通信技术在输配电监测与控制中的应用分析

沈 春

（国网江苏省电力有限公司东台市供电分公司，江苏 盐城 224200）

0 引 言

随着全球能源需求的持续增长和对可持续发展的不断追求，电力系统的稳定运行变得尤为重要。输配电系统作为电力系统的关键组成部分，其监测与控制直接影响到电力的质量、供应的稳定性及系统的经济运行[1-2]。传统的输配电系统面临众多挑战，包括设备老化、效率低下以及对突发事件的响应不足等。随着技术的发展，通信技术被广泛应用于输配电系统，极大地提升了其监测和控制的效率与准确性，从而推动电力系统的智能化管理进程。从基础的有线通信到先进的无线通信技术（如5G 等），这些技术为实现输配电系统的实时监控和远程控制提供了强大的支持。

1 基于公网GPRS 的输配电监测与控制

1.1 公网GPRS

公网通用分组无线服务（General Packet Radio Service，GPRS）是一种基于全球移动通信系统网络的数据传输服务，采用分组交换的方式在移动电话网络和互联网之间传递信息[3]。GPRS 的引入标志着移动通信从传统的电路交换数据传输转向分组数据传输，为移动设备提供了更高效、成本更低的数据通信方式。该技术支持多种数据类型传输，包括文本、图像及视频等，使移动互联网服务得到广泛应用。

1.2 公网GPRS 在输配电监测与控制中的应用

通过配置数据终端单元（Data Terminal Unit，DTU）和相应天线，GPRS 技术在输配电变压器监测与控制方面发挥着重要作用。利用移动运营商的GPRS 网络建立专线连接，通过配置专用的接入点名称（Access Point Name，APN），确保数据传输的安全性和私密性。输配电监测与控制系统中的路由器采用私有固定网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址相连，进一步提高了网络的安全性和稳定性。在监测数据传输过程中，GPRS 模块执行附着操作，GPRS服务支持节点会查询归属位置寄存器并确认移动终端允许使用的APN，随后利用域名系统完成数据路由。这种配置不仅提升了监测与控制系统的实时性和准确性，还实现了数据的远程传输和处理，大大提高了系统的运维效率。

此外，输配电监测与控制系统结合实时数据库技术与商用数据库来管理各种数据，包括数据结构、历史数据以及实时采样数据等。系统采用SQL Server数据库，方便用户使用和维护，确保数据处理的高效性和可靠性。

1.3 面临的挑战

基于公网GPRS 的输配电监测与控制技术在早期为远程监控提供了一种可行的解决方案，但随着电力系统对实时数据处理和高效控制需求的增长，其局限性日益凸显。首先，GPRS 网络的数据传输速率相对较低，最高理论传输速率仅为171.2 kb/s，限制了大量或高频率数据传输的效率，特别不适用于需要实时监控和控制的场景。其次，GPRS 网络的覆盖并不全面，可能无法覆盖偏远或地理位置复杂的输配电网络区域，从而影响监控系统的连续性和可靠性。最后，公网GPRS 通信可能面临网络拥塞和服务质量不稳定等问题，这在紧急情况下尤为关键。

2 基于5G 通信技术的输配电监测与控制

2.1 5G 通信技术概述

与公网GPRS 相比，5G 通信技术具有多方面的显著优势[4]。其峰值下载速率高达20 Gb/s，远超GPRS 的最高理论速率，为高清视频传输、大规模物联网部署及边缘计算等数据密集型应用提供了强大的支持。此外，5G 通信技术能实现毫秒级别的端到端延迟，为实时控制和自动化应用提供了关键技术保障。5G 通信技术结合低频段和高频段，既保证了较大的地理覆盖范围，又实现了在高密度区域内的高速数据传输。在输配电监测与控制方面，5G 通信技术的引入预示着电力系统运维管理将更加高效、智能。

2.2 5G 通信技术在输配电监测与控制中的应用

通过部署在输配电网络关键节点的智能传感器和物联网设备，实时收集电流、电压及温度等关键运行参数。这些设备通过5G 通信网络与最近的5G 基站连接，利用5G 通信网络的高速率和低时延特性，实现数据的快速上传。5G 基站采用大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）和毫米波技术，保证了网络的高容量和广泛覆盖，支持大量设备的同时连接。数据从设备传输到5G 基站后，借助边缘计算技术在网络边缘进行初步处理和分析。由于边缘计算节点靠近数据源头，可以快速响应，缩短数据传输时间，提高处理效率，对于需要实时监测和快速控制的应用尤为关键。经过初步处理的数据通过5G 通信网络发送到中心监控平台，该平台进一步分析数据，全面监控和分析电源状态。在必要时，中心监控平台还可以通过5G 通信网络向现场控制设备下发控制指令，实现远程控制和优化操作。

2.3 面临的挑战

尽管基于5G 通信技术的输配电监测与控制系统在通信速度、网络容量及延迟等方面实现了显著改进，但在面临自然灾害等紧急情况时，其稳定性和可靠性仍存在一定的挑战。在灾害发生时，通信设施往往会遭到破坏，进而影响网络通信和监测数据传输，导致监测系统在需要发挥作用的时刻无法有效运行，对用户造成负面影响。

3 基于无线专网的输配电监测与控制

3.1 无线专网概述

无线专网作为一种安全、可靠的通信方式，为输配电监测与控制系统提供了高度可定制的通信手段[5]。近年来，采用分时长期演进（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）技术构建的无线专网，特别是在230 MHz 频段上的应用，显著增强了网络的广覆盖和深穿透能力，使监测系统能够有效覆盖偏远和地理环境复杂的区域。这种基于TD-LTE 230 MHz 频段的无线专网通过专用的频段和优化的技术配置，不仅确保了监测数据的实时传输和处理，还大幅提升了系统在极端环境下的稳定性和可靠性，为输配电系统的高效运维和智能控制奠定了坚实的通信基础。

3.2 TD－LTE 230 MHz 无线专网在输配电监测与控制上的应用

基于TD－LTE 230 MHz 无线专网技术的输配电监测与控制系统架构如图1 所示，包括采集层、通信网络层以及系统应用层。

图1 基于TD－LTE 230 MHz 无线专网技术的输配电监测与控制系统架构

在采集层，将监测终端安装在输配电线路上，通过微功率无线通信技术与输配电变压器处的输配变终端进行信息交换。利用这种低能耗、长距离的通信方式，根据线路状况灵活配置监测终端，从而优化监测效果。

在通信网络层，TD-LTE 230 MHz 无线专网负责将输配变终端的数据高效传输至无线基站，然后通过光纤连接至系统应用层的监测与控制系统。相较于依赖公网GPRS 或无线公网的传统系统，TD-LTE 230 MHz 无线专网在自然灾害等紧急情况下仍能保持稳定运行，有效避免了关键时刻服务中断的问题。

在系统应用层，监测系统对采集的数据进行分析处理，实现故障的精确定位和分类，并根据定位和分类结果对故障进行有效控制。这不仅提升了监测系统的自动化和现代化水平，还避免了传统通信方式中存在的安全隐患和服务优先级问题。

3.3 面临的挑战

尽管基于无线专网的输配电监测与控制系统在通信稳定性、安全性以及定制化服务等方面表现出显著优势，但仍面临一系列挑战。例如，构建和维护一个私有的无线专网时，需要投入大量的初期资金和持续的运维成本，这对于许多电力公司，特别是规模较小的企业而言，可能带来不小的经济压力。此外，随着技术的快速发展，无线专网需要不断更新来维持其技术先进性，这不仅增加了成本，还对技术人员的专业素养提出了更高的要求。

4 结 论

文章主要研究通信技术在输配电监测与控制中的应用，详细分析了基于GPRS、5G 通信技术以及无线专网的输配电监测与控制应用，并探讨了它们各自存在的局限性。通过阐述各技术当前所面临的挑战，为电力系统的智能化转型提供理论支撑。在实际应用过程中，需要综合考虑各种通信技术的优缺点，结合实际需求进行选择和优化，以实现更高效、更智能的输配电监测与控制。