无线专网技术在智能配网中的应用

无线专网技术在智能配网中的应用配电自动化是提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段，也是实现智能电网的重要基础之一。2009年5月，国家电网公司明确提出建设“具有信息化、自动化、互动化的智能电网”，计划到2020年全面建成统一坚强智能电网。智能电网战略目标的提出给配电自动化注入了新的内涵，也给配电自动化带来了新的生机，为配电自动化的发展指明了方向。随着新一代智能配网系统的建设，新的通讯方式也将被广泛的应用。1传统配电系统通讯方式在传统配网通讯中通常采用光纤和电缆屏蔽层载波相结合的通信方式。K、P型配电站及箱变通信应分两级配置，如图1所示。调度主站系统到110KV/35KV（10KV母线）变电站的通信网络作为一级通信网络；变电站出线到其相对应供电配电站的通信网络作为二级通信网络。变电站作为通信中继，起到集中和转发的作用。各种类型的配电站根据进线电缆走向，将配电站信息通过载波上传至变电站，变电站集中后向调度主站传送数据。1.1一级通信网络及规约配置方案一级通信网络以光纤主干网为主，音频电缆为辅。变电站和主站通过光纤连接，两侧安装网络交换设备，配电主载波设备通过网络口挂到网络交换机上，配电自动化主站通过网络协议与主载波设备进行信息交换。此方式的规约选择原则上应采用104网络协议。主载波设备采集到下级配电站信息，通过集成和规约转换，与调度主站进行通信。当使用音频电缆的时候也能采用CDT同步规约，或者视信息量大小使用101、DNP3.0异步规约。图1一级通信网络及规约配置方案1.2二级通信网络及规约配置方案二级通信网络配置采用电力电缆屏蔽层载波方式，通过变电站到配电站、或者配电站之间的电缆进线走向，利用载波通道传送配电站信息。针对复杂网络，使用载波级连组网的方式，具备环路的条件下能够实现自愈功能。变电站配置一台主载波设备，与网络中的所有从载波设备采用101、DNP3.0等异步轮询规约。2无线数据通信的现状及技术分析2.13G技术分析3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。3G已经在我国得到得到大规模的商业应用。3G技术已经进入实用的阶段。第3代移动通信系统的主要特征是其传输速率在高速移动环境中支持144kbps，步行慢速移动环境中支持384kbps，静止状态下支持2Mbps。根据对电力系统网络流量的分析，220、500kV变电站至调度的主要生产业务数据流量为150～270kps左右；地调至省调之间的主要生产业务数据流量为384kbps。3G静止状态数据业务的传输速率可以达到2Mbps，能够满足省级和地调数据网主要生产业务数据的传输需求。2.2Wi-Fi技术分析WLAN(WirelessLocalAreaNetwork，无线局域网)，是指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系,从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。WLAN通信系统一般使用在同一座建筑内。WLAN使用ISM(In¬dustrial、Scientific、Medical)无线电广播频段通信。WLAN的IEEE802.11a标准使用5GHz频段，支持的最大速度为54Mb/s，而IEEE802.11b和IEEE802.11g标准使用2.4GHz频段，分别支持最大11Mb/s和54Mb/s的速度。Wi-Fi（WirelessFidelity，无线保真），实质上是一种商业认证，具有Wi-Fi认证的产品符合IEEE802.11b无线网络规范，它是当前应用最为广泛的WLAN标准，采用波段是2.4GHz。IEEE802.11b无线网络规范，最高带宽为11Mb/s，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5Mb/s、2Mbps和1Mb/s，带宽的自动调整，有效的保障了网络的稳定性和可靠性。但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。2.3WiMax技术分析WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务其数据传输速率为75Mbps下，WiMax可以提供必要的长达10英里的远距离通信，在某些情况下传输距离可超过30英里。使用IEEE802.16d–2004标准的WiMax，使用不同的供应商的产品可以在固定地点之间以点对点和点对多点方式通信。这一标准在美国将有可能被用于私人固定网络，它将利用基于超晶胞（super-cell）配置，更多地侧重于覆盖范围而不是容量。基于IEEE802.16e-2005标准的WiMax，可用于超视距通信，并能与移动卡车或汽车通信。移动WiMax产品在2007年底进入市场.WiMax的可用性和功能，可作为支持变电站或配电自动化WiFi应用的输配变电通信系统的骨干网。而且WiMax定位无线城域网，其牌照应由本地无线电管理机构核发，所以本地电力企业完全可以独立申请WiMax牌照，建立电力的WiMax通信专网，这样也符合电力专网通信的特点。而WiMax的覆盖范围最大可达50km，通常基站的覆盖范围也在6一10km，符合配电站的分布特点。组网满足配电自动化应用，则要在配电站、配变上安装WiMax终端设备；再根据变电站的分布，合理布置基站，就可以建立起一个“以配调为中心，变电站为基站，配电站为终端”的自动化业务接入网。3无线数据通信技术在配网系统中的实施传统的通讯方式，尤其是在二级通信方式需要架铺屏蔽载波电缆，施工难度大，投资成本高，建设周期长。所以经常不具备环路条件，在任何一级中发生通信中断，都影响到配网终端设备的通讯。虽然部分纯杆变采用gprs无线公网直接接入,也存在着可靠性，安全性差的问题。对配电终端的故障信息判断，自动确定具体的故障区段，故障区段的隔离及非故障区段的恢复供电，都将受到不同程度的影响。这对于建设有自愈能力，可以发现并对电网的故障做出反应，快速解决，减少停电时间和经济损失的智能配网来说是一个发展瓶颈。随着新一代无线通信技术的发展和运用将打破原有的技术瓶颈。鉴于配网自动化系统属于电力监控系统的范畴，必须放置在网络的生产控制大区，“遥控”功能必须使用生产控制大区的专用网络通道。所以配网中配置基于无线专网通信的配电终端装置和配电调度系统组成无线专网，并实现“三遥”功能。在无线专网实现中WiMax技术成了首选方案。WiMAX电力专网是一个全IP的网络，可以和现有的网络直接连接，充分利用现有的网络设备。基站提供标准的以太网口，支持TCP/IP协议，连结城域网。终端可直接连接二层交换机，综合接入设备，无线路由器和其他常见网络终端设备，提供数据，语音和图像传输。配电终端数量大，分散，距离远，一个中等城市的变压器有上千个，配电终端有上万个，WiMAX电力专网将配电终端直接无线接入到配电控制中心，将智能电表的大用户的用电量，线路故障信息及时发送到调度中心。WiMAX技术的质量保证、点对多点，远距离传输的特点得到了充分的发挥和应用。在实际建设中例如：一个开闭所距离供电局20公里，并配有主干光纤设备到供电公司，配电支路的最远配电终端距开闭所15公里，配电终端FTU和TTU均匀分布在配电支路沿线内。配网调度控制中心在供电公司。城市高楼大厦不多，楼群不密，遮挡不严重，控制箱附近10米开阔，电杆高度5米。沿配电支线走向，划分3个区域，建设3个WiMAX基站，每个基站覆盖半径4公里。每个基站接入60个终端，支线内的配电终端和距离最近的基站连接。每个基站最多可接入200个配电终端，每个基站还可以划分扇区增加容量。每个WiMax基站都通过无线专网把数据传输到开闭所，在通过开闭所的光纤主干网把所有数据传输到配网调度控制中心的DMS系统中。然而建设WiMAX电力专网必须要做好网络规划。分析各种电力业务需求的通信模式，和分布状况，分析覆盖的范围和要求，分析带宽的需求和分布，根据应用要求，做出容量规划和覆盖规划。WiMAX电力专网建设的初期，要为将来的网络容量扩展作出计划。网络带宽的分配考虑各种业务服务需要，制定服务的优先级，要考虑不同时段，不同区域的容量需求变化。4结束语目前无线通信技术在各个传统工业领域的使用日趋广泛。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。从智能配电的角度来看，WiMAX技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境;而且这两种无线技术在网络安全这方面也做得比较优秀、完善。利用无线专网技术，能够快速方便地进行数据的实时传输，其迅速部署、不受地面限制等特点能解决电力系统配电网各层间的通信问题，大大提高网络的监控能力，从而提高系统的安全性和可靠性，供电的可靠性也有了大幅度的改善。因此，无线通信可以成为电力系统通信的一个重要补充手段，为电力系统构建综合通信网提供非常重要的一个部分。图2无线专网通信方式