无线通信在配用电通信网络中的应用

摘要: 随着我国配用电技术的不断发展，智能配用电网的建设已经开始逐步实施自动化、信息化和互动化，无线通信技术可以弥补目前配用电网通信网络的单一化、覆盖面不广的缺陷，降低配用电网通信网络与电网的相关性。针对配用电系统业务的需求和现状，通过分析无线通信网络技术的特点，探讨各种无线通信技术在配用电通信网络中的应用。

关键词: 无线通信,配用电通信网络, 3G,WiMAX,WSN

中图分类号：E965 文献标识码：A

前言:

作为配用电系统的支撑和保障系统，配用电通信网络不仅承担着电力系统的生产指挥和调度，还为自动化、互动化信息传输提供服务[1]。在配电领域，配电自动化需要一张有线融合无线、实时可靠的通信网，确保所有配电自动化终端均能畅通地交互信息，使配电开关正确地联动，缩小停电范围，减少停电时间。在用电领域，通过泛在的有线和无线通信网络，使得用电端和供电端能够互通信息，供电端根据用电需求发电，用电端根据供电能力有序用电，通过经济杠杆使电网经济而稳定地运行[2]。

对于配用电通信网络建设，无线通信技术与有线通信技术相比的突出特点是：能够即插即用，建网迅速方便，组网灵活；不必现场布线、土木施工和租用地下缆沟；通信网络独立于配电网网络，避免配电网结构变动造成通信网结构复杂；抵抗洪灾、泥石流、地震等严重自然灾害的能力较强。无线通信技术的独特特点可以减少配用电通信网络的建设费用和建设周期，有效提高配用电通信网络应对恶劣环境的能力。

按照传输距离进行划分，无线通信技术可以分为远程无线通信技术和本地无无线通信技术：远程无线通信技术包括无线公网和无线专网，无线公网通信主要包括GPRS、3G和4G等通信技术，无线专网主要包括WiMAX，McWiLL和LTE 等为代表的无线宽带技术；本地无线通信技术主要包括无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）和无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）技术，目前的WLAN 标准是Wi-Fi，目前应用较多的无线传感器通信技术包括ZigBee和RF433 等。

1. 无线公网在配用电通信网络中的应用

1.(1)无线公网利用公共的无线网络资源，无需单独组建专用网络，前期不需要大量投入，不仅具有极大的覆盖范围，还有较为灵活的组网接入方式。10 kV 配电线路转接分支线很多，规划时往往沿10 kV 配电线路架设光纤，但是城市光纤架设涉及挖沟和开路等工作，往往需要大量的架设成本，有些地区实现光纤覆盖存在困难，而采用无线公网具有技术优势，可解决光纤主干网最后1 千米的接入问题，同时无线公网可与光纤接入通信互为备用，双通道终端可以在增加较少设备投入下，实现较高的信道可靠性。除此以外，无线公网还可以应用于居民集抄、专（配变）和发电厂等电能信息采集的组网，可以广泛应用于对安全性、及时性要求较低的业务。

1.(2)通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS)是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包形式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。目前电能采集方式较为典型的是采用通用GPRS网络。这种方式采用带有GPRS 模块的集中器汇集局部区域的用电信息，经电信专网接入电力公司主站。集中器下行采用采集器读取电表数据，通信网络简单；问题是GPRS 设备在线率低、不能实现实时电价和及时响应用户侧需求，同时网络租赁费用高[3]。

1.(3)第三代移动通信技术（3rd-generation，3G）指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上，不仅具有传输速率高、高安全性、高可靠性等特点。而且具有精确的数据对时和同步能力，抗干扰能力，性能比GPRS技术更加优越。第四代移动通信（4th-generation，4G）能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快50倍，上传的速度也能达到50Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求，4G LTE Advanced采用载波聚合技术，下行峰值速度可达150Mbps。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区,4G有着不可比拟的优越性。

1.(4)3G/4G应用到配用电通信网络中其优势主要表现在：3G/4G的高速数据传输速度满足了电力系统大量信息数据传输的要求，高速可靠的数据交互为智能电网开放性地兼容各类设备提供了可靠的通信机制；3G/4G的视频功能将增加电网与需求侧、发电商、环境和谐相处的能力，为其提供完成交易的信息处理平台和物理载体；3G/4G的安全性和可靠性是满足智能电网防御信息攻击，提高信息安全，提高自愈能力的重要保证，为智能控制、负荷调度、电力抢修和智能需求侧管理提供了准确可靠、实时的数据信息[4]。

1.(5)基于无线公网的无线数据传输系统建设投资小，应用范围广，网络组建灵活、方便快捷，地域范围和网络密度的适应性好。无线公网适用于地域范围广、分散度高、位置不确定、要求建设和使用成本都十分低廉的数据采集应用场合。由于本质上无线公网和互联网是相通的，无线公网通信方式的安全性、可靠性、实时性不能保证，当接入用户数目增加时，通信速率不能保证。

2. 无线专网在配用电通信网络中的应用

2.(1)无线专网适用于以平原或丘陵为主的地域，且用户分布密度高的地区。相对于无线公网，无线专网具有实时性高和安全性高的特点，因此适合于大用户负荷控制、负荷峰谷差大或负荷供应紧张的用户，以及特殊环境下的定向通信。

2.(2)全球微波接入互操作（Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX）是一种无线宽带城域网接入技术,WiMAX 网络体系由核心网和接入网组成。相对于Wi-Fi，WiMAX能够在更广阔的地域范围内提供最后一公里的宽带连接性,WiMAX无线接入技术具有便捷的网络管理和配置方式、灵活的组网形式、非常高的性价比；在安全性能方面，WiMAX技术支持内外网的物理隔离，具有很高的安全性；在可扩展性方面，WiMAX 技术也具有无线公网所难以比拟的优越性能。基于WiMAX 技术的无线接入网十分符合电力通信网各种应用功能的使用需求,在配网自动化系统中，WiMAX无线接入技术也具有极为广阔的应用前景，通过将采集点以无线方式直接接入电力城域网，可以把智能电表所采集到的电力用户用电量和故障定位等信息直接传送至最近的光纤覆盖点，然后再经过高速光纤骨干网络将数据传送至电力调度中心[5]。

2.(3)多载波无线信息本地环路（Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，McWiLL）是北京信威基于SCDMA衍生出来的宽带无线技术， McWiLL与Wi-Fi和CDMA 1XDO的兼容效果都很好，基本符合了标准化组织的要求。McWiLL提供宽带多媒体业务，McWiLL可以同时支持语音业务、数据业务、多媒体，是语音数据一体化的宽带多媒体无线接入系统；McWiLL系统容量高，单基站占用5MHz的载频带宽，最高吞吐量为15Mbit/s，终端最高吞吐量为3Mbit/s，最多能支持并发300路语音，是目前可商用的、支持移动性的宽带无线接入系统；McWiLL支持多种模式的终端，McWiLL支持固定、便携、全移动模式下的各种应用，方便运营商利用一张网络发展不同类型的用户；McWiLL终端类型丰富，McWiLL目前可商用的终端有桌面式CPE、PCMCIA卡、M-IAD、无线伴侣、有/无线话机、PDA等类型。整体上而言，McWiLL终端具有系列化、便携式、傻瓜型、零安装、即插即用等特点，同时还能提供第三方应用开发的终端通信模块，支持各种固定或移动宽带接入应用，既可以直接与POTS电话、PC等设备直接连接使用，又可以通过IAD、以太网交换机等设备来扩展可连接的终端数量，便于发展家庭用户、中小企业用户和各种行业用户，McWiLL可以满足电力通信专网双向性、实时性、可靠性的要求，基于McWiLL 组建的电力宽带无线专网通信平台能够承载智能电网现有业务和未来扩展业务，实现智能配用电网业务的多层次接入，专网部署能满足智能电网安全性方面的要求。McWiLL技术已在辽宁、湖南、重庆、海南等省市进行积极的探索，可有效提升电力系统精益化管理水平，在提高电网管控效率、电网实时控制水平及2010年国家电网公司把McWiLL宽带无线计入平台列为农村电网改造的推荐技术之一[6]。

2.(4)分时长期演进（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）是由阿尔卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动等共同开发的第四代（4G）移动通信技术与标准。TD-LTE系统特点：灵活支持1.4,3,5,10,15,20MHz带宽；下行使用OFDMA，最高速率达到100Mbits/s,满足高速数据传输的要求；上行使用OFDM衍生技术SC-FDMA（单载波频分复用），在保证系统性能的同时能有效降低峰均比（PAPR），减小终端发射功率，延长使用时间,上行最大速率达到50Mbits/s；充分利用信道对称性等TDD的特性，在简化系统设计的同时提高系统性能；系统的高层总体上与FDD系统保持一致；将智能天线与MIMO技术相结合，提高系统在不同应用场景的性能；应用智能天线技术降低小区间干扰，提高小区边缘用户的服务质量；进行时间/空间/频率三维的快速无线资源调度，保证系统吞吐量和服务质量。TD-LTE通信网络可以应用于配用电侧的用电信息采集、配网自动化与负荷管理、应急抢修、检修及移动资产可视化管理、智能用电服务以及电力物联网的其他业务[7]。

3.无线局域网在配用电通信网络中的应用

3.(1)无线局域网(Wireless Local Area Networks； WLAN)利用射频（Radio Frequency； RF）的技术，取代双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它, WLAN 技术适用于地域范围广、分散度高的场合，可解决中距离较高速数据接入。

3.(2)当前应用最为广泛的WLAN 标准是Wi-Fi，Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有，目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。Wi-Fi特别适合支持供电局下属的业务单位之间的通信，用Wi-Fi技术方式方式开通宽带接入的服务包括数据业务、VoIP 语音业务、视频业务等,还可用于配网自动化的通信系统，支持各类DTU，FTU，TTU 数据的传输[8]。

3.(3)无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者，目前应用较多的无线传感器通信技术包括ZigBee和RF433 等。ZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础离、低功耗的无线组网通信技术，ZigBee的通信速率低于蓝牙，由先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、电池供电设备提供无线通信功能ZigBee 主要应用在配网自动化“二遥”、用电信息采集中。RF433采用射频技术，也叫RF433射频小模块，采用全数字科技生产的单IC 射频前段与ATMEL的AVR单片机组成，可高速传输数据信号的微型收发信机，无线传输的数据进行打包﹑检错﹑纠错处理。元器件都采用工业级标准，工作稳定可靠，体积小便于安装。RF433具有通信简单、易于实现、成本低、可用小功率和小尺寸天线实现通信等优点，适用于测量点相对比较分散的场合，如城市或农村一户一表的情况[8]。

3.(4)在电力线通信技术产品成熟的同时，更加实用的一个新的技术也正在开发中，它就是融合网络技术和芯片。网络融合，就是将目前的有线、无线、电力线通信技术融合到一个芯片上。单芯片具备两个以上网络的能力，解决了现实中一个网络不能实现应用覆盖和功能拓展。例如，适用于电网和智能电网的HomePlug GP 和ZigBee 融合芯片，它从电网延伸到电网附近的空间。适用于家庭娱乐的有线电视超宽带和超宽带无线融合芯片，将有线和无线宽带混合和复接。适用于家庭网络的HomePlug和Wi-Fi 融合芯片，为多媒体应用的提供了新的有竞争力的解决方案。

4 .结束语:

目前无线通信领域各种技术的互补性日趋明显，主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。如3G 和WLAN、WSN 等，都可实现互补效应。3G 可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求；WLAN 可解决中距离的较高速数据接入；WSN 可实现近距离的无线接入[8]。无线通信技术可以减少配用电通信网络的建设费用、建设周期，提高电网应对恶劣环境的能力，弥补目前配用电通信方式的单一化、覆盖面不广的缺陷，降低电力通信网络与电网的相关性，解决通信孤岛的接入问题。

参考文献:(1) 詹翊春. 电信级以太网的概念与关键特征[J].中国新通信, 2008, 10(1):9-13.

(2)中国智能电网通信网络解决方案[R]. 2010.

(3)雷煜卿,李建岐,侯宝素. 面向智能电网的配用电通信网络研究[J].电网技术,2011, 35(12):14-19.

(4)陈军. 3G移动通信技术在智能电网中的应用[J].高科技与产业化, 2009,12:84-87.

(5)李会庆. 无线接入技术在电力通信网中的应用研究[J].信息通信, 2013,4:227-228.

(6)葛维春,祁兵,张明哲. McWiLL在智能配用电网中的应用[J].东北电力技术, 2012,9:7-12.

(7)欧清海,谢杰洪,曾令康,李祥珍,甄岩. TD_LTE技术在配用电通信中的应用[J].现代电子技术,2012,35(23):27-31..

(8)彭柏,刘昀. 多种通信技术在华北配用电网中的研究应用[J].电力系统通信, 2012,33(231):112-117.