电力光载无线通信技术在电力接入网中的应用

【摘 要】随着各技术自动化水平的提高,建设强大的智能电网已发展成趋势.智能电网的发展离不开通信信息平台的支撑,建立高速、双向、实时、集成、互动的通信网架是实现智能电网的关键.为此,本文主要结合电力通信接入网现状,探讨了电力光载无线通信技术在电力接入网中的应用.

【关 键 词】智能电网；电力接入网；电力无线通信

1电力通信接入网现状分析

智能电网中的很多应用系统都需要依赖接入网实现,在输变电领域有输变电状态监测系统,在配用电领域有配网自动化系统和用电信息采集系统等.

在输变电领域,输电线路和变电站是电力输送和转换的物理通道,是坚强智能电网建设环节的重要组成部分,具有地域分布广泛,运行条件复杂,易受自然环境影响和外力破坏,巡检维护工作量大等特点.目前在输电线路上可采用不同的传感器对包括微风振动、风偏、线路舞动、线路温度、线路覆冰,杆塔倾斜等输电线路状态,对环境温度、风速、障碍物距离,危险接近等环境状态等综合信息采集,但如何将这些采集数据汇总到监测中心进行处理,需要有可靠的通信支持.

在智能配用电领域,国家电网公司在大力推进配电自动化系统和用户用电信息采集系统的建设,具有高度自动化和互动化的智能配用电网络对于通信系统提出了更高的要求.目前,对于智能配用电侧的业务需求还缺乏很好的通信支撑手段予以支撑,单一的通信方式包括光纤通信方式无法满足配用电侧的所有通信需求,需要深入研究无线通信技术与光通信技术复合组网技术,科学构建通信网络,合理解决通信的实时性,可靠性和无线通信网络组网等技术问题,以满足智能配用电领域的业务需求.

2现有电力接入技术分析

目前电力部门沿着电网建立了以OPGW/ADSS电力特种光缆为主的电力骨干光传输网.基本覆盖110kv以上变电站.但终端通信接入网络是待建网络.总体上具有骨干通信网络强,接入网络弱的特征.

在接入网建设中,无论是光纤通信,电力线载波通信,230MHz电台无线通信还是无线公网,都不能很好满足现在的需要,即使综合应用多种通信技术,也存在部署困难,技术繁多,管理不便等缺点,主要原因分析如下.

（1）光纤通信存在建设困难,利用率较低,无法实现全覆盖的问题.

（2）电力线载波通信存在挑线路、可靠性差的问题.

（3）230MHz电台无线通信存在通信技术落后,传输速率低的问题.

（4）公网无线通信存在安全性低,边远覆盖差,紧急状况下可用性无法保障的问题.

综合以上光纤通信,电力线载波通信,230MHz电台无线通信还是公网无线通信的局限性.可以得出这样一个结论：需要一套为电力应用怎么写作的电力无线通信系统,建立一套为电力系统应用写作的无线通信系统是非常有意义的,可以加强电力接入通信网络的建设,更好地满足电力应用的需求.

3电力光载无线通信技术

电力通信网络的光纤传输网络十分发达,电力行业具有丰富的电力特种光纤、管道、杆塔资源,500kv及以上变电站光纤覆盖率为100%.220kv覆盖率为99.2%.110kv覆盖率93%.随着智能电网的推进,中低压配电网中的光纤资源也越来越多,在建立电力无线通信网络时,充分利用电力系统现有的光纤资源,将会节约大量的成本,起到更好的经济效益.

电力光载无线通信技术,可以充分利用电力行业丰富的光缆资源,以及光纤传输低损耗.高带宽特性,代替传统的基带数据处理模块和射频发射天线模块间的射频线缆,改变传统基站中基带与射频信号集中处理的方式,将基站的无线信号和基带信号在不同的地理位置上处理,传统的基站系统被分拆为基带处理（中心基站）与射频传输（远端基站）两部分,二者放置在不同的物理位置,远端基站仅实现简单的光电转换功能,而复杂昂贵的设备集中到中心基站,让多个远端基站共享这些设备.

4电力光载无线通信技术输变电应用

输变电在线监测无线通信系统可分为,个层次,分别为终端层.网络通信层和主站层,终端层负责将底层传感器节点搜集到的信息发送给网络接入层,网络通信层则将终端信息通过骨干网系统,发送给输变电系统主站,主站层负责对终端设施和网络接入设备的在线监测.状态信息的搜集以及控制命令的发送,输变电无线与光纤集成通信系统位于网络通信层,位于变电站的中心站通过电力特种光缆与部署在输电线路杆塔上的远端单元相连,中心站也可通过链式自组网的模式实现彼此之间的逐跳通信,通过输变电中心站设备和远端单元组成逐跳连接的无线与光纤集成通信系统,实现底层终端信息的汇集,并通过远距离逐跳传输方式将信息汇集到输变电系统主站.

在输变电应用场景中,采用分布式中心站与链式逐跳自组网相结合的组网模式,充分利用输电线路已有的电力光缆资源,实现光纤与无线自组网的融合通信.

传统的多跳无线自组网多基于载波和冲突避免方式进行资源分配,这种资源分配方式实时性较差,导致系统对流媒体的支持能力不足,特别是在输变电在线监测这种链式拓扑结构条件下,传统载波和冲突避免方式造成极大的网络时延,无法实现流媒体传输的全面支持.输变电应用系统需要具备载波与时分复用机制的融合技术,实现节点的链路拓扑维护与多跳的数据传输；针对输变电线路链式结构,具备链路的自适应调整与维护问题能力,提升系统的鲁棒性能和容错性能；同时输电线路监控应用对于系统的传输时延也提出了较高要求.

输电线路链式拓扑结构节点的损毁将导致系统整条无线链路的失效,因此需要针对网络异常处理与网络恢复技术进行专门处理、主要技术包括链式结构中网络异常情况监测技术,实现异常情况的实时捕获.系统的链路恢复与拓扑重构技术,实现异常状态下的错误恢复.基于链路维护技术进行专门容错技术研究,使系统具备抗损毁能力,以及灾害条件下通信能力、研究功率汇聚技术,在连续多个节点失效的极端条件下,保证系统的应急通信能力.

5电力光载无线通信技术配用电应用

配用电自动化无线通信系统应用中,无线与光纤集成通信系统位于系统网络通信层,借助无线与光纤集成通信系统,实现了底层终端设备和主站应用之间的数据双向互通、中心站设备可以部属在主站的局端大楼或者变电站、通过电力系统已有的特种光缆资源实现远端单元的光纤拉远、远端单元通过电力专用频段与终端设备相连,终端设备通过多种方式（以太网,wifi,zigbee等技术）与配用电专用设备相连、针对配用电无线与光纤集成通信系统中对组网模式的特殊需求,采用分布式基站和光纤拉远技术,充分利用配用电线路已有的电力特种光缆资源,实现光纤与无线通信系统的融合通信.

针对配用电应用需求的不同.需要使系统具备智能自适应的链路传输能力,系统需要具备流量实时监测技术实现系统性能（数据传输速率、延迟、丢包率等）的动态感知,基于系统实时监测技术,进行流量控制技术研究,使链路传输能够动态适应网络系统的实时变化.

配用电应用中,需要终端数量极大,海量终端同时在线对于基站系统压力巨大.因此系统需要具备海量终端同时接入的能力,同时基站系统调度算法需要满足终端用户对数据传输实时性和公平性的要求.

6结束语

针对智能电网骨干网强,接入网弱的特点.本文对比分析了电力接入网领域各种通信技术手段的优缺点,提出了电力光载无线通信技术在电力接入网领域的应用,构建了电力光载无线通信技术在智能电网输变电,配用电领域的应用架构.随着智能电网的不断发展,电力光载无线通信技术必将在智能电网接入网通信领域中发挥更大的作用.