无线通信技术在智能电网中的运用研究

2023-09-22范慧秀

通信电源技术 2023年14期

关键词：海量架构电网

范慧秀，夏良

（国网宁德供电公司，福建宁德 352100）

0 引言

随着科学技术的不断发展进步，电网节能降耗工作受到了更多的关注，要结合智能电网应用控制标准，践行全过程管理机制，有效提高智能电网统一管理的水平，促进经济效益和环保效益和谐统一。

1 无线通信技术

随着无线通信技术的研究内容越来越深入，技术自身具有扩展灵活性且建设成本较低的优势，特别是在无线传输数据加密技术的支持下，整体技术发展形势良好，已经成为配电网自动化应用控制体系中不可或缺的重要技术组成部分。为更好地维护智能电网建设水平，要整合技术要素和技术处理模式，确保技术控制效果满足运行要求。在无线通信技术体系中，通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）和码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）是2 种不同的无线通信技术，都可以在公网环境下使用，配合宽带无线接入（Broadband Wireless Access，BWA）技术，能为电力配网自动化系统的业务拓展提供支持[1]。

2 智能电网建设中应用无线通信技术的基础要求

智能电网建设工作的要求是基于用户实际需求，打造更加安全、稳定、可靠的电网体系，在保证供电质量和电网运行效率的同时，维护电力系统的统筹控制水平。结合我国配电网自动化程度不足、供电可靠性有待优化的需求，电力系统要充分关联具体因素，确保智能电网建设效果更加合理。同时，要综合考量影响智能电网建设水准的相关内容，以保证智能电网的可持续化发展。

2.1 分布式能源接入

随着技术的发展进步，分布式电源被广泛应用在电力系统中。分布式电源是小型负荷供电并能直接连接在配电网上的电源设备。相较于传统电网的运行模式，智能电网最大的特点之一就是实现了分布式电源的接入处理，能维护上网和资源整合效能，并且更好地搭建完整的电力系统资源应用控制平台。

在分布式能源接入过程中，配合保护控制系统的自适应环节和系统接口标准化处理环节，就能有效实现多系统并行处理。建立分布式发电模式的智能电站一般是利用风力或者光伏技术完成发电作业，由于分布式电源的影响，相关联的智能电网具有了功率间歇性输出的特点，能建立功率双向流动的控制模式[2]。同时，在负荷处于低谷阶段时能从电网获取一定的电能，而在负荷处于高峰阶段能完成电网的送电处理，最大限度上满足了削峰填谷作业的具体需求，不仅保证了电网运行效率，还能对可再生能源发电功率输出的间歇性问题予以补偿处理。

2.2 融合BWA 技术

BWA 技术能有效实现宽带网络接入并部署，较为常见的技术单元包括无线个人域网模块、无线局域网模块、无线城域网模块以及无线广域网模块等。BWA 技术最大的特点在于技术覆盖范围较广，整体扩容效果好，项目启动速率较快，能更好地建构完整的技术运行管理模式。与此同时，配电网本身具有接线结构复杂等的特点，要想维持通信处理的合理性，就要打造双向通信控制模式，从而确保智能电网通信业务完整且规范。

首先，针对地处偏远地区的电网体系，进行分布式电源的汇入处理，若采取专用光纤通信网络模式，则会增加项目的投资成本，并且施工作业项目的作业周期较长，很容易出现通信故障等不良现象。借助无线通信技术体系，能在降低项目成本的同时，更好地搭建便捷、灵活可靠的运行体系，基于电力控制运行规范，共同构建完整的智能电网通信处理模式。

其次，对供电可靠性要求一般的负荷内容，配合无线通信网络基站，能在满足运行稳定要求的同时，建立相匹配的控制系统，维护运行管理过程的实时性保护效果[3]。

最后，在搭建配电网的过程中，应用重合器、分段器等智能开关，就能构建有效且规范的集成化无线通信管理平台，满足临时性通信功能的运行需求，尤其是对智能保护控制单元和自愈单元的应用处理有重要的作用。与此同时，无线通信技术无须重复建设，只需要在原有网络架构基础上进行升级和补充即可，为扩容节能化管理提供了良好的发展空间。

综上所述，在智能电网中应用无线通信技术，要有效融合BWA技术模式，建构完整的技术控制体系，在实现统筹管理的基础上维护综合应用效能，保证智能电网通信业务更加合理可控。

3 无线通信技术在智能电网的应用范围

在对智能电网应用控制结构予以研究的过程中，要想全面分析无线通信技术应用要点，就要明确其运行范围。智能电网以集成化、高速化、双向通道网络作为信息传输管理的基础，配合传感技术、测量技术以及先进的控制处理机制，能在打造可靠管理模型的同时，配合自愈应用、激励过程、用户保护过程等，实现统筹控制的目标。在整个智能电网运行管理体系中，电力系统层、控制层、通信层、安全层以及应用层共同组成多层架构，以满足智能电网中无线通信技术的运行管理需求[4]。例如，通信层作为智能电网功能处理的关键层级结构，能实现集成化管理，配合双向高速通信网络模式，就能在满足智能电网运行需求的同时，配合通信网基础设施，共同建立完整的通信网光纤控制模式，满足大业务量、低时延的应用需求。基于5G 技术的全面发展，在智能电网统筹应用环境内，要整合邻域网和家域网，实现光纤多元化分配处理，确保各类无线通信技术都能满足具体域网运行管理的通信需求。

4 无线通信技术在智能电网中的应用要点

为更好地发展智能电网，要在发展无线通信技术的过程中，确保技术融合效果满足预期，以便建立基于智能化运行管理需求的控制模式，提高阶段性技术作业的安全性和稳定性，提高智能电网电力运行管理控制水平，共同优化电力系统的统一管理效果。

4.1 应用域网设计

（1）广域网设计。对于电力企业、发电站、变电站以及输电网之间的通信，要借助广域网完成，并且能实时提供邻域网控制器的连接服务，实现多元化网络平台的协同控制，保证不同应用场景内仪器设备或者输电线路都能及时和数据中心建立完整的信息交互，在不同应用场景内发挥无线网络架构的优势[5]。

（2）邻域网设计。对于智能电网而言，邻域网上配电网的主要通信网络涉及配电自动化以及控制设备，能建立海量智能节电部署方案，为电力设备数据收集以及远程控制提供保障。节点连接的过程就是数据实时性传输的过程。例如，部分应用需要覆盖节点的数量较大且范围较广，此时要借助无线网络结构进行数据的实时性采集，并配合数据采集单元（Data Acquisition Unit，DAU）接入光纤骨干网，建立控制中心通信信道[6]。

（3）家域网设计。家域网指具体用户的通信网络，主要是利用智能电表连接传感器和制动器，有效进行用户行为的实时性应用管理。配合DAU 接入邻域网，建立海量部署节点，确保无线通信技术，能在信息交互和处理环节中发挥其实际作用，维持多元化、灵活化部署体系的科学运行效能，满足智能电网运行的具体需求。

智能电网发电、输电、变电、配电以及用电等环节中都需要建立无线通信技术体系，构建完整的交互模式，在收集相关信息数据的同时确保数据控制发送的及时性，打造可扩展性运行平台，维护关联控制工作的顺利开展[7]。

4.2 应用场景处理

4.2.1 密集海量数据传输应用场景

结合智能电网应用要求可知，在应用无线通信技术的过程中，只有满足海量数据传输的具体需求，才能更好地维系智能电网运行管理水平，维持架构模型系统内关联信息的管控水平，共同优化海量数据管理效能。

（1）多层分簇式架构体系。多层分簇式架构体系是无线通信技术体系最底层家域网的分簇，能实现小范围内移动数据管理系统接入广域网的处理。这种应用模式更加适用于范围小、人口密集且分布较为规律的区域，能配合智能电表以及数据汇总单元实现海量传感节点的多层次处理，提高节点运行中的管理水平和数据采集汇总效果。

（2）蜂窝架构体系。蜂窝架构体系能够将节点密集区域分为不同的蜂窝网络，并且在每个网络的中心位置设置对应的汇聚节点，配合节点应用控制要求，打造完整的数据管理模式，保证邻域网信息传输的及时性，并且配合负载均衡网关模式，有效维护整体海量节点应用场景内运行管理的科学性。这种架构模式更加适用于海量节点非规律分布的应用场景，在最优化节点性能的基础上，为区域内资源利用率的提高提供保障，更好地维系智能电网运行控制的实效性。

（3）数控分离架构体系。数控分离架构体系能够更好地解决智能电网中无线通信多节点控制以及数据传输管理的问题，基于控制平面和数据平面，打造降低海量节点需求的节点管理升级体系，确保安全信道、普通信道以及数据平面之间能形成协同控制的数据传输模式[8]。数控分离架构体系如图1 所示。

4.2.2 链状数据传输场景

在输电线路应用控制体系中，链状数据传输处理模式较为常见，能满足智能电网高端输电线路运行管理的基本需求。充分整合无线通信技术内容，维持相关信息控制的合理性和规范性。

一方面，在应用无线通信技术的过程中，建立环境数据、电力线状态数据、杆塔配套设施数据的实时性监控，配合传感器采集关联信息后，形成节点处理模式，并借助远距离无线通信技术或者通过在高压输电线上铺设光纤，与通信设备进行连接，实现电网与通信网络的无缝衔接和互联互通，整合资源结构，满足传输控制的具体需求。

另一方面，在搭建汇聚节点控制体系的同时，将无线通信技术部署要点按照单跳传输距离予以分布，实现对应设施的远程实时性监控管理，最大限度上提高智能电网无线通信技术应用控制的合理性和规范性。

4.2.3 离散分簇式数据传输场景

离散分簇式数据传输场景主要包括偏远地区或者节点分布较为分散的区域，利用传感节点完成智能电网的运行管理。数据借助光纤或者远距离无线通信技术直接接入骨干网，维持信息可控化，提高资源利用率的同时，保证网络整体性能满足预期[9]。