摘要：本文簡要介紹了智能電網(wǎng)的相關(guān)概念和現(xiàn)實意義，分析了現(xiàn)代移動通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀;針對智能電網(wǎng)對電力通信系統(tǒng)的要求，提出LTE應(yīng)用到智能電網(wǎng)中具有突出優(yōu)勢的觀點(diǎn)，并從電網(wǎng)視頻監(jiān)控、智能巡檢、應(yīng)急搶險指揮等幾個方面介紹了LTE 技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用;最后分析了在智能電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用LTE技術(shù)需要注意的問題及建議。

一引言

近年來,國家電網(wǎng)公司陸續(xù)出臺了一系列關(guān)于加快建設(shè)智能電網(wǎng)的政策措施，我國電網(wǎng)建設(shè)正面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。一方面，電網(wǎng)需要應(yīng)對日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境壓力，實現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置，提高全天候運(yùn)行能力，滿足能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要;另一方面，輸配電、發(fā)電、信息化、數(shù)字化等技術(shù)的進(jìn)步也為解決這一系列問題提供了堅實的技術(shù)支持。2009年舉行的特高壓輸電技術(shù)國際會議已明確提出，到2020年，我國將全面建成統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，顯然，智能電網(wǎng)正成為現(xiàn)代電力工業(yè)發(fā)展的方向。

電力通信系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分。由移動通信技術(shù)(如GPRS、GSM等)實現(xiàn)電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞骄哂胁恍枰Ｓ猛ǖ?、工程投資小、覆蓋面廣、維護(hù)方便、安裝靈活等特點(diǎn)，已經(jīng)在遠(yuǎn)程抄表、負(fù)荷控制與調(diào)度等領(lǐng)域取得了較好的效果。LTE技術(shù)的使用將為電力系統(tǒng)信息化注入新的活力。LET相比已應(yīng)用的GPRS、GSM、3G等具有更高的傳輸速率、更加安全可靠的性能，能夠為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供全方位的通信服務(wù)。

本文首先介紹了智能電網(wǎng)、LTE的相關(guān)知識，分析了現(xiàn)代移動通信技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，針對智能電網(wǎng)對電力通信系統(tǒng)的要求，得出LTE應(yīng)用到智能電網(wǎng)具有突出優(yōu)勢的結(jié)論，并從電網(wǎng)視頻監(jiān)控、智能巡檢、智能負(fù)荷調(diào)度管理、應(yīng)急搶險指揮等幾個方面介紹了LTE技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用。

二智能電網(wǎng)

(一)智能電網(wǎng)概述

1.智能電網(wǎng)的概念和特點(diǎn)

智能電網(wǎng)是指一個完全自動化的供電網(wǎng)絡(luò)，其中的每一個用戶和節(jié)點(diǎn)都被實時監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間每一點(diǎn)上的電流和信息的雙向流動。通過廣泛應(yīng)用分布式智能、寬帶通信以及自動控制系統(tǒng)的集成，智能電網(wǎng)保證了市場交易的實時進(jìn)行和電網(wǎng)上各成員之間的無縫連接及實時互動。

從技術(shù)角度講，智能電網(wǎng)有3個層面的含義：首先是利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控;然后將獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合;最后通過對數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對整個電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化管理。

智能電網(wǎng)具備如下特征：

1)自愈。通過實時掌控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患;在盡量少的人工干預(yù)下，快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。

2)安全可靠。能夠很好地應(yīng)對自然災(zāi)害、外力破壞和計算機(jī)攻擊，保證人身、設(shè)備和電網(wǎng)的安全，自動恢復(fù)電網(wǎng)的運(yùn)行。

3)經(jīng)濟(jì)高效。可以優(yōu)化資源配置，提高設(shè)備傳輸容量和利用率;在不同區(qū)域間進(jìn)行及時調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口;支持電力市場競爭的要求，實行動態(tài)的浮動電價制度，實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。

4)兼容。能夠開放性地兼容各種類型設(shè)備，包括集中大電源、分布式發(fā)電以及可再生能源，滿足電力與自然環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的要求。

5)與用戶友好互動。實現(xiàn)與客戶的智能互動，以最佳的電能質(zhì)量和供電可靠性滿足客戶需求;實現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行與批發(fā)、零售電力市場無縫銜接，同時通過市場交易更好地激勵電力市場主體參與電網(wǎng)安全管理，從而提升電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。

2.智能電網(wǎng)的技術(shù)體系

智能電網(wǎng)的構(gòu)建與功能實現(xiàn)有賴于多項基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展、推廣和應(yīng)用。智能電網(wǎng)的技術(shù)體系分為基礎(chǔ)技術(shù)和高級應(yīng)用?；A(chǔ)技術(shù)包括電力設(shè)備、量測與通信設(shè)備、信息管理系統(tǒng)、決策與控制理論，高級應(yīng)用有智能控制中心、智能變電站、智能線路、智能保護(hù)系統(tǒng)、智能需求側(cè)管理。通過基礎(chǔ)技術(shù)與高級應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，最終形成智能電網(wǎng)。

三電力通信系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

電力通信系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行不可或缺的組成部分。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行需要借助于有效的通信手段，將控制中心的命令準(zhǔn)確地傳送到遠(yuǎn)方終端，并將反映遠(yuǎn)方設(shè)備運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)信息收集到控制中心。目前常用的通信方式有現(xiàn)場總線、電話專線、光纖通信、電力線數(shù)字載波、無線擴(kuò)頻等。這些通訊方式普遍存在的問題是要自建專用信道，且工程投資大，維護(hù)工作繁重。隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，利用移動運(yùn)營商提供的移動通信技術(shù)實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，將是電力系統(tǒng)自動化的重要發(fā)展方向。

與此同時，GPRS(General Packet RadioService)也是一種被廣泛采用的通信方式，它是一種基于第二代移動通信系統(tǒng)GSM的2.5G無線分組交換技術(shù)。這種技術(shù)具有覆蓋范圍廣、永遠(yuǎn)在線、接入速度快、支持中高速數(shù)據(jù)傳輸、投入費(fèi)用低、可按流量收費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)。目前，GPRS技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到電力工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，如配網(wǎng)自動化、電力負(fù)荷管理、無線抄表、調(diào)度自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測、電壓等級變電站的遠(yuǎn)動信號傳輸、電力搶修調(diào)度、輸電線路污穢在線監(jiān)測等領(lǐng)域。但是，實際應(yīng)用中GPRS傳輸速率僅為57.6kbit/S，且通信保密性、安全性不夠高，已經(jīng)不能滿足未來智能電網(wǎng)發(fā)展對通信系統(tǒng)的要求。相比之下，LTE技術(shù)不僅具有GPRS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時也彌補(bǔ)了GPRS技術(shù)在傳輸速度、保密性、安全性等方面的不足，因此更能適應(yīng)未來智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向與技術(shù)要求。

四LTE技術(shù)及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

1.LTE技術(shù)

LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))項目是3G的演進(jìn)，始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的全球標(biāo)準(zhǔn)。它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。

LTE技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1)通信速率高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。

2)以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上將基于分組交換。

3)QoS保證，通過系統(tǒng)設(shè)計和嚴(yán)格的QoS機(jī)制，保證實時業(yè)務(wù)(如VoIP)的服務(wù)質(zhì)量。

4)系統(tǒng)部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬，并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配，保證了將來在系統(tǒng)部署上的靈活性。

5)降低無線網(wǎng)絡(luò)時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網(wǎng)絡(luò)時延，時延可達(dá)U-plan<5ms，C-plan<100ms。

6)增加了小區(qū)邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特速率。

7)強(qiáng)調(diào)向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。

與3G等移動通信方式相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在：高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等。

2.LTE在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

LTE在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：高速的數(shù)據(jù)傳輸速度滿足了電力系統(tǒng)大量信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，高速可靠的?shù)據(jù)交互為智能電網(wǎng)開放性地兼容各類設(shè)備提供了可靠的通信機(jī)制;LTE的視頻功能將增加電網(wǎng)與需求側(cè)、發(fā)電商、環(huán)境和諧相處的能力，為其提供完成交易的信息處理平臺和物理載體;LTE的安全性和可靠性是滿足智能電網(wǎng)防御信息攻擊，提高信息安全，提高自愈能力的重要保證，為智能控制、負(fù)荷調(diào)度、電力搶修、智能需求側(cè)管理提供了準(zhǔn)確、可靠、實時的數(shù)據(jù)信息。

LTE技術(shù)在智能電網(wǎng)中的具體功能應(yīng)用如下：

1)網(wǎng)視頻監(jiān)控

在配網(wǎng)中有大量的檢測終端與變壓器監(jiān)測設(shè)備，用于向調(diào)度中心傳送各種信息，如遙測、遙信、遙控主要設(shè)備狀態(tài)和報警信息等。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，越來越多的變電站和機(jī)房采用無人值守的方式，因此為了提高安全性和可靠性，系統(tǒng)對傳輸通道的可達(dá)性和帶寬提出更高的要求。采用固定寬帶與移動LTE通信技術(shù)相結(jié)合的方式，可實時傳送清晰的動態(tài)視頻信息，滿足電力網(wǎng)絡(luò)利用視頻進(jìn)行實時監(jiān)測的要求。

將LTE移動視頻業(yè)務(wù)與電力系統(tǒng)已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)勢在于：一方面，在有線寬帶不能通達(dá)的監(jiān)測點(diǎn)安裝移動視頻監(jiān)測裝置，實現(xiàn)視頻監(jiān)控;另一方面，監(jiān)控維護(hù)人員可使用移動PC機(jī)或手機(jī)，實時了解運(yùn)行狀況。由于移動視頻監(jiān)控對帶寬的要求較高，只有使用LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)才能獲得較好的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2)線路巡檢

高壓架空輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其傳輸距離長，沿線地理環(huán)境復(fù)雜。目前國內(nèi)主要采用人工檢測故障的方法對線路進(jìn)行維護(hù)，這種方法下巡線人員工作強(qiáng)度很大，故障檢測困難。隨著電子芯片和機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，日、美等國已經(jīng)成功研制出以機(jī)器人作為載具，以攝像機(jī)作為圖像采集設(shè)備進(jìn)行巡線的技術(shù)，而且借助移動通信技術(shù)(掌上電腦、條碼掃描技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)等)，巡檢人員可利用掌上電腦、手機(jī)、PC機(jī)以文字、圖片、視頻的方式將現(xiàn)場情況實時發(fā)送到巡檢中心，保證了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性。這種方式提高了工作效率，使巡檢維護(hù)規(guī)范化，提高維護(hù)和管理水平。

3)負(fù)荷管理

負(fù)荷管理是電力需求側(cè)管理(DSM)的重要組成部分，是緩解電力供需矛盾，提高電力使用效率，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施。DSM中的負(fù)荷管理主要有降壓減負(fù)荷、對用戶可控負(fù)荷進(jìn)行周期性控制、直接切除用戶可控負(fù)荷三種方式。通過采用LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線通信方式，可利用視頻對電網(wǎng)進(jìn)行全面監(jiān)測，同時實現(xiàn)信息高度共享、多部門聯(lián)動、增強(qiáng)協(xié)調(diào)能力、加速信息流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作，準(zhǔn)確及時地進(jìn)行負(fù)荷管理和人員調(diào)度，降低人力成本，提高響應(yīng)速度。

4)應(yīng)急搶險指揮

智能電網(wǎng)的自治和自愈能力是指電網(wǎng)維持自身穩(wěn)定運(yùn)行、評估薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)對緊急狀態(tài)的能力。由于一些突發(fā)情況造成電力網(wǎng)絡(luò)故障或電力系統(tǒng)損壞的情況時有發(fā)生，需迫切提高應(yīng)急搶險指揮能力，快速恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在電力應(yīng)急搶修車中加裝LTE移動通信終端，通過音頻和視頻傳輸遠(yuǎn)程現(xiàn)場信息，將搶修現(xiàn)場情況與電網(wǎng)運(yùn)行情況、設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)資料、客服中心的報修系統(tǒng)、事故搶修決策預(yù)案等系統(tǒng)互聯(lián)，以保證各部分信息迅速流通、互動，使遠(yuǎn)端指揮人員實時了解電網(wǎng)的現(xiàn)場狀況，作出正確判斷和指揮，提高現(xiàn)場的指揮調(diào)度能力，縮短搶險時間，提高應(yīng)急能力，減少災(zāi)害造成的影響。

3.LTE技術(shù)應(yīng)用建議

基于以上對LTE以及通信技術(shù)在電力工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)的分析，針對LTE技術(shù)在智能電網(wǎng)的實際應(yīng)用提出如下建議：

1)結(jié)合GPRS與LTE技術(shù)，建設(shè)智能電網(wǎng)通信體系

目前，GPRS在電力系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛，已形成了配套的硬件、軟件設(shè)施。而3G終端設(shè)備以及通信費(fèi)用還比較高，因此，在當(dāng)前電網(wǎng)中選擇數(shù)據(jù)量大、實時性、穩(wěn)定性要求高的技術(shù)領(lǐng)域適當(dāng)?shù)貞?yīng)用LTE技術(shù)，如線路故障查詢、變電站自動化管理、電力搶修指揮等，既滿足了經(jīng)濟(jì)性建設(shè)的要求，又滿足了系統(tǒng)性能要求。

2)建立開放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的通信系統(tǒng)

智能電網(wǎng)需要不斷整合和集成企業(yè)資產(chǎn)管理和電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理平臺，為電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理提供全方位的信息服務(wù)。因此，寬帶通信網(wǎng)，包括電纜、光纖、電力線載波和無線通信等，都將在智能電網(wǎng)中扮演重要角色。建立開放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的通信系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)信息的共享、交互。

3)提高電力通信系統(tǒng)的安全性

隨著互聯(lián)電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)的控制和通信系統(tǒng)任何一個脆弱部位都會遭到人為或自然的攻擊，導(dǎo)致電力系統(tǒng)災(zāi)難性事故發(fā)生。應(yīng)提高通信網(wǎng)絡(luò)的安全性、抗干擾性、魯棒性，增強(qiáng)智能電網(wǎng)的防御能力。

五結(jié)束語

移動通信發(fā)展到LTE階段，其數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，提供的業(yè)務(wù)向移動互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)電視、視頻通話等多媒體IP方向發(fā)展，不但業(yè)務(wù)種類更多，服務(wù)質(zhì)量也更高。移動通信的發(fā)展，特別是將來LTE網(wǎng)絡(luò)的建成，必將有力地促進(jìn)電力行業(yè)的發(fā)展。未來的智能電網(wǎng)，將是一個高帶寬、IP化、多級QoS保障、提供多種業(yè)務(wù)的綜合平臺。

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