìn)行信息交換。利用這種低能耗、長距離的通信方式，根據(jù)線路狀況靈活配置監(jiān)測終端，從而優(yōu)化監(jiān)測效果。

在通信網(wǎng)絡(luò)層，TD-LTE 230 MHz 無線專網(wǎng)負(fù)責(zé)將輸配變終端的數(shù)據(jù)高效傳輸至無線基站，然后通過光纖連接至系統(tǒng)應(yīng)用層的監(jiān)測與控制系統(tǒng)。相較于依賴公網(wǎng)GPRS 或無線公網(wǎng)的傳統(tǒng)系統(tǒng)，TD-LTE 230 MHz 無線專網(wǎng)在自然災(zāi)害等緊急情況下仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行，有效避免了關(guān)鍵時(shí)刻服務(wù)中斷的問題。

在系統(tǒng)應(yīng)用層，監(jiān)測系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)故障的精確定位和分類，并根據(jù)定位和分類結(jié)果對故障進(jìn)行有效控制。這不僅提升了監(jiān)測系統(tǒng)的自動(dòng)化和現(xiàn)代化水平，還避免了傳統(tǒng)通信方式中存在的安全隱患和服務(wù)優(yōu)先級問題。

3.3 面臨的挑戰(zhàn)

盡管基于無線專網(wǎng)的輸配電監(jiān)測與控制系統(tǒng)在通信穩(wěn)定性、安全性以及定制化服務(wù)等方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，但仍面臨一系列挑戰(zhàn)。例如，構(gòu)建和維護(hù)一個(gè)私有的無線專網(wǎng)時(shí)，需要投入大量的初期資金和持續(xù)的運(yùn)維成本，這對于許多電力公司，特別是規(guī)模較小的企業(yè)而言，可能帶來不小的經(jīng)濟(jì)壓力。此外，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，無線專網(wǎng)需要不斷更新來維持其技術(shù)先進(jìn)性，這不僅增加了成本，還對技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求。

4 結(jié) 論

文章主要研究通信技術(shù)在輸配電監(jiān)測與控制中的應(yīng)用，詳細(xì)分析了基于GPRS、5G 通信技術(shù)以及無線專網(wǎng)的輸配電監(jiān)測與控制應(yīng)用，并探討了它們各自存在的局限性。通過闡述各技術(shù)當(dāng)前所面臨的挑戰(zhàn)，為電力系統(tǒng)的智能化轉(zhuǎn)型提供理論支撐。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要綜合考慮各種通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更高效、更智能的輸配電監(jiān)測與控制。