基于智能電網的無線通信技術研究

陳 婷

（南京貝龍通信科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

相較于傳統電網，智能電網能夠實現全自動連續運轉，憑借信息集中化優勢確定配電網局部需求，合理進行電源分配以提高電源利用效率，在精確監控用戶用電行為的基礎上實現電價測量和計費，有效提升電網運行的經濟性和可靠性。而在智能電網實際運行的過程中，需建立全雙工、全數字化以及高時效性的通信網絡，確保網管中心和網絡設施設備間可以完成數據信息交互。因此，應引入優勢更多的無線通信技術來推動電力產業結構升級優化，從而滿足智能電網的發展需求。

1 智能電網的通信需求

智能電網通過在電力系統中引入計算機、自動化控制等技術，能夠實現電力生產、輸送、分配以及使用等各環節的有效管理，使電網運行實現高度自動化的目標。將電力網絡和信息技術結合在一起，運用各種數字化傳感器實時采集電網數據，通過分析和統計實現自動化控制，有效提高電網資產的利用效率。在不同地區電力資源儲備、電力需求等存在差異的情況下，需要保持電網信息的雙向流動，為資源的集中化管理提供支持[1]。對于全自動電力傳輸網絡，需要對用戶和網絡節點進行監控，為從發電到用電的各節點提供信息基礎。搭建網絡通信架構，通過綜合信息網絡、有線傳輸網絡以及無線傳輸網絡等實現上、下互聯互通，通過全覆蓋管理合理進行資源調度，保證電網的穩定運行。

2 無線通信技術在智能電網中的應用優勢

首先，相較于傳統有線通信技術，無線通信技術擁有更大的覆蓋面積，能夠保證智能網絡建設不受線路影響，確保用戶可以在網絡覆蓋范圍內隨意使用網絡。運用WiFi技術，能夠實現信號范圍內全網絡覆蓋。而運用藍牙技術，能夠實現各種設備間的信息多向交互，可以滿足智能電網設備間的通信需求。

其次，無線通信技術可以以更快的速度傳遞信息，因此在智能用電管理、遠距離抄表作業等活動中都需要采用無線技術傳輸數據，從而有效提高電力系統工作效率。通過無線通信方式傳輸文件、圖片以及數字視頻等，不受網絡空間限制，能夠取得較為理想的信號傳輸效果[2]。

最后，無線通信無需線纜或導體即可實現節點間的通信傳輸，能夠為移動設備、便攜設備等使用無線網絡通信提供支持，做到靈活組網。根據不同地域傳輸距離需求，可以將網絡劃分為廣域網、局域網、城域網等，通過建立傳輸協議確保各網絡間能夠安全、規范傳遞信息。通過剔除網絡線路和精簡網絡設備，可以減少智能電網建設成本和網絡通信成本。

3 基于智能電網的無線通信技術應用分析

3.1 在電網監控中的應用

智能電網擁有復雜的結構，采用的施工工藝也較為復雜，容易給電網運行安全性造成影響。在智能電網運行的全生命周期中，需要依靠無線通信網絡采集和傳輸信息，并實現指令下達，以此滿足電網監控需求。在發電環節，運用無線通信監視逆變設備，例如在太陽能發電中對光伏逆變實施無線監測，確定并網發電系統的運行狀態，能夠為故障分析和處理提供支持。使用采集器獲取各種發電設備參數，對發電系統各項數據指標進行合理評估，并通過通信網絡反饋告警信息和控制指令，從而實現遠程監控和操作[3]。通過沿線布置故障指示器，利用單片機處理電纜溫度、電流強度等各種信息，然后利用移動網絡將信息傳輸至監控平臺，根據平臺控制指令實現故障處理或隔離。在變電環節，可以通過無線監視的方法獲得變電設備的運行狀況和周圍環境信息，及時確認是否存在異常狀況，并根據設定發出告警，啟動應急措施，將危害控制在最小范圍內。在配電環節，能夠通過無線通信方式實現配電網絡柱指標監控，將獲取的電流、電壓等與設定的安全閾值比較，為配電管理提供支持。在用電環節，通過智能電表配備的通信接口將數據傳遞至采集器后，通過無線網絡將信息傳輸至數據中心服務器，為監控用戶用電情況提供支持。基于無線通信技術的電力監控系統組成如圖1所示。

圖1 基于無線通信技術的電力監控系統

3.2 在用電服務中的應用

在智能電網用電服務方面，可以運用無線通信技術進行電能監測管理，確保電力系統能夠實現遠程抄表和巡檢報警等功能，滿足用戶自助查詢耗電量等需求。在電能計費方面，智能電網采用實時計費方式，避免峰值用電需求量過大給電網帶來不利影響。為實現這一目標，需要采用無線通信方式將各種用電設備與智能電表連接，在掌握電網供電情況和用電峰值等信息的基礎上，合理分析和判斷用戶對各種設備的用電需求，在夜間等用電量較低的時段對設備進行充電，確保電網穩定供電，并減少用電成本。在電力行業信息化發展背景下，為滿足節能減排等特殊用電管理需求，智能電網開始配備各種無線終端進行現場用電管理，能夠與電網控制中心通信獲得網絡狀態信息，從而引導用戶合理用電[4]。在城市道路照明用電方面，通過無線設備確定道路狀況，完成路燈亮暗的自動調節，避免產生不必要的電能浪費。在區域用電管理方面，電網可以通過無線設備單相增加傳輸電壓和功率，確保區域供電平穩。在無線通信技術的支持下，工作人員無需到現場開展抄表等工作，而是能夠根據實時用電情況進行電力資源遠程調控，從而有效降低智能電網用電管理成本。

3.3 在業務開展中的應用

隨著科學技術的發展，智能家居、智能城市建設等都離不開無線通信技術的支持。開展各類業務時，需要使用頻譜訪問、融合以及傳感等方式完成信號傳輸。但在智能電網頻譜有限的情況下，需要利用無線通信方式完成頻譜動態識別，有效降低頻譜租賃成本。隨著頻譜接入的設備和網絡不斷增多，促使無執照頻譜用戶大量出現。而采用認知無線電和動態頻譜接入技術，能夠為智能網絡提供新的無線服務，在頻譜資源有限的情況下依然能夠進行頻譜感測、聚合及訪問，保證電網業務信息實現可靠傳輸[5]。在智能家居建設中，使用智能網關、智能插座等先進設備通過無線網絡對空調、冰箱等電氣能耗進行監測，獲得用電負荷和能耗信息。基于無線通信技術的智能家居業務如圖2所示。

圖2 基于無線通信技術的智能家居業務

在感知電網負荷和實時電價等信息的情況下，可以通過智能管理系統實施科學管理。例如在省電模式下，可以根據電費信息對中央空調冷卻狀態、溫度等進行調節，達到減少設備耗電量的目標。在智慧城市建設背景下，可以根據電網負荷壓力合理調節裝置充放電狀態，在保證電網安全運行的同時有效提高能源利用率[6]。

4 基于智能電網的無線通信技術應用發展

4.1 技術應用限制

應用無線通信技術能夠提高智能電網的實用性、安全性，但在實際應用過程中該技術也存在一定的缺陷。

在惡劣環境條件下，無線通信將受到雷電、高溫等不可抗因素的干擾，出現通信受阻、傳輸效率低等情況[7]。此外，智能電網需要利用無線設備采集和分析數據，通常是通過基站傳感器和終端計算機分別實現不同的功能。由于目前基站及終端尚未達到完全物聯化的要求，因此需要將數據上傳至數據中心展開進一步分析。而實際智能電網在配備大量無線設備時，會遇到能量儲備不足的問題[8]。盡管無線設備應用成本較低，但在通信可靠性方面仍然存在問題。相較于有線設備，無線設備在信息傳輸和存儲方面提出了更高的安全要求，例如在電網計費等方面強調采取網絡安全防范措施，同時采用防護機制提高通信管理水平。如果未能做好電網通信安全防護設計，將給無線技術的應用帶來限制。

4.2 未來發展方向

針對智能電網的數據采集、控制等設備，應對其無線通信功能進行擴展，確保可以構成穩定的通信網絡。針對電網信息通道，還應完成內、外網絡的建設，通過形成二元結構保證信息的穩定傳輸[9]。建設內部網絡，用于開展設備檢修、視頻監控等各項管理活動，并通過外部網絡對電網生產、運行等信息進行承載。通過建立雙通道，可以通過無線網實現內、外網的連接，確保電網各項通信功能順利實現。

針對智能電網配備的無線基站，應構建相應的模塊，完成多種功能模塊的搭載，確保基站能夠實現可靠通信。通過平臺，能夠實現信息傳輸和處理，同時完成數據存儲。而通過配備電源、照明等功能模塊，提供多個通信端口，能夠滿足視頻會議、網絡信息搜索等各項業務的需求[10]。

為保證智能電網數據安全，應引入各種安全技術加強電網無線通信管理。例如針對內、外網絡，可以通過設置防火墻、隔離裝置等加強物理隔離，也能利用網絡安全通信協議建立防護機制，確保電網內部的通信安全。在完成安全邊界設置的基礎上，加強漏洞檢測、攻擊檢測等安全技術的運用，從而為基礎數據傳輸提供安全保障。

5 結 論

無線通信技術在信號覆蓋范圍、傳輸速率等方面具有顯著的優勢，在智能電網中應用該技術可以較好地滿足電網建設發展需求。加強無線通信技術在智能電網運行監控、用電服務管理以及業務開展等方面的應用，在充分發揮技術優勢的同時，應結合其在實際應用存在的缺陷進行創新探索，不斷提升無線通信技術的應用效果，從而推動智能電網的高速發展。