智能配电网中无线通信技术的应用研究

唐超洋 王清海

摘要：要实现传统配电网向智能配电网的转化，必然要依托涵盖各种形式的通信系统的建设。首先根据智能配电网的供电特点和运行期冀，分析了无线通信的重要性以及具体选择时的因素考量。其次对多类无线通信模式进行研究，分析优缺点，以作决策参考。最后以电力系统相关原则为据，提出无线通信组网架构，可作为智能配电网建设或改造的有效参照。

关键词：智能配电网;无线通信;组网方案

0    引言

与传统配电网相比，智能配电网需吸纳各类分布式电源，且须具备完善的保护和自愈能力[1]，这些都离不开海量入网设备之间的全景式信息交互。由于配电网的服务对象点多面广、四处杂散，完全依赖光纤通信既不经济，也不现实，必须考虑对无线通信方式的应用。

1    智能配电网对无线通信的需求分析

随着能源利用总量的跃增、用户对高供电可靠性的期冀以及环境保护的要求，电力供需发生了根本性变革。首先，由于传统化石能源的可预见枯竭及其对环境的严重影响，吸纳用户侧新型清洁能源势在必行;其次，实践证实，电力利用经济化和电网调控精细化需要电力需求侧的有效参与[2];最后，各种情形的电力供应中断将产生越来越严重的社会影响。以上问题的解决离不开智能配电网的建设。

智能配电网可划分为主站、通信系统、自动化终端等“区块”[3]，其中，通信是纽带，是关键。

智能配电网的通信系统在组网上存在以下困难：（1）配电网节点多、类型杂、分布密度不均，要将它们纳入统一的通信网十分不易。（2）多数节点地处户外，环境恶劣，且电源供应困难，大大限制了通信方式的选择。（3）随着网络自愈、故障定位等要求的提升，配电网通信不但要求全覆盖，还必须满足实时性，这就要求在经济性和技术性上寻找平衡。

因此，总的来说，在智能配电网环境下进行通信系统建设不能只依靠光纤方式，而应更多注重无线通信手段，且要做好以下统筹：（1）成本低。目的是适应配电网多节点布设的网络结构。（2）工期短。配电网建设或改造基本是为了满足电力刚需，若通信系统建设周期过长，将影响配电网的实际投运时间节点，进而带来一系列负面影响。（3）适应性强。配电网层面的通信往往带有突发性强、数据量大的特点，必须采用合适的负载均衡方法来降低业务阻塞率。（4）扩展性好。配电系统更新换代快，不断会有新型设备入网，应使通信系统具备良好的兼容性。

2    各类无线通信技术的应用分析

无线通信以其便捷、受限少等优点深受人们青睐。在智能配電网层面，可吸纳的无线通信技术如图1所示。

（1）GPRS，归属无线分组数据业务[2]，可提供9.05～171.2 kb/s的数据传输速率。用户可在端对端分组模式下发送或接收数据。技术解析如图2所示。

（2）LTE，归属4G无线通信技术，频谱效率和数据传输速率较优异[1]。根据文献[4]的研究，该项技术的特性有：1）就覆盖距离和深度来讲，低频段基站占有优势;2）配电终端的通信速率在很大程度上取决于运营商在基站内安装何种天线;3）LTE网络流量受节假日影响较大;4）当配电终端处于基站边缘区域时，通信速率无法得到保障。

（3）BMA，归属无线宽带技术，可契合配电自动化延时、速度和带宽的要求。BMA的部署非常便捷，有无线广域网、城域网、局域网和个人域网等分型。BMA的优势：覆盖范围广、安全系数高、信息传播率大、不受限于位置因素。因此，针对微电网孤岛控制、分布式能源保护等问题，可依托BWA。

（4）WMN，新兴的现代无线通信技术，除了可获取数据和图像外，还可对目标对象进行监控[4]，使信息采集更加真实和科学。

（5）WLAN，即无线局域网技术，最高带宽可达11 Mb/s，理论上能确保数据信号的稳定性[2];但WLAN技术容易受环境干扰和黑客攻击，需要做好技术改进和安全防范。

（6）LMDS，主要借助毫米波进行各类“音/视”信息的传输，可实现一点对多点无线接入，在固定宽带模式中具有明显优势，其解决方案如图3所示。

3    无线通信的组网方式

配电终端与主站的无线通信载体为TCP/IP数据，可行途径有两条：（1）内置无线传输模块;（2）经由串口同外置无线传输模块进行连接。根据《电力二次系统安全防护规定》，智能配电系统归属安全Ⅰ区，应以“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”作为无线通信网络的建设原则。无线公网组网结构示意图如图4所示。

4    结语

随着分布式电源和微电网大量涌现以及电力供需双方对配电网运行经济、可靠、环保等要求的大幅提升，智能配电网取代传统配电网将是大势所趋。在智能配电网环境下，对数据信息获取的要求在各方面都有了质的变化，不但要依托光纤通信的宽幅延伸，还需要根据各类实情选择性价比最高的无线通信方式，以形成多层集成的配电网通信系统。

[参考文献]

[1] 于佳，刘金锁，蔡世龙.TD-LTE电力无线专网性能仿真[J].广东电力，2017，30（1）：39-45.

[2] 宋金沙.关于无线通信技术在智能配电网中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（15）：46.

[3] 姜有泉，汤亚芳，黄良，等.智能配电网无线通信系统可靠性研究[J].电力大数据，2017，20（12）：52-55.

[4] 王辉.智能配电网中无线通信技术的应用研究[J].电子测试，2019（11）：92-93.

收稿日期：2020-08-28

作者简介：唐超洋（1981—），男，广西南宁人，工程师，主要从事电力计算机软件研发工作。

王清海（1989—），男，广东广州人，助理工程师，主要从事电力系统项目管理工作。