[摘 要]智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對(duì)電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集。建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無法實(shí)現(xiàn)。筆者借助荊州供電公司配電網(wǎng)系統(tǒng)來對(duì)城市配電信息寬帶無線接入系統(tǒng)進(jìn)行研究。

　　[關(guān)鍵詞]核心論文,城市配電,寬帶,無線接入

　　國家電網(wǎng)科[2009]1535號(hào)文件頒布Q/GDW382-2009《配電自動(dòng)化技術(shù)導(dǎo)則》(以下簡稱《導(dǎo)則》)提出了配電通信網(wǎng)骨干層和接入層的相關(guān)技術(shù)要求，骨干層原則上建議采用光纖，不具備條件時(shí)，考慮采用其他通信方式作為補(bǔ)充。接入層采用光纖、無線專網(wǎng)、載波、無線公網(wǎng)等多種通信方式結(jié)合，因地制宜，但是需要統(tǒng)一接入、統(tǒng)一接口規(guī)范和統(tǒng)一管理，應(yīng)支持標(biāo)準(zhǔn)串行接口和以太網(wǎng)等。

　　1 荊州供電公司配電網(wǎng)現(xiàn)狀

　　荊州供電公司配電終端現(xiàn)狀：經(jīng)統(tǒng)計(jì)，荊州市城區(qū)現(xiàn)有3.5萬用戶，2009年共有各類配電終端約5 000臺(tái)，其中各類設(shè)備終端2 000臺(tái)，專變負(fù)控終端2 700臺(tái)，低壓集中器260臺(tái)。2011年底，預(yù)計(jì)供區(qū)內(nèi)約有終端2萬個(gè)點(diǎn)。其中計(jì)劃新裝低壓集中器830個(gè)，用電現(xiàn)場(chǎng)約13 600個(gè)，10kV聯(lián)絡(luò)開關(guān)108臺(tái)。

　　目前配電終端接入方式采用GPRS無線公網(wǎng)接入，其中2010年新購的設(shè)備，在接口模塊方面可以選用GPRS模塊或者以太網(wǎng)模塊，部分設(shè)備同時(shí)擁有2種接口。

　　2 無線公網(wǎng)存在問題

　　不斷上升的高昂通訊成本：2009年，配網(wǎng)設(shè)備終端4 860臺(tái)，年通信費(fèi)為60萬元。2011年，配網(wǎng)設(shè)備終端計(jì)劃增至19 290臺(tái)，按單個(gè)終端年通信費(fèi)120元計(jì)算，通信費(fèi)預(yù)計(jì)將達(dá)到240萬元。運(yùn)行成本逐年增高，成本高昂。若采用3G方式，單個(gè)終端包年約為800元，通訊費(fèi)用還將增加。

　　網(wǎng)絡(luò)性能不高：一是GPRS信號(hào)不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延長、數(shù)據(jù)容易丟失;二是GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在30kbps左右，僅能滿足窄帶需求，擴(kuò)展功能有限，不利于在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)更多功能如視頻傳輸、移動(dòng)辦公等，數(shù)據(jù)傳輸速度慢。

　　安全性能較差：GPRS是公眾無線網(wǎng)絡(luò)，無法克服內(nèi)外網(wǎng)隔離帶來的系統(tǒng)整合困難。

　　3 接入層典型方案的技術(shù)比較

　　國網(wǎng)公司的規(guī)定：按照《導(dǎo)則》規(guī)定，接入層通信網(wǎng)可采用光纖網(wǎng)、無線專網(wǎng)、電力載波和無線公網(wǎng)。因?yàn)閲鴥?nèi)載波抄表技術(shù)正處于發(fā)展過程當(dāng)中，其組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)由第二代的靜態(tài)組網(wǎng)向第三代的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)發(fā)展，目前僅限于窄帶數(shù)據(jù)應(yīng)用，因此不予重點(diǎn)考慮，見圖1。

　　3.1 三種方案的技術(shù)比較

　　光纖接入方案：SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信、遠(yuǎn)動(dòng)、保護(hù)、電視會(huì)議、圖像監(jiān)控信號(hào)傳輸、視頻會(huì)議、調(diào)度電話、行政電話語音、IP、安全自動(dòng)裝置和電力市場(chǎng)化所需的寬帶數(shù)據(jù)等。優(yōu)點(diǎn)：從技術(shù)角度上說光纖方式是最優(yōu)的選擇。缺點(diǎn)：部署安裝復(fù)雜，建設(shè)成本高;建設(shè)周期長、維護(hù)工作量大;不能靈活組網(wǎng)。

　　無線公網(wǎng)接入方案：GPRS分組無線移動(dòng)數(shù)據(jù)通信提供移動(dòng)環(huán)境下的高速無線IP，可實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)采集交互等。優(yōu)點(diǎn)：投資成本低，建設(shè)周期短。缺寬帶無線專網(wǎng)：提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、VOIP語音業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)等。優(yōu)點(diǎn)：組網(wǎng)靈活易接入，性價(jià)比最佳。缺點(diǎn)：頻點(diǎn)資源稀缺。

　　3.2 技術(shù)分析結(jié)果對(duì)比(見表1)

　　電力系統(tǒng)配用電側(cè)信息采集點(diǎn)種類多、數(shù)量多、單點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)率不高，有些采集點(diǎn)處于地下，網(wǎng)絡(luò)改造較多、變動(dòng)頻繁，與之相配套的通信網(wǎng)絡(luò)必須是網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、組網(wǎng)靈活、接入方便、傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)管理配置方便、維護(hù)簡單、擴(kuò)展性、生存性很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。

　　光纖方式(PON無源光網(wǎng)絡(luò))傳輸可靠，實(shí)時(shí)性、安全性好。但是光纖到配電臺(tái)區(qū)及各個(gè)配用電信息采集點(diǎn)需要敷設(shè)大量的光纜，施工難度較大，加之城市光纜的管道及物業(yè)協(xié)調(diào)成本日益增加，導(dǎo)致使用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多點(diǎn)、短數(shù)據(jù)信息傳輸一次性成本及傳輸維護(hù)成本太高。

　　無線公網(wǎng)GPRS/CDMA/3G不能夠?yàn)殡娋W(wǎng)配電系統(tǒng)通信傳輸提供大帶寬的專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，不能夠保證專網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS(服務(wù)質(zhì)量)，僅適用于無控制要求的配電終端基本數(shù)據(jù)信息采集，其中3G可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備終端遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，但對(duì)于配電自動(dòng)化、調(diào)控一體化以及智能電網(wǎng)的功能支持仍十分有限，功能擴(kuò)展不便。

　　無線專網(wǎng)(WIMAX全球微波互聯(lián)接入)更適合企業(yè)的互動(dòng)智能網(wǎng)建設(shè)，方便管理和配置，組網(wǎng)靈活;安全性能較高，支持內(nèi)外網(wǎng)物理隔離;在功能擴(kuò)展方面具有無線公網(wǎng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　結(jié)論：無線寬帶專網(wǎng)(WIMAX)綜合性價(jià)比最高。

　　4 WIMAX技術(shù)簡介

　　WIMAX是一個(gè)全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，具有按需分配帶寬的能力，合理分配帶寬資源。WIMAX作為無線寬帶領(lǐng)域的重要技術(shù)，憑借更低的成本、更大的帶寬、更靈活的部署等一系列優(yōu)點(diǎn)成為了眾多新興寬帶市場(chǎng)和發(fā)達(dá)國家發(fā)展無線寬帶的首選技術(shù)。國內(nèi)早有WIMAX技術(shù)應(yīng)用案例，2008年奧運(yùn)會(huì)帆船賽事中，我國奧運(yùn)組委會(huì)成功利用部署的WIMAX網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)障及應(yīng)急處置，見圖3。

　　WIMAX是開放的技術(shù)：IOT(Interoperability Test，互操作測(cè)試)是多廠商運(yùn)營環(huán)境形成的技術(shù)基礎(chǔ)。各設(shè)備制造商要通過IOT測(cè)試來驗(yàn)證不同廠家的無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的互聯(lián)互通，保證WIMAX技術(shù)體系開放。

　　WIMAX是先進(jìn)的技術(shù)：它是準(zhǔn)4G技術(shù)，WIMAX 16e可以通過軟件升級(jí)、替換模塊平滑演進(jìn)到16m或者是LTE。它采用了12種先進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)：OFDM、Scalable OFDMA、Spectrally-Efficient TDD、Frequency-Selective Scheduling、Fractional Frequency Reuse、Fine Quality of Service (QoS)、MAC Security、HARQ、AMC、MIMO、AAS、Flat network architecture。 　　全球各大廠商共同的選擇：目前全球一些電力服務(wù)公司如San Diego Gas&Electric(圣地亞哥電氣)、Southern California Edison(南加利福尼亞愛迪生)等已經(jīng)表示，將采用WiMAX技術(shù)來發(fā)展智能電網(wǎng)。英特爾、通用電氣(GE)等廠商也認(rèn)為，就未來技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用服務(wù)需求來看，相對(duì)成熟的WIMAX技術(shù)將可作為連接智能電網(wǎng)中各個(gè)終端裝置的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　WIMAX同現(xiàn)有3G技術(shù)相比，在下行上行的速率、容量等關(guān)鍵參數(shù)上全面領(lǐng)先，且具備LTE所沒有的較成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，并可以通過較小的成本平滑過渡到4G，因此從工程實(shí)施的選擇上來說，WIMAX是目前技術(shù)領(lǐng)先的最佳選擇。

　　安全性問題：WIMAX支持先進(jìn)的加密、認(rèn)證和安全機(jī)制，使用終端和用戶認(rèn)證來確保網(wǎng)絡(luò)接入的安全，防止服務(wù)盜取。

　　內(nèi)外網(wǎng)隔離問題：利用現(xiàn)有城市骨干光纖網(wǎng)絡(luò)，通過添加和改造部分光端設(shè)備和光纜，可完全滿足國網(wǎng)公司提出的安全要求。

　　網(wǎng)絡(luò)性能：在理想接入環(huán)境下，單載波5MHz頻率提供下行8.28Mbps、上行2.93Mbps的接入速率，即1×3×3配置的單基站可以提供24.82Mbps、上行8.79Mbps的最大接入速率。經(jīng)過精密測(cè)算測(cè)試，容量和帶寬滿足荊州智能電網(wǎng)需求。

　　5 荊州供電公司的嘗試

　　通過近半年的艱辛努力，在多方通力協(xié)助下，荊州供電公司已建設(shè)了一張覆蓋荊州市部分中心城區(qū)，具有示范效益的技術(shù)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，可滿足覆蓋區(qū)內(nèi)配網(wǎng)自動(dòng)化、調(diào)控一體化、以及智能電網(wǎng)其他領(lǐng)域的試點(diǎn)及技術(shù)驗(yàn)證工作需求，見圖4。

　　試驗(yàn)網(wǎng)功能應(yīng)用：一是視頻監(jiān)控功能，通過自行組建專用無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，建立配網(wǎng)調(diào)控一體化中心與各監(jiān)控點(diǎn)間的無線傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圖像信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳輸，為電力安全生產(chǎn)的提供準(zhǔn)確及時(shí)的第一手資料，以使調(diào)度、運(yùn)行人員迅速、準(zhǔn)確的處理問題。二是無線遠(yuǎn)程抄表，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程抄表功能，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、交互和控制，滿足未來智能用電的需求。三是負(fù)荷控制，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)大用戶的負(fù)荷控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的負(fù)荷數(shù)據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況對(duì)用戶負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整控制，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)送配電線管理信息，平滑負(fù)荷曲線，達(dá)到節(jié)能增效目的。四是配電自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站配電終端設(shè)備設(shè)備的自動(dòng)化管理，提高配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，對(duì)于事故實(shí)現(xiàn)提前預(yù)告，提高供電質(zhì)量與生產(chǎn)管理效率，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。五是企業(yè)信息化，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)辦公，能夠使用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源，如登錄PMS(國家電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng))。

　　6 結(jié) 語

　　城市配電信息寬帶無線接入系統(tǒng)采用WIMAX技術(shù)組建電力專網(wǎng)具有很好的應(yīng)用前景，符合國網(wǎng)公司建設(shè)智能電網(wǎng)要求。該技術(shù)國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系完善，技術(shù)先進(jìn)，組網(wǎng)靈活，綜合性價(jià)比高，能滿足電網(wǎng)配用電側(cè)多種業(yè)務(wù)需求。