智能配電網中無線通信技術的應用研究

唐超洋 王清海

摘要：要實現傳統配電網向智能配電網的轉化，必然要依托涵蓋各種形式的通信系統的建設。首先根據智能配電網的供電特點和運行期冀，分析了無線通信的重要性以及具體選擇時的因素考量。其次對多類無線通信模式進行研究，分析優缺點，以作決策參考。最后以電力系統相關原則為據，提出無線通信組網架構，可作為智能配電網建設或改造的有效參照。

關鍵詞：智能配電網;無線通信;組網方案

0? ? 引言

與傳統配電網相比，智能配電網需吸納各類分布式電源，且須具備完善的保護和自愈能力[1]，這些都離不開海量入網設備之間的全景式信息交互。由于配電網的服務對象點多面廣、四處雜散，完全依賴光纖通信既不經濟，也不現實，必須考慮對無線通信方式的應用。

1? ? 智能配電網對無線通信的需求分析

隨著能源利用總量的躍增、用戶對高供電可靠性的期冀以及環境保護的要求，電力供需發生了根本性變革。首先，由于傳統化石能源的可預見枯竭及其對環境的嚴重影響，吸納用戶側新型清潔能源勢在必行;其次，實踐證實，電力利用經濟化和電網調控精細化需要電力需求側的有效參與[2];最后，各種情形的電力供應中斷將產生越來越嚴重的社會影響。以上問題的解決離不開智能配電網的建設。

智能配電網可劃分為主站、通信系統、自動化終端等“區塊”[3]，其中，通信是紐帶，是關鍵。

智能配電網的通信系統在組網上存在以下困難：（1）配電網節點多、類型雜、分布密度不均，要將它們納入統一的通信網十分不易。（2）多數節點地處戶外，環境惡劣，且電源供應困難，大大限制了通信方式的選擇。（3）隨著網絡自愈、故障定位等要求的提升，配電網通信不但要求全覆蓋，還必須滿足實時性，這就要求在經濟性和技術性上尋找平衡。

因此，總的來說，在智能配電網環境下進行通信系統建設不能只依靠光纖方式，而應更多注重無線通信手段，且要做好以下統籌：（1）成本低。目的是適應配電網多節點布設的網絡結構。（2）工期短。配電網建設或改造基本是為了滿足電力剛需，若通信系統建設周期過長，將影響配電網的實際投運時間節點，進而帶來一系列負面影響。（3）適應性強。配電網層面的通信往往帶有突發性強、數據量大的特點，必須采用合適的負載均衡方法來降低業務阻塞率。（4）擴展性好。配電系統更新換代快，不斷會有新型設備入網，應使通信系統具備良好的兼容性。

2? ? 各類無線通信技術的應用分析

無線通信以其便捷、受限少等優點深受人們青睞。在智能配電網層面，可吸納的無線通信技術如圖1所示。

（1）GPRS，歸屬無線分組數據業務[2]，可提供9.05～171.2 kb/s的數據傳輸速率。用戶可在端對端分組模式下發送或接收數據。技術解析如圖2所示。

（2）LTE，歸屬4G無線通信技術，頻譜效率和數據傳輸速率較優異[1]。根據文獻[4]的研究，該項技術的特性有：1）就覆蓋距離和深度來講，低頻段基站占有優勢;2）配電終端的通信速率在很大程度上取決于運營商在基站內安裝何種天線;3）LTE網絡流量受節假日影響較大;4）當配電終端處于基站邊緣區域時，通信速率無法得到保障。

（3）BMA，歸屬無線寬帶技術，可契合配電自動化延時、速度和帶寬的要求。BMA的部署非常便捷，有無線廣域網、城域網、局域網和個人域網等分型。BMA的優勢：覆蓋范圍廣、安全系數高、信息傳播率大、不受限于位置因素。因此，針對微電網孤島控制、分布式能源保護等問題，可依托BWA。

（4）WMN，新興的現代無線通信技術，除了可獲取數據和圖像外，還可對目標對象進行監控[4]，使信息采集更加真實和科學。

（5）WLAN，即無線局域網技術，最高帶寬可達11 Mb/s，理論上能確保數據信號的穩定性[2];但WLAN技術容易受環境干擾和黑客攻擊，需要做好技術改進和安全防范。

（6）LMDS，主要借助毫米波進行各類“音/視”信息的傳輸，可實現一點對多點無線接入，在固定寬帶模式中具有明顯優勢，其解決方案如圖3所示。

3? ? 無線通信的組網方式

配電終端與主站的無線通信載體為TCP/IP數據，可行途徑有兩條：（1）內置無線傳輸模塊;（2）經由串口同外置無線傳輸模塊進行連接。根據《電力二次系統安全防護規定》，智能配電系統歸屬安全Ⅰ區，應以“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”作為無線通信網絡的建設原則。無線公網組網結構示意圖如圖4所示。

4? ? 結語

隨著分布式電源和微電網大量涌現以及電力供需雙方對配電網運行經濟、可靠、環保等要求的大幅提升，智能配電網取代傳統配電網將是大勢所趨。在智能配電網環境下，對數據信息獲取的要求在各方面都有了質的變化，不但要依托光纖通信的寬幅延伸，還需要根據各類實情選擇性價比最高的無線通信方式，以形成多層集成的配電網通信系統。

[參考文獻]

[1] 于佳，劉金鎖，蔡世龍.TD-LTE電力無線專網性能仿真[J].廣東電力，2017，30（1）：39-45.

[2] 宋金沙.關于無線通信技術在智能配電網中的應用[J].電子技術與軟件工程，2016（15）：46.

[3] 姜有泉，湯亞芳，黃良，等.智能配電網無線通信系統可靠性研究[J].電力大數據，2017，20（12）：52-55.

[4] 王輝.智能配電網中無線通信技術的應用研究[J].電子測試，2019（11）：92-93.

收稿日期：2020-08-28

作者簡介：唐超洋（1981—），男，廣西南寧人，工程師，主要從事電力計算機軟件研發工作。

王清海（1989—），男，廣東廣州人，助理工程師，主要從事電力系統項目管理工作。