面向电力物联网的通信技术研究

2021-03-08梁锋

电子技术与软件工程 2021年23期

关键词：卫星通信切片联网

梁锋

（中国电信桂林分公司广西壮族自治区桂林市 541001）

电力通信网络能够保证电力系统持续高效的运行，对电力系统尤为重要，只有电力通信可以稳定运行，才能提高电网工作的效率。所以我们必须准确并且时刻掌握电网运行时的数据，电力通信巡检可以在第一时间内发现电力通信运行过程中的安全隐患和故障问题。

1 电力物联网基本特征

1.1 终端泛在接入

在源网荷中传感器的类型很多，这些传感器可以接受所有数据，保证网络资源和通信网络能够正常交互。

1.2 平台开放共享

技术和业务具有开放性的特点，数据模型以一种标注化的方式发展，帮助整理多元化的数据信息。

1.3 计算云雾协同

打开智能网关和云平台能够对数据进行多层分析，通过云端处理器和边缘侧关键数据完成计算和数据整理。

1.4 数据驱动业务

收集大范围的数据信息，该过程中可以借助大数据技术完成，从而对电力业务的关键数据整合。

1.5 应用随需定制

云平台保存了大量的电力应用数据和信息，在电力流、数据流和业务流的帮助下，可以按照需要设计多种业务。

2 电力物联网的业务场景及通信需求

2.1 配电自动化通信需求

配电自动化的功能比较丰富，其主要有SCADA（监视电网数据）、馈线自动化、故障处理、分析应用功能，从而实现企业对配电网实施运行监控的功能。

2.1.1 带宽及采集间隔

通常情况下，配电自动化主站对终端的总召频率可以依据需求设定为1-60分钟/次；心跳数据帧30秒一次；终端和主站对时间隔通常设置为1h/次；遥信、遥控方面，主站下发命令的频率通常不固定，终端设备因突发故障而进行数据上传的频率也不是固定的。255字节的数据配电自动化终端传输所需要的时间大约为200 ms，根据传输的速度进行计算，为例避免数据传输排队延时，宽带不得低于10.2 kbps。

2.1.2 实时性

如表1所示。

表1：配电自动化业务实时性指标

2.2 用电信息采集通信需求

用电信息采集系统是利用自动化系统对变压器以及用户的实时用电数据进行进行采集、分析、处理，从而能够实现对电网的线损分析、电能质量检测，同时实现自动抄表，节约用电成本。

2.2.1 实时性

如表2所示。

表2：用电信息采集业务实时性指标

2.2.2 可靠性

用电数据收集可靠性如下；遥控正确率要控制在99.99%以上;一次收集成功的概率不得低于95%;周期采集的成功率不得低于99.5%。

2.3 分布式电源通信需求

分布式电源一般和用户的距离比较近，工作的时候都是通过用户控制的，所以要满足电力系统以及用户的用电需求。

2.3.1 带宽及采集间隔

如表3所示。

表3：分布式电源站点传输流量需求

2.3.2 可靠性

如表4所示。

表4：分布式电源接入监控系统可靠性指标

2.4 移动巡检通信需求

移动巡检业务主要是移动巡视以及移动检修业务。移动巡视业务部包括巡视监控，剩下的所有功能在本地就能完成，不需要远程通信。移动检修工作的开展需要远程通信，检修工作需要远程协助以及移动办公等重要功能，需要信息以文字、图表的形式进行传输交互。不同业务，其传输速率也不同，通常语音业务的传输速率为8～64 kbit/s；视频业务的传输速率为384 kbit/s～2Mbit/s；数据业务传输速率为64 kbit/s～2 Mbit/s。

3 通信技术在电力物联网中的应用

3.1 5G网络切片应用

5G移动通信由于自身的高速率、高容量、高可靠性、低时延和低功耗特点，在新能源并网、输变电监视、配电网调控控等方面都具有广泛应用。5G提供了网络切片功能，能够为垂直行业实现自组网应用，网络切片组成包括核心网、承载网和无线网侧的网络切片，核心网网络切片实现用户入网注册和开展业务时的移动性管理器AMF、会话管理器SMF和用户平面UPF的选择，从而进行流量的疏导；无线侧的网络切片是指基站按照用户切片选项将用户端设备UE分配AMF。承载网网络切片的支持分为两类方案，一类是软切片、一类是硬切片。软切片主要指VPN技术，例如MPLS VPN，在转发面需要共享资源和链路但切片之间路由隔离；硬切片主要通过资源的独占来保障切片的服务质量和业务隔离，比如灵活以太网FlexE技术。网络切片主要功能是提供了差异化的服务质量保证以及业务网的隔离，电力网不同业务通信需求不同，适何利用网络切片实现业务间的差异化传输。

3.2 卫星通信技术

卫星通信覆盖区域广泛可以为电力物联网提供多样化选择，在电力网多个业务场景中具有很强的应用性。最普遍的场景是在电力终端控制业务上进行应用。现行电力行业输变电运维工作中，通过远程控制无人机等机器设备的巡检可以有效代替人力，但在偏远效区甚至人烟罕至的山区，移动信号往往存在过多的覆盖盲点，无人机通信与控制受到限制，运用卫星通信可以有效解决上述问题，实现精准的巡检设备控制。

现在的商用卫星网络通信最常用的三种连接方式分别是TDMA、CDMA、FDMA。这三种连接方式相比于5G来说，连接的数量并不多，而且卫星通信的频谱是一种优质资源，卫星通信成本大多数都来自与带宽资源、转发器数量、波束覆盖范围。因为电力物联网电力终端连接数量过多，面对当前商业卫星的接入方式，每一个终端设备只有极小的概率可以和通信系统连接成功，所以，卫星通信现在一般都是进行网关级的传输工作，也是出了光纤和5G通信之外的重要方式。

3.3 LPWAN网络

5G、卫星通信让数据传输的速度变得更快，大多数都应用在电力行业和其他业务服务中。不过电力行业配电网数据传输环境比较复杂，有一些公共区域的网络还没有覆盖，这也是当前电力物联网需要尽快解决的问题。面对这种情况，大力发展低功耗广域网络技术是必然趋势。该技术能够在低带宽的状态下完成数据传输，而且传输距离较远，成本较低，不需要依靠大功率即可完成传输，具有多个连接点，电池的使用年限也比较久，电网结构安全，所形成的无线网络可以传输效果好，覆盖的面积也较大，该技术已经在电力物联网中取得了不错的成效。

这种技术在未来会变成一种主流趋势。对于供电来说，现在的电网供电仍是被动的，导致用户和电网之间的互动较少，供电效率较低影响了用户的用电体系。而且现在智能电表还没有完善，该技术的使用让智能电表可以更快的收集电路数据。面对这个问题，我国电网公司、水气热等服务公司和政府部门建立了合作关系，将四个表合并成为一个表为最终目的，让能源电力物联网可以发挥出更有效的作用。所有水热电气表都能够在该技术的支撑下连接到电力物联网，不需要太复杂的操作，真正达到四表合一。从目前的配电网状态来看，LPWAN电力物联网可以和配电网高度配合，在多数电力设备中都有应用，有利于我国电力物联网的长久发展。