面向電力物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)研究

梁鋒

（中國(guó)電信桂林分公司 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541001）

電力通信網(wǎng)絡(luò)能夠保證電力系統(tǒng)持續(xù)高效的運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)尤為重要，只有電力通信可以穩(wěn)定運(yùn)行，才能提高電網(wǎng)工作的效率。所以我們必須準(zhǔn)確并且時(shí)刻掌握電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，電力通信巡檢可以在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)電力通信運(yùn)行過(guò)程中的安全隱患和故障問(wèn)題。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)基本特征

1.1 終端泛在接入

在源網(wǎng)荷中傳感器的類(lèi)型很多，這些傳感器可以接受所有數(shù)據(jù)，保證網(wǎng)絡(luò)資源和通信網(wǎng)絡(luò)能夠正常交互。

1.2 平臺(tái)開(kāi)放共享

技術(shù)和業(yè)務(wù)具有開(kāi)放性的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)模型以一種標(biāo)注化的方式發(fā)展，幫助整理多元化的數(shù)據(jù)信息。

1.3 計(jì)算云霧協(xié)同

打開(kāi)智能網(wǎng)關(guān)和云平臺(tái)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行多層分析，通過(guò)云端處理器和邊緣側(cè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)完成計(jì)算和數(shù)據(jù)整理。

1.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)

收集大范圍的數(shù)據(jù)信息，該過(guò)程中可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)完成，從而對(duì)電力業(yè)務(wù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)整合。

1.5 應(yīng)用隨需定制

云平臺(tái)保存了大量的電力應(yīng)用數(shù)據(jù)和信息，在電力流、數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)流的幫助下，可以按照需要設(shè)計(jì)多種業(yè)務(wù)。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景及通信需求

2.1 配電自動(dòng)化通信需求

配電自動(dòng)化的功能比較豐富，其主要有SCADA（監(jiān)視電網(wǎng)數(shù)據(jù)）、饋線自動(dòng)化、故障處理、分析應(yīng)用功能，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)配電網(wǎng)實(shí)施運(yùn)行監(jiān)控的功能。

2.1.1 帶寬及采集間隔

通常情況下，配電自動(dòng)化主站對(duì)終端的總召頻率可以依據(jù)需求設(shè)定為1-60分鐘/次；心跳數(shù)據(jù)幀30秒一次；終端和主站對(duì)時(shí)間隔通常設(shè)置為1h/次；遙信、遙控方面，主站下發(fā)命令的頻率通常不固定，終端設(shè)備因突發(fā)故障而進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳的頻率也不是固定的。255字節(jié)的數(shù)據(jù)配電自動(dòng)化終端傳輸所需要的時(shí)間大約為200 ms，根據(jù)傳輸?shù)乃俣冗M(jìn)行計(jì)算，為例避免數(shù)據(jù)傳輸排隊(duì)延時(shí)，寬帶不得低于10.2 kbps。

2.1.2 實(shí)時(shí)性

如表1所示。

表1：配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性指標(biāo)

2.2 用電信息采集通信需求

用電信息采集系統(tǒng)是利用自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變壓器以及用戶的實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行采集、分析、處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的線損分析、電能質(zhì)量檢測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，節(jié)約用電成本。

2.2.1 實(shí)時(shí)性

如表2所示。

表2：用電信息采集業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性指標(biāo)

2.2.2 可靠性

用電數(shù)據(jù)收集可靠性如下；遙控正確率要控制在99.99%以上;一次收集成功的概率不得低于95%;周期采集的成功率不得低于99.5%。

2.3 分布式電源通信需求

分布式電源一般和用戶的距離比較近，工作的時(shí)候都是通過(guò)用戶控制的，所以要滿足電力系統(tǒng)以及用戶的用電需求。

2.3.1 帶寬及采集間隔

如表3所示。

表3：分布式電源站點(diǎn)傳輸流量需求

2.3.2 可靠性

如表4所示。

表4：分布式電源接入監(jiān)控系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

2.4 移動(dòng)巡檢通信需求

移動(dòng)巡檢業(yè)務(wù)主要是移動(dòng)巡視以及移動(dòng)檢修業(yè)務(wù)。移動(dòng)巡視業(yè)務(wù)部包括巡視監(jiān)控，剩下的所有功能在本地就能完成，不需要遠(yuǎn)程通信。移動(dòng)檢修工作的開(kāi)展需要遠(yuǎn)程通信，檢修工作需要遠(yuǎn)程協(xié)助以及移動(dòng)辦公等重要功能，需要信息以文字、圖表的形式進(jìn)行傳輸交互。不同業(yè)務(wù)，其傳輸速率也不同，通常語(yǔ)音業(yè)務(wù)的傳輸速率為8～64 kbit/s；視頻業(yè)務(wù)的傳輸速率為384 kbit/s～2Mbit/s；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率為64 kbit/s～2 Mbit/s。

3 通信技術(shù)在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 5G網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用

5G移動(dòng)通信由于自身的高速率、高容量、高可靠性、低時(shí)延和低功耗特點(diǎn)，在新能源并網(wǎng)、輸變電監(jiān)視、配電網(wǎng)調(diào)控控等方面都具有廣泛應(yīng)用。5G提供了網(wǎng)絡(luò)切片功能，能夠?yàn)榇怪毙袠I(yè)實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)切片組成包括核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切片，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)用戶入網(wǎng)注冊(cè)和開(kāi)展業(yè)務(wù)時(shí)的移動(dòng)性管理器AMF、會(huì)話管理器SMF和用戶平面UPF的選擇，從而進(jìn)行流量的疏導(dǎo)；無(wú)線側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切片是指基站按照用戶切片選項(xiàng)將用戶端設(shè)備UE分配AMF。承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片的支持分為兩類(lèi)方案，一類(lèi)是軟切片、一類(lèi)是硬切片。軟切片主要指VPN技術(shù)，例如MPLS VPN，在轉(zhuǎn)發(fā)面需要共享資源和鏈路但切片之間路由隔離；硬切片主要通過(guò)資源的獨(dú)占來(lái)保障切片的服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)隔離，比如靈活以太網(wǎng)FlexE技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)切片主要功能是提供了差異化的服務(wù)質(zhì)量保證以及業(yè)務(wù)網(wǎng)的隔離，電力網(wǎng)不同業(yè)務(wù)通信需求不同，適何利用網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)間的差異化傳輸。

3.2 衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域廣泛可以為電力物聯(lián)網(wǎng)提供多樣化選擇，在電力網(wǎng)多個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景中具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。最普遍的場(chǎng)景是在電力終端控制業(yè)務(wù)上進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)行電力行業(yè)輸變電運(yùn)維工作中，通過(guò)遠(yuǎn)程控制無(wú)人機(jī)等機(jī)器設(shè)備的巡檢可以有效代替人力，但在偏遠(yuǎn)效區(qū)甚至人煙罕至的山區(qū)，移動(dòng)信號(hào)往往存在過(guò)多的覆蓋盲點(diǎn)，無(wú)人機(jī)通信與控制受到限制，運(yùn)用衛(wèi)星通信可以有效解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的巡檢設(shè)備控制。

現(xiàn)在的商用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信最常用的三種連接方式分別是TDMA、CDMA、FDMA。這三種連接方式相比于5G來(lái)說(shuō)，連接的數(shù)量并不多，而且衛(wèi)星通信的頻譜是一種優(yōu)質(zhì)資源，衛(wèi)星通信成本大多數(shù)都來(lái)自與帶寬資源、轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、波束覆蓋范圍。因?yàn)殡娏ξ锫?lián)網(wǎng)電力終端連接數(shù)量過(guò)多，面對(duì)當(dāng)前商業(yè)衛(wèi)星的接入方式，每一個(gè)終端設(shè)備只有極小的概率可以和通信系統(tǒng)連接成功，所以，衛(wèi)星通信現(xiàn)在一般都是進(jìn)行網(wǎng)關(guān)級(jí)的傳輸工作，也是出了光纖和5G通信之外的重要方式。

3.3 LPWAN網(wǎng)絡(luò)

5G、衛(wèi)星通信讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣茸兊酶欤蠖鄶?shù)都應(yīng)用在電力行業(yè)和其他業(yè)務(wù)服務(wù)中。不過(guò)電力行業(yè)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境比較復(fù)雜，有一些公共區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有覆蓋，這也是當(dāng)前電力物聯(lián)網(wǎng)需要盡快解決的問(wèn)題。面對(duì)這種情況，大力發(fā)展低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是必然趨勢(shì)。該技術(shù)能夠在低帶寬的狀態(tài)下完成數(shù)據(jù)傳輸，而且傳輸距離較遠(yuǎn)，成本較低，不需要依靠大功率即可完成傳輸，具有多個(gè)連接點(diǎn)，電池的使用年限也比較久，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全，所形成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以傳輸效果好，覆蓋的面積也較大，該技術(shù)已經(jīng)在電力物聯(lián)網(wǎng)中取得了不錯(cuò)的成效。

這種技術(shù)在未來(lái)會(huì)變成一種主流趨勢(shì)。對(duì)于供電來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的電網(wǎng)供電仍是被動(dòng)的，導(dǎo)致用戶和電網(wǎng)之間的互動(dòng)較少，供電效率較低影響了用戶的用電體系。而且現(xiàn)在智能電表還沒(méi)有完善，該技術(shù)的使用讓智能電表可以更快的收集電路數(shù)據(jù)。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我國(guó)電網(wǎng)公司、水氣熱等服務(wù)公司和政府部門(mén)建立了合作關(guān)系，將四個(gè)表合并成為一個(gè)表為最終目的，讓能源電力物聯(lián)網(wǎng)可以發(fā)揮出更有效的作用。所有水熱電氣表都能夠在該技術(shù)的支撐下連接到電力物聯(lián)網(wǎng)，不需要太復(fù)雜的操作，真正達(dá)到四表合一。從目前的配電網(wǎng)狀態(tài)來(lái)看，LPWAN電力物聯(lián)網(wǎng)可以和配電網(wǎng)高度配合，在多數(shù)電力設(shè)備中都有應(yīng)用，有利于我國(guó)電力物聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)久發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

從上面的分析來(lái)看，我國(guó)電力通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從電力線載波發(fā)展到光纖，再由光纖發(fā)展到無(wú)線通信。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)讓傳統(tǒng)的電力傳輸不再受到傳統(tǒng)空間上的約束，提高了用戶的用戶體驗(yàn)、傳輸質(zhì)量和傳輸效率、新興業(yè)務(wù)以及清潔能源行業(yè)有重要意義。