智能配用電網通信技術應用分析

王 棟

（山東科技大學，山東 青島 266590）

0 引 言

智能、物質的本質、宇宙的起源以及生命的本質，并稱自然界四大奧秘，主要包括語言、數學邏輯、空間、身體運動、音樂、人際和自我認知等。將智能和電網通信技術結合，可以提高運行安全性，提升通信工作效率，節省勞動成本。隨著我國通信技術的發展，智能在電網通信方面的優勢愈發突出，人們的呼聲越來越高。在此背景下，本文以智能配用電網通信技術應用為核心，開展了一系列研究。

1 智能配用電網通信技術的作用以及需求分析1.1 作 用

將智能應用于電網通信系統，可以提高通信技術的安全性、工作效率，同時節省勞力。智能電網通信技術主要有模型、通信架構、光纖、接入節點、檢測、傳感器、執行器和安全性等多種技術。這些技術的配用有效提高了電網通信基礎設施的安全水平和隱私水平。首先，智能配網可以有效提高電網通信技術的組件、協議以及網絡等安全水平，保障用戶的隱私安全。其次，將智能技術配用在電網通信系統中，可以實現電網通信技術的全面自動化，如配電自動化、故障自動監測和處理等。再次，智能可以監測電網通信的電能質量，監控電網通信系統的配電運行、配電網電源等，提高電網通信技術的監控、監管質量，進而提升電網通信質量和效率。最后，智能配用電網通信技術可以實現自動化，節省工作時間，降低系統運行的人力成本。

1.2 需求分析

配電通信包括配網業務和用電業務兩種。配網業務包括電能質量檢測、配電運行監控、在線檢測、配網移動搶修和配網自動化等多種業務。它的通信寬帶需求分析如表1[1]所示。

表1 配電網業務通信寬帶需求表

由表1可知，我國配電通信電能質量監控單點流量達到2.4 kb/s，配電運行監控數據達到284 kb/s，視頻4 Mb/s，語音128 kb/s，其他業務單點流量也非?？捎^。未來，業務會成倍增長，需求量亦會隨之成倍增長。

用電業務主要包括用電信息采集、需求側實時管理、自助繳費終端、智能化報裝和智能家居等，其通信需求分析如表2所示。

由表2可知，各類業務的需求量巨大，如果不提高配電通信技術的智能水平和覆蓋率，通信業務將不能緊跟未來通信需求的步伐。

2 智能配用電網的有線通信技術應用

電網有線通信技術主要有三種，分別是光纖通信、電力線載波通信和數字用戶線。

表2 用電網業務通信寬帶需求表

2.1 光纖通信技術

光纖通信技術是利用光波在光導纖維中傳播電信號，光波主要來源于激光。它的優點是安全性強、可靠性高，受外力影響比較小，缺點是造價成本較高，施工牽涉面較廣，且靈活性低。因光纖通信技術缺點的限制，它在早期推廣時非常困難。后來出現光纖復合地線和光纜技術，降低了造價成本，縮減了施工工序，我國骨干網絡開始大規模應用光纖通信技術。智能配用電網光纖通信技術，可以實現光纖通信自動監測、實時監控等功能，提高光纖通信的工作效率、工作安全性，保護用戶隱私安全。比如，將智能技術運用于光纖放大器，可在監控中心實時監控被直接放大的光信號，監控延長的傳輸通信通道、通信系統中損耗補償的分配以及放大器系統運行中出現的各種問題、故障，以便及時予以處理[2]。

2.2 電力線載波通信

電力線載波通信技術的傳輸媒介主要是輸電線路的載波信號。它的優點是支撐結構牢固，安全性和可靠性較高。因為電力線的材料比較便宜且不需要重新布線，所以節省了許多工序。電力線載波通信技術不僅成本低還節省勞動力，相對光纖、數字等通信技術而言，經濟實惠。它的缺點是載波信號傳輸較慢，無法跨越變壓器傳輸載波信號，且信號傳輸容易受強力電磁波等外力因素影響，導致信號傳輸不穩定。此外，隨著我國通信技術的高速發展，通信業務單點流量越來越大，電力線載波通信技術的缺點日益突出。尤其是出現智能技術后，電力線載波通信技術將無法滿足智能電網通信的需求，逐漸退出通信市場。

2.3 數字用戶線通信技術

數字用戶線的英文簡稱是DSL，DSL是英文Digital Subscriber Line的簡稱。它的傳輸介質主要是電話線，是利用公用電話網絡的用戶環路，支持對稱和非對稱傳輸，解決通信服務網絡最終用戶與供應商之間存在的“最后一公里”傳輸瓶頸問題。數字用戶線通信技術的靈魂是編碼技術。它的技術優勢是根據通信線路的實際情況進行動態調整，明顯提高通信技術的抗干擾能力，確保通信系統中傳輸數據的完整性和高速性。此外，可以在已經鋪設的電話用戶環路資源的基礎上鋪設數字用戶通信線路，節省建設成本，而缺陷是必須借用固話通信網絡，限制了通信寬帶業務的發展[3]。

3 智能配用電網的無線通信技術應用

3.1 無線通信技術簡介

無線通信技術主要包括蜂窩網技術、短距離無線通信技術、遠距離無線通信技術和衛星通信。蜂窩網沒有自己的專用通信設備和頻段，主要是租用通信運營商的通信頻段和設備，因此建設成本較低且網絡覆蓋廣。專用網的優點比較顯著，公網卻受諸多限制。公網受通信運營商的控制，在租用成本高、網絡繁忙等情況下，用戶不能優先使用通信網絡。此外，因公網定制化水平不高，導致無線通信技術不能充分契合智能電網通信的要求。短距離無線通信技術的種類較多，功能各有千秋，多用在小范圍多終端領域。比如，藍牙技術成本較低，但其安全性、可靠性、多功能支持能力較差。Zigbee和6LoWPAN技術的可靠性、安全性較高且帶寬大，傳輸支持能力較強，可遠距離傳輸。遠距離無線通信技術主要包括低功耗廣域網和WiMAX。低功耗廣域網屬于新興無線通信技術，專為物聯網而設計，可遠距離傳輸通信信號，降低傳輸功耗，在智能用戶端、偏遠設備的細通信傳輸等方面應用較廣。因為WiMAX的通信設備比較昂貴，所以其建設成本高。此外，它具有移動性差和不能無縫切換的缺點，但可滿足絕大多數通信的應用需求。衛星通信具有覆蓋范圍廣、組網快捷方便、傳輸通道穩定和無縫連接等優點，但它對電網通信的技術要求較高，且建設成本較高，注定不能在智能配用電網通信技術中廣泛應用。在我國，只有在某些較重要的應急情景中才會采用衛星通信技術。

3.2 模型設計

智能配用電網通信系統的通信供給和可靠性保障并非均等，而是按照用戶需求和重要性進行分級安排。這個特點要求不同級別的通信網絡對應不同單點流量用戶，以確保網絡高峰時可優先供給高等級用戶。因此，設計智能電網通信模型時必須考慮用戶的分級，分級、分區處理不同級別的用戶。隨著智能通信業務量的劇增，差異化愈加明顯。為適應差異化服務的特點，設計通信模型時需采用排隊模型設計，以確保高級用戶優先使用通信資源，且保障不同用戶享受不同的通信資源。

3.3 應用分析

智能配用電網通信技術的應用廣泛，本文主要分析WSNs的應用場景。WSNs具有功耗低、節省成本、覆蓋廣和靈活性高等優點，在智能電網通信技術中應用最廣。它主要涉及三種技術，分別是密集海量數據傳輸技術、鏈狀技術和離散分簇式數據傳輸技術。

3.3.1 密集海量數據傳輸技術的應用分析

密集海量數據傳輸主要應用于家域網、廣域網等集中監控，要求這項技術具有廣覆蓋性、多接點以及可拓展性等特點。為了符合要求，分離分簇、蜂窩狀和數控分離三種結構應運而生。家域網中分離分簇技術以家庭分簇，鄰域網以樓宇和小區分簇，且只適用于人口密集的地方。人口密集處，使用智能電表等智能設備作為簇頭，傳感節點被分為一簇簇小節點，以便數據傳輸的管理和采集[4]。

蜂窩狀通信技術主要是將多個密集區劃分為多個蜂窩狀網格網絡，在網絡中心安置一個匯聚節點，通過匯聚節點控制數據傳輸，均衡相鄰網格的數據承載量。蜂窩狀的優點是優化傳輸數據各節點的性能，最大程度提高資源利用率。雖然它也是分簇，但與分離分簇相比，性能得到了全方位提升。數控分離的核心是通過分離控制和數字平面提高智能電網通信技術海量節點的控制能力，并降低硬件需求[5]。

3.3.2 鏈狀技術

鏈狀技術主要應用于電網的輸電線路，如高壓鐵塔輸電線路。高壓鐵塔線路廣，需要實時監控線路的各種情況。因此，要求通信技術實時監控高壓鐵塔間線路是否出現因漏電、電線舞動、結冰造成的短路、斷電等故障。通過實時監控及時發現故障，進而有效處理故障，確保智能電網通信系統中高壓電線的線路安全。

3.3.3 離散分簇

分離分簇是將系統中每一個節點看作一個子網絡，每個子網絡所有傳感節點的傳輸數據由匯聚節點統一管理。它的優勢是可以選擇性覆蓋通信區域，將電網通信資源集中在需要覆蓋的區域，以提高電網通信資源的利用率和通信網絡的整體功能。

4 結 論

智能技術運用于電網通信技術，不僅節省勞動力，節約成本，而且提高了電網通信技術的安全性、可靠性，確保了電網通信的高速運轉。我國電網通信單點流量需求越來越大，人們也愈發關注智能技術在電網通信技術中的應用優勢。因此，可以根據電網通信技術的優缺點和實際情況，選擇最佳的智能電網通信技術。