无线通信技术在配电自动化系统中的应用前景分析

汪黔疆

（贵州电网公司电网规划研究中心，贵阳 550002）

技术研究

无线通信技术在配电自动化系统中的应用前景分析

汪黔疆

（贵州电网公司电网规划研究中心，贵阳 550002）

本文通过分析现今配电网自动化系统中主站与自动化终端多种通信方式的优劣，详细介绍了各种无线通信技术的优缺点，提出了基于无线通信技术在配电网自动化通信中的应用前景分析及存在问题。

配电网通信；有线通信技术；无线通信技术

1 引言

电力通信网是电力系统内部的专用通信网络，它是电力系统监测电力设备的专用通道。电网运行数据采集的可靠性和实时性是电力系统通信网最重要的特点，在电力系统出现故障时，能尽快地把故障信息返回到监视界面，给调度人员提供判断依据，使电网迅速恢复。电力系统通信网有别于公用网的另一特点是配电终端非常分散，需要传输的数据容量较小，通信网随电网建设使网络复杂。

配电网自身的网络结构和地域特点决定了通信网络结构复杂、分布分散、节点多、工作环境差等特征，使得通信技术的选择异常复杂。目前，配电网通信系统在使用的技术方案有光纤通信、中压载波通信、无线公网通信、无线专网通信等。

2 有线通信

2.1 光纤通信技术

电力通信网采用光纤通信已有很长时间，技术上已经非常成熟。光纤通信具有安全性高、可靠性高、实时性强、容量大、速率高等优势。然而，由于受到配电网与用电网网架分布广、散、杂、多特征的影响，光纤配电网的大规模应用还面临着很多实际困难，光纤通信的建设受老城区施工困难、建设成本高、网络结构不稳定等方面因素的影响。

2.2 中压电力载波通信

中压电线载波通信是以中压配电线作为信息载体的通信技术。其优点是可以利用现有的配电网输电线路进行通信，不需另铺专用通信线路，具有投资成本低、易于建设等优势。但受限于其技术体制的影响，实际应用中它有如下缺点：载波通道衰耗变化剧烈，配电网线路干扰严重，网络可扩展性差，网络可靠性不高，建设周期受停电因素影响。

3 无线公网通信

无线公网是指由公网通信运营商建设并且对公众开放的通信网络。目前，国内无线公网通信采用的技术包括2G/3G/4G系统，各大城市均有2G/3G/4G覆盖网络，公网运营商采用多模终端，实现2G网络补充3G/4G网络覆盖的方式运营。

无线公网对用户的数量没有限制，用户无须建网和维护，具有建设周期短、业务开展快、初期网络成本低等特点。但是，电力系统业务与公众用户共用同一个网络，同时也没有针对自动化业务高实时、高可靠性的专用保障措施，具有种种局限性，主要体现在：无法传输“控制类”类业务，安全保障体制不完善，网络通道不可控，终端在线率及通信成功率低。此外，无线公网的基站建设在民用建筑上，传输、供电、防盗、防雷等抗毁性措施相对较差，导致网络设备故障率高，影响业务通信。

经过系统统计，目前配用电网在用的无线公网（GPRS/CDMA）系统的一次通信成功率低于90%，无线公网GPRS终端在线率（终端在线时长/总统计时长）约为85%，无法满足电网对于业务终端100%在线率要求。

4 无线专网通信

4.1 电力无线通信专网的产生原因

电力无线专用通信网的产生原因一般有三点：内部生产和管理对通信有特殊的需求；公用网络的现状不能满足企业需求；租用公用通信网络的费用较高，自建专网具有更好的性价比。

电力通信专网的建设主要属于上述第一个原因，即电力保护、调度控制、应急通信等业务对网络的安全性、时延、路由、通道可用性等有严格要求，公网难以满足此要求，只能建设专网并有专门机构管理，才能确保电网安全、可靠运行。

4.2 无线专网技术与无线公网技术的不同

4.2.1 网络容量规划目标不同

无线公网以资源利用最大化为规划目标，基于统计用户的利用概率规划网络容量。其使用的网络容量单位是Erl（爱尔兰），一般按平均每用户0.025E rl（即平均每用户每小时通话1.5分钟）来规划网络容量。这种规划容量的方式仅适用于普通用户的一般时间，在很多情况下都容易出现网络拥塞情况。

无线专网以业务实际需求及其发展为规划目标，基于现有用户容量和吞吐量的需求，并考虑一定时期的业务发展来规划网络容量，确保业务的实时在线运行。

4.2.2 业务模型不同

无线公网的发展是根据公众的业务模型而开发的，强调下行流量的增大，而上行流量一般偏小。无线专网上下行通常采用同样的技术体制，可以根据不同行业的模型，自动调整上下行业务比例。

4.2.3 关注的内容不同

无线公网自始至终都是以语音业务为基础，由于语音业务具有实时感知性，因此对于公网运营商来说，客户在语音质量发生弱化的情况下产生的投诉将极大影响公网运营商的社会形象及企业效益，因此，语音业务对于传统的公网运营商来说具有绝对优先权。无线专网首先考虑满足专网用户的数据业务，如智能电网中的“三遥”、“保护”等业务，其次才是对语音业务的QoS控制、时延等方面进行考虑，因此，专网建设将以数据业务优先级高于语音业务作为策略。

4.2.4 专网追求更高的频率利用率

相对而言，公网的频率资源更丰富，因此频率规划方面不是非常强调频谱效率。无线专网往往频率有限，需要更加着重频谱效率，通过提高频谱利用效率能够在有限的频谱资源下，提供更高的数据吞吐量，在降低了企业业务频谱资源申请难度的同时，保证了企业业务的有效开展。

4.2.5 网络覆盖关注点不同

无线公网在大城市建网时，基站密度非常大，但对于公网运营商来说，对于覆盖的关注主要考虑到同心圆规划，对于重点地区、重点人群进行重点覆盖保障，而对于相对次要的地区，如农村、郊区等地方的覆盖要求则明显弱于中心城区，因此，从公网建设的投资收益比来看，公网建设更关注于能够产生较大企业效益的地区覆盖度。

无线专网着眼点与公网则有着比较大的区别。以智能配电网的无线专网为例，首先无线专网无法建设大量的基站，也没有那么大的容量，但覆盖的目标是所有配电终端100%覆盖，由于智能电网终端的分布较为零散，尤其对于农村、远郊以及野外等公网覆盖相对较弱的地区，无线专网也必须保证能够有效覆盖，因此，覆盖是无线专网建设中最重要的问题之一。

4.2.6 无线专网安全性提升

首先，是技术体制的安全性提升。以LTE网络为例，在eNodeB运行过程中，可能遇到很多安全威胁，影响eNodeB的正常运作。在ITU-TX.800协议和ITU-TX.805协议中定义了五种基本的安全威胁类型，分别为：破坏信息或/以及其他资源；讹用或篡改信息；盗窃或删除信息或/以及其他资源；泄露信息；中断业务，而针对以上五种安全威胁，ITUTX.805识别并定义了以下八种安全措施。

⊙ 接入控制：保护设备免于非法使用，仅允许授权用户访问被保护的内容。

⊙ 认证：对通信实体的身份进行确认，只允许与合法身份的实体建立通信。

⊙ 不可否认：通过证据（如操作记录），防止某些实体对特殊操作的否认。

⊙ 数据机密性：防止数据被非法泄漏，通常采用的方法是加密。

⊙ 通信安全：信息仅在被认证的实体间传输，防止通信过程中信息被泄漏或者篡改。

⊙ 数据完整性：保证数据的正确性，防止非法修改、删除、生成或复制，并且提供对非授权活动的识别。

⊙ 可用性：保证系统可以正常运行，提供业务，不能因为非法操作导致业务中断。

⊙ 私密性：保护密钥、身份信息以及设备或网络的活动信息。

其次，除以上协议所保证的安全机制外，公网设备基本建设在各类民间位置，如民房、室外安放等，安全性相对较低；而无线专网（以智能电网的无线专网为例）的网络设备基本安放在配电所/房，对于网络设备安全性保障明显优于公网设备，因此，无线专网具有更为完善的安全机制，能够抵御各种安全威胁。总之，无线专网可定制性高，在行业中可进行针对性建设，具有良好的应用价值。

4.3 国外电力企业无线通信专网发展状况

国外智能电网专网研究已有较长时间，加拿大在2009年就已将1800MHz～1830MHz分配给智能电网专网通信，美国FCC也将采用同样的频段用于智能电网项目。目前，在美国、澳大利亚、加拿大，大型能源企业均会考虑或已经选择以无线专网作为其智能电网系统的通信解决方案，具体应用案例包括：

加拿大Hyd roone，全网采用无线专网进行智能电网建设，共建设基站近4千个，覆盖业务包括智能集抄、监控、配电网控制、内部员工通信及宽带接入业务；美国通用电气（GE）2010年成功测试了利用无线专网技术的智能电表，此次测试由GE公司与美国电力公司（AEP）以及密西根州第二大电力公司（ConsumersEnergy）共同完成；美国国家电力公司（National Grid）在2009年9月进行无线专网技术的智能电网规划等。

4.4 电力无线专网建设主要问题

4.4.1 频率申请问题

我国公网无线领域多使用高频段信号，高频信号在单位面积可以获得很大的系统容量，但是其功率衰减很快，故需要建设很多基站。低频段具有覆盖广、穿透能力强的特点，需要的基站数量较少。目前，在我国的900MHz，1800MHz，2100MHz频段资源已基本分配完毕；2.3GHz，2.6GHz频段预留给LTE的TDD和FDD公众网络；其他频段资源多被政府单位和国家部门所使用。

4.4.2 覆盖问题

无线专网的基站建设一般在110kV变电站内，由于城市地形变化、建筑物情况复杂等因素，往往对其覆盖范围内的10kV节点存在一定的覆盖盲区，无法做到100%覆盖，需要利用无线公网、光纤通信等技术进行补充。

5 结束语

配电网自动化业务对通信网络的安全性、可靠性等都有较严格要求，而且配用电业务有向宽带化迅速发展的趋势，不适合采用无线公网承载；而采用光纤通信、中压载波等技术都有无法实现短时间广覆盖的问题。同时电网保护、调度控制类业务，对通信安全性要求特别高，对通信的时延、路由要求非常严格，通信的失效可能影响电网的保护执行，导致电网瘫痪。因此，未来配电网通信技术应是“光纤通信+无线专网”相结合为主，公网无线为补充的通信模式。配电网通信技术体制的选择应遵循以下原则：

对于老城区业务点，以电力无线专网为主；对于新接入的具高可靠、高安全要求的控制类业务点（如遥控），以光纤通信技术为主，电力无线专网为辅；对于大量的、分散的、以监测为主的业务节点，以无线专网为主，无线公网通信为辅作为补充。

[1] 刘勇．无线通信在变电站自动化系统中应用研究[J]．企业技术开发，20O9，28(1).

[2] 孙晓雅，李永倩，李天．无线传感器网络在电力系统中的应用[J]．传感器与微系统，2012，31(6).

安达斯集团参加2014北京国际电视技术研讨会

由中国电影电视技术学会主办，中央电视台指导的“2014北京国际电视技术研讨会”（ITTC 2014）近日在北京举行，吸引了来自全国各地广电行业业内人事与新媒体公司300余人参会。会议中主题报告会是由中央电视台副台长何宗就先生主持，国家新闻出版广电总局科技司司长王效杰女士做主题报告，中国工程院院士、中央电视台总工程师丁文华先生讲解了关于“构建下一代电视网络制播系统V 2.0的考虑”。

之后，安达斯集团谭嘉良先生作为第三位在主题报告会上发言的厂家嘉宾与现场参会人员就“全IP网络架构在新一代广电系统中的应用”进行了集中研讨与深入的交流，主要内容为：全IP架构技术在广电行业中发展的状况及遇到的困难；IP架构技术已有的国际化技术标准；主要广电厂商在全IP架构技术上的进展概况；全IP架构技术运用的成功案例-美国ESPN。他的演讲引起了现场与会人员对全IP网络架构应用的强烈兴趣与共鸣，与此次北京国际电视技术研讨会相得益彰。此次研讨会受到传统广电行业与新媒体网络行业等多方面的广泛关注，为日后的行业技术创新与融合奠定了坚实的基础。

安达斯集团参加第二十届上海电视节

第二十届上海电视节日前召开，安达斯集团作为广电行业全业务解决方案提供商，携国外知名厂商的先进设备亮相，展出多套全新设备以及完整的系统解决方案，安达斯展台分为5大区域，包括多通道录制音视频制作区，新媒体技术区，音视频新技术区，无线与卫星传输区，自主研发成果展示区。

上海电视节为国内外广电厂商与各地用户架设了链接的桥梁，安达斯集团也借助该平台，让华东客户更加深入的了解最新的广电技术产品以及行业发展趋势。安达斯将会继续以自身的专业团队和丰富的集成经验为依托，不断为客户提供创新的技术应用解决方案。

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文献标示码：B

1672-7274（2014）07-0001-04

汪黔疆，男，1973年生，本科，主要从事电力系统二次规划方面的研究工作。