汪黔疆

（貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴陽 550002）

技術(shù)研究

無線通信技術(shù)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用前景分析

汪黔疆

（貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴陽 550002）

本文通過分析現(xiàn)今配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中主站與自動(dòng)化終端多種通信方式的優(yōu)劣，詳細(xì)介紹了各種無線通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于無線通信技術(shù)在配電網(wǎng)自動(dòng)化通信中的應(yīng)用前景分析及存在問題。

配電網(wǎng)通信；有線通信技術(shù)；無線通信技術(shù)

1 引言

電力通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)內(nèi)部的專用通信網(wǎng)絡(luò)，它是電力系統(tǒng)監(jiān)測電力設(shè)備的專用通道。電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的可靠性和實(shí)時(shí)性是電力系統(tǒng)通信網(wǎng)最重要的特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能盡快地把故障信息返回到監(jiān)視界面，給調(diào)度人員提供判斷依據(jù)，使電網(wǎng)迅速恢復(fù)。電力系統(tǒng)通信網(wǎng)有別于公用網(wǎng)的另一特點(diǎn)是配電終端非常分散，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量較小，通信網(wǎng)隨電網(wǎng)建設(shè)使網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。

配電網(wǎng)自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和地域特點(diǎn)決定了通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布分散、節(jié)點(diǎn)多、工作環(huán)境差等特征，使得通信技術(shù)的選擇異常復(fù)雜。目前，配電網(wǎng)通信系統(tǒng)在使用的技術(shù)方案有光纖通信、中壓載波通信、無線公網(wǎng)通信、無線專網(wǎng)通信等。

2 有線通信

2.1 光纖通信技術(shù)

電力通信網(wǎng)采用光纖通信已有很長時(shí)間，技術(shù)上已經(jīng)非常成熟。光纖通信具有安全性高、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、容量大、速率高等優(yōu)勢。然而，由于受到配電網(wǎng)與用電網(wǎng)網(wǎng)架分布廣、散、雜、多特征的影響，光纖配電網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用還面臨著很多實(shí)際困難，光纖通信的建設(shè)受老城區(qū)施工困難、建設(shè)成本高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等方面因素的影響。

2.2 中壓電力載波通信

中壓電線載波通信是以中壓配電線作為信息載體的通信技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是可以利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)輸電線路進(jìn)行通信，不需另鋪專用通信線路，具有投資成本低、易于建設(shè)等優(yōu)勢。但受限于其技術(shù)體制的影響，實(shí)際應(yīng)用中它有如下缺點(diǎn)：載波通道衰耗變化劇烈，配電網(wǎng)線路干擾嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性差，網(wǎng)絡(luò)可靠性不高，建設(shè)周期受停電因素影響。

3 無線公網(wǎng)通信

無線公網(wǎng)是指由公網(wǎng)通信運(yùn)營商建設(shè)并且對(duì)公眾開放的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，國內(nèi)無線公網(wǎng)通信采用的技術(shù)包括2G/3G/4G系統(tǒng)，各大城市均有2G/3G/4G覆蓋網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)運(yùn)營商采用多模終端，實(shí)現(xiàn)2G網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充3G/4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式運(yùn)營。

無線公網(wǎng)對(duì)用戶的數(shù)量沒有限制，用戶無須建網(wǎng)和維護(hù)，具有建設(shè)周期短、業(yè)務(wù)開展快、初期網(wǎng)絡(luò)成本低等特點(diǎn)。但是，電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)與公眾用戶共用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也沒有針對(duì)自動(dòng)化業(yè)務(wù)高實(shí)時(shí)、高可靠性的專用保障措施，具有種種局限性，主要體現(xiàn)在：無法傳輸“控制類”類業(yè)務(wù)，安全保障體制不完善，網(wǎng)絡(luò)通道不可控，終端在線率及通信成功率低。此外，無線公網(wǎng)的基站建設(shè)在民用建筑上，傳輸、供電、防盜、防雷等抗毀性措施相對(duì)較差，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障率高，影響業(yè)務(wù)通信。

經(jīng)過系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，目前配用電網(wǎng)在用的無線公網(wǎng)（GPRS/CDMA）系統(tǒng)的一次通信成功率低于90%，無線公網(wǎng)GPRS終端在線率（終端在線時(shí)長/總統(tǒng)計(jì)時(shí)長）約為85%，無法滿足電網(wǎng)對(duì)于業(yè)務(wù)終端100%在線率要求。

4 無線專網(wǎng)通信

4.1 電力無線通信專網(wǎng)的產(chǎn)生原因

電力無線專用通信網(wǎng)的產(chǎn)生原因一般有三點(diǎn)：內(nèi)部生產(chǎn)和管理對(duì)通信有特殊的需求；公用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀不能滿足企業(yè)需求；租用公用通信網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用較高，自建專網(wǎng)具有更好的性價(jià)比。

電力通信專網(wǎng)的建設(shè)主要屬于上述第一個(gè)原因，即電力保護(hù)、調(diào)度控制、應(yīng)急通信等業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的安全性、時(shí)延、路由、通道可用性等有嚴(yán)格要求，公網(wǎng)難以滿足此要求，只能建設(shè)專網(wǎng)并有專門機(jī)構(gòu)管理，才能確保電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行。

4.2 無線專網(wǎng)技術(shù)與無線公網(wǎng)技術(shù)的不同

4.2.1 網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃目標(biāo)不同

無線公網(wǎng)以資源利用最大化為規(guī)劃目標(biāo)，基于統(tǒng)計(jì)用戶的利用概率規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)容量。其使用的網(wǎng)絡(luò)容量單位是Erl（愛爾蘭），一般按平均每用戶0.025E rl（即平均每用戶每小時(shí)通話1.5分鐘）來規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)容量。這種規(guī)劃容量的方式僅適用于普通用戶的一般時(shí)間，在很多情況下都容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況。

無線專網(wǎng)以業(yè)務(wù)實(shí)際需求及其發(fā)展為規(guī)劃目標(biāo)，基于現(xiàn)有用戶容量和吞吐量的需求，并考慮一定時(shí)期的業(yè)務(wù)發(fā)展來規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)容量，確保業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)在線運(yùn)行。

4.2.2 業(yè)務(wù)模型不同

無線公網(wǎng)的發(fā)展是根據(jù)公眾的業(yè)務(wù)模型而開發(fā)的，強(qiáng)調(diào)下行流量的增大，而上行流量一般偏小。無線專網(wǎng)上下行通常采用同樣的技術(shù)體制，可以根據(jù)不同行業(yè)的模型，自動(dòng)調(diào)整上下行業(yè)務(wù)比例。

4.2.3 關(guān)注的內(nèi)容不同

無線公網(wǎng)自始至終都是以語音業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，由于語音業(yè)務(wù)具有實(shí)時(shí)感知性，因此對(duì)于公網(wǎng)運(yùn)營商來說，客戶在語音質(zhì)量發(fā)生弱化的情況下產(chǎn)生的投訴將極大影響公網(wǎng)運(yùn)營商的社會(huì)形象及企業(yè)效益，因此，語音業(yè)務(wù)對(duì)于傳統(tǒng)的公網(wǎng)運(yùn)營商來說具有絕對(duì)優(yōu)先權(quán)。無線專網(wǎng)首先考慮滿足專網(wǎng)用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如智能電網(wǎng)中的“三遙”、“保護(hù)”等業(yè)務(wù)，其次才是對(duì)語音業(yè)務(wù)的QoS控制、時(shí)延等方面進(jìn)行考慮，因此，專網(wǎng)建設(shè)將以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)高于語音業(yè)務(wù)作為策略。

4.2.4 專網(wǎng)追求更高的頻率利用率

相對(duì)而言，公網(wǎng)的頻率資源更豐富，因此頻率規(guī)劃方面不是非常強(qiáng)調(diào)頻譜效率。無線專網(wǎng)往往頻率有限，需要更加著重頻譜效率，通過提高頻譜利用效率能夠在有限的頻譜資源下，提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量，在降低了企業(yè)業(yè)務(wù)頻譜資源申請(qǐng)難度的同時(shí)，保證了企業(yè)業(yè)務(wù)的有效開展。

4.2.5 網(wǎng)絡(luò)覆蓋關(guān)注點(diǎn)不同

無線公網(wǎng)在大城市建網(wǎng)時(shí)，基站密度非常大，但對(duì)于公網(wǎng)運(yùn)營商來說，對(duì)于覆蓋的關(guān)注主要考慮到同心圓規(guī)劃，對(duì)于重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)人群進(jìn)行重點(diǎn)覆蓋保障，而對(duì)于相對(duì)次要的地區(qū)，如農(nóng)村、郊區(qū)等地方的覆蓋要求則明顯弱于中心城區(qū)，因此，從公網(wǎng)建設(shè)的投資收益比來看，公網(wǎng)建設(shè)更關(guān)注于能夠產(chǎn)生較大企業(yè)效益的地區(qū)覆蓋度。

無線專網(wǎng)著眼點(diǎn)與公網(wǎng)則有著比較大的區(qū)別。以智能配電網(wǎng)的無線專網(wǎng)為例，首先無線專網(wǎng)無法建設(shè)大量的基站，也沒有那么大的容量，但覆蓋的目標(biāo)是所有配電終端100%覆蓋，由于智能電網(wǎng)終端的分布較為零散，尤其對(duì)于農(nóng)村、遠(yuǎn)郊以及野外等公網(wǎng)覆蓋相對(duì)較弱的地區(qū)，無線專網(wǎng)也必須保證能夠有效覆蓋，因此，覆蓋是無線專網(wǎng)建設(shè)中最重要的問題之一。

4.2.6 無線專網(wǎng)安全性提升

首先，是技術(shù)體制的安全性提升。以LTE網(wǎng)絡(luò)為例，在eNodeB運(yùn)行過程中，可能遇到很多安全威脅，影響eNodeB的正常運(yùn)作。在ITU-TX.800協(xié)議和ITU-TX.805協(xié)議中定義了五種基本的安全威脅類型，分別為：破壞信息或/以及其他資源；訛用或篡改信息；盜竊或刪除信息或/以及其他資源；泄露信息；中斷業(yè)務(wù)，而針對(duì)以上五種安全威脅，ITUTX.805識(shí)別并定義了以下八種安全措施。

⊙ 接入控制：保護(hù)設(shè)備免于非法使用，僅允許授權(quán)用戶訪問被保護(hù)的內(nèi)容。

⊙ 認(rèn)證：對(duì)通信實(shí)體的身份進(jìn)行確認(rèn)，只允許與合法身份的實(shí)體建立通信。

⊙ 不可否認(rèn)：通過證據(jù)（如操作記錄），防止某些實(shí)體對(duì)特殊操作的否認(rèn)。

⊙ 數(shù)據(jù)機(jī)密性：防止數(shù)據(jù)被非法泄漏，通常采用的方法是加密。

⊙ 通信安全：信息僅在被認(rèn)證的實(shí)體間傳輸，防止通信過程中信息被泄漏或者篡改。

⊙ 數(shù)據(jù)完整性：保證數(shù)據(jù)的正確性，防止非法修改、刪除、生成或復(fù)制，并且提供對(duì)非授權(quán)活動(dòng)的識(shí)別。

⊙ 可用性：保證系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，提供業(yè)務(wù)，不能因?yàn)榉欠ú僮鲗?dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。

⊙ 私密性：保護(hù)密鑰、身份信息以及設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)信息。

其次，除以上協(xié)議所保證的安全機(jī)制外，公網(wǎng)設(shè)備基本建設(shè)在各類民間位置，如民房、室外安放等，安全性相對(duì)較低；而無線專網(wǎng)（以智能電網(wǎng)的無線專網(wǎng)為例）的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本安放在配電所/房，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全性保障明顯優(yōu)于公網(wǎng)設(shè)備，因此，無線專網(wǎng)具有更為完善的安全機(jī)制，能夠抵御各種安全威脅?？傊?，無線專網(wǎng)可定制性高，在行業(yè)中可進(jìn)行針對(duì)性建設(shè)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

4.3 國外電力企業(yè)無線通信專網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r

國外智能電網(wǎng)專網(wǎng)研究已有較長時(shí)間，加拿大在2009年就已將1800MHz～1830MHz分配給智能電網(wǎng)專網(wǎng)通信，美國FCC也將采用同樣的頻段用于智能電網(wǎng)項(xiàng)目。目前，在美國、澳大利亞、加拿大，大型能源企業(yè)均會(huì)考慮或已經(jīng)選擇以無線專網(wǎng)作為其智能電網(wǎng)系統(tǒng)的通信解決方案，具體應(yīng)用案例包括：

加拿大Hyd roone，全網(wǎng)采用無線專網(wǎng)進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)，共建設(shè)基站近4千個(gè)，覆蓋業(yè)務(wù)包括智能集抄、監(jiān)控、配電網(wǎng)控制、內(nèi)部員工通信及寬帶接入業(yè)務(wù)；美國通用電氣（GE）2010年成功測試了利用無線專網(wǎng)技術(shù)的智能電表，此次測試由GE公司與美國電力公司（AEP）以及密西根州第二大電力公司（ConsumersEnergy）共同完成；美國國家電力公司（National Grid）在2009年9月進(jìn)行無線專網(wǎng)技術(shù)的智能電網(wǎng)規(guī)劃等。

4.4 電力無線專網(wǎng)建設(shè)主要問題

4.4.1 頻率申請(qǐng)問題

我國公網(wǎng)無線領(lǐng)域多使用高頻段信號(hào)，高頻信號(hào)在單位面積可以獲得很大的系統(tǒng)容量，但是其功率衰減很快，故需要建設(shè)很多基站。低頻段具有覆蓋廣、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，需要的基站數(shù)量較少。目前，在我國的900MHz，1800MHz，2100MHz頻段資源已基本分配完畢；2.3GHz，2.6GHz頻段預(yù)留給LTE的TDD和FDD公眾網(wǎng)絡(luò)；其他頻段資源多被政府單位和國家部門所使用。

4.4.2 覆蓋問題

無線專網(wǎng)的基站建設(shè)一般在110kV變電站內(nèi)，由于城市地形變化、建筑物情況復(fù)雜等因素，往往對(duì)其覆蓋范圍內(nèi)的10kV節(jié)點(diǎn)存在一定的覆蓋盲區(qū)，無法做到100%覆蓋，需要利用無線公網(wǎng)、光纖通信等技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。

5 結(jié)束語

配電網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性等都有較嚴(yán)格要求，而且配用電業(yè)務(wù)有向?qū)拵Щ杆侔l(fā)展的趨勢，不適合采用無線公網(wǎng)承載；而采用光纖通信、中壓載波等技術(shù)都有無法實(shí)現(xiàn)短時(shí)間廣覆蓋的問題。同時(shí)電網(wǎng)保護(hù)、調(diào)度控制類業(yè)務(wù)，對(duì)通信安全性要求特別高，對(duì)通信的時(shí)延、路由要求非常嚴(yán)格，通信的失效可能影響電網(wǎng)的保護(hù)執(zhí)行，導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓。因此，未來配電網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)是“光纖通信+無線專網(wǎng)”相結(jié)合為主，公網(wǎng)無線為補(bǔ)充的通信模式。配電網(wǎng)通信技術(shù)體制的選擇應(yīng)遵循以下原則：

對(duì)于老城區(qū)業(yè)務(wù)點(diǎn)，以電力無線專網(wǎng)為主；對(duì)于新接入的具高可靠、高安全要求的控制類業(yè)務(wù)點(diǎn)（如遙控），以光纖通信技術(shù)為主，電力無線專網(wǎng)為輔；對(duì)于大量的、分散的、以監(jiān)測為主的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，以無線專網(wǎng)為主，無線公網(wǎng)通信為輔作為補(bǔ)充。

[1] 劉勇．無線通信在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用研究[J]．企業(yè)技術(shù)開發(fā)，20O9，28(1).

[2] 孫曉雅，李永倩，李天．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．傳感器與微系統(tǒng)，2012，31(6).

安達(dá)斯集團(tuán)參加2014北京國際電視技術(shù)研討會(huì)

由中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)主辦，中央電視臺(tái)指導(dǎo)的“2014北京國際電視技術(shù)研討會(huì)”（ITTC 2014）近日在北京舉行，吸引了來自全國各地廣電行業(yè)業(yè)內(nèi)人事與新媒體公司300余人參會(huì)。會(huì)議中主題報(bào)告會(huì)是由中央電視臺(tái)副臺(tái)長何宗就先生主持，國家新聞出版廣電總局科技司司長王效杰女士做主題報(bào)告，中國工程院院士、中央電視臺(tái)總工程師丁文華先生講解了關(guān)于“構(gòu)建下一代電視網(wǎng)絡(luò)制播系統(tǒng)V 2.0的考慮”。

之后，安達(dá)斯集團(tuán)譚嘉良先生作為第三位在主題報(bào)告會(huì)上發(fā)言的廠家嘉賓與現(xiàn)場參會(huì)人員就“全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在新一代廣電系統(tǒng)中的應(yīng)用”進(jìn)行了集中研討與深入的交流，主要內(nèi)容為：全I(xiàn)P架構(gòu)技術(shù)在廣電行業(yè)中發(fā)展的狀況及遇到的困難；IP架構(gòu)技術(shù)已有的國際化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；主要廣電廠商在全I(xiàn)P架構(gòu)技術(shù)上的進(jìn)展概況；全I(xiàn)P架構(gòu)技術(shù)運(yùn)用的成功案例-美國ESPN。他的演講引起了現(xiàn)場與會(huì)人員對(duì)全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用的強(qiáng)烈興趣與共鳴，與此次北京國際電視技術(shù)研討會(huì)相得益彰。此次研討會(huì)受到傳統(tǒng)廣電行業(yè)與新媒體網(wǎng)絡(luò)行業(yè)等多方面的廣泛關(guān)注，為日后的行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與融合奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

安達(dá)斯集團(tuán)參加第二十屆上海電視節(jié)

第二十屆上海電視節(jié)日前召開，安達(dá)斯集團(tuán)作為廣電行業(yè)全業(yè)務(wù)解決方案提供商，攜國外知名廠商的先進(jìn)設(shè)備亮相，展出多套全新設(shè)備以及完整的系統(tǒng)解決方案，安達(dá)斯展臺(tái)分為5大區(qū)域，包括多通道錄制音視頻制作區(qū)，新媒體技術(shù)區(qū)，音視頻新技術(shù)區(qū)，無線與衛(wèi)星傳輸區(qū)，自主研發(fā)成果展示區(qū)。

上海電視節(jié)為國內(nèi)外廣電廠商與各地用戶架設(shè)了鏈接的橋梁，安達(dá)斯集團(tuán)也借助該平臺(tái)，讓華東客戶更加深入的了解最新的廣電技術(shù)產(chǎn)品以及行業(yè)發(fā)展趨勢。安達(dá)斯將會(huì)繼續(xù)以自身的專業(yè)團(tuán)隊(duì)和豐富的集成經(jīng)驗(yàn)為依托，不斷為客戶提供創(chuàng)新的技術(shù)應(yīng)用解決方案。

Analysis on Application of Wireless Communication Technology in Distribution Automation System

Wang Qianjiang
(Power grid Planning and Research Center of Guizhou Grid Corporation, Guiyang,550002)

Through the analysis of the distribution automation system master station and term inal multiple communication modes, introduces in detail theadvantages and disadvantages of various wireless communication technology, and puts forward problems existing in application of wireless communication technology in distribution automation communication based on.

Distribution network communication; communication technology; wireless communication technology

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.07.001

TN 92文獻(xiàn)標(biāo)示碼：B

1672-7274（2014）07-0001-04

汪黔疆，男，1973年生，本科，主要從事電力系統(tǒng)二次規(guī)劃方面的研究工作。