智能配用电网通信技术应用分析

王 栋

（山东科技大学，山东 青岛 266590）

0 引 言

智能、物质的本质、宇宙的起源以及生命的本质，并称自然界四大奥秘，主要包括语言、数学逻辑、空间、身体运动、音乐、人际和自我认知等。将智能和电网通信技术结合，可以提高运行安全性，提升通信工作效率，节省劳动成本。随着我国通信技术的发展，智能在电网通信方面的优势愈发突出，人们的呼声越来越高。在此背景下，本文以智能配用电网通信技术应用为核心，开展了一系列研究。

1 智能配用电网通信技术的作用以及需求分析1.1 作 用

将智能应用于电网通信系统，可以提高通信技术的安全性、工作效率，同时节省劳力。智能电网通信技术主要有模型、通信架构、光纤、接入节点、检测、传感器、执行器和安全性等多种技术。这些技术的配用有效提高了电网通信基础设施的安全水平和隐私水平。首先，智能配网可以有效提高电网通信技术的组件、协议以及网络等安全水平，保障用户的隐私安全。其次，将智能技术配用在电网通信系统中，可以实现电网通信技术的全面自动化，如配电自动化、故障自动监测和处理等。再次，智能可以监测电网通信的电能质量，监控电网通信系统的配电运行、配电网电源等，提高电网通信技术的监控、监管质量，进而提升电网通信质量和效率。最后，智能配用电网通信技术可以实现自动化，节省工作时间，降低系统运行的人力成本。

1.2 需求分析

配电通信包括配网业务和用电业务两种。配网业务包括电能质量检测、配电运行监控、在线检测、配网移动抢修和配网自动化等多种业务。它的通信宽带需求分析如表1[1]所示。

表1 配电网业务通信宽带需求表

由表1可知，我国配电通信电能质量监控单点流量达到2.4 kb/s，配电运行监控数据达到284 kb/s，视频4 Mb/s，语音128 kb/s，其他业务单点流量也非常可观。未来，业务会成倍增长，需求量亦会随之成倍增长。

用电业务主要包括用电信息采集、需求侧实时管理、自助缴费终端、智能化报装和智能家居等，其通信需求分析如表2所示。

由表2可知，各类业务的需求量巨大，如果不提高配电通信技术的智能水平和覆盖率，通信业务将不能紧跟未来通信需求的步伐。

2 智能配用电网的有线通信技术应用

电网有线通信技术主要有三种，分别是光纤通信、电力线载波通信和数字用户线。

表2 用电网业务通信宽带需求表

2.1 光纤通信技术

光纤通信技术是利用光波在光导纤维中传播电信号，光波主要来源于激光。它的优点是安全性强、可靠性高，受外力影响比较小，缺点是造价成本较高，施工牵涉面较广，且灵活性低。因光纤通信技术缺点的限制，它在早期推广时非常困难。后来出现光纤复合地线和光缆技术，降低了造价成本，缩减了施工工序，我国骨干网络开始大规模应用光纤通信技术。智能配用电网光纤通信技术，可以实现光纤通信自动监测、实时监控等功能，提高光纤通信的工作效率、工作安全性，保护用户隐私安全。比如，将智能技术运用于光纤放大器，可在监控中心实时监控被直接放大的光信号，监控延长的传输通信通道、通信系统中损耗补偿的分配以及放大器系统运行中出现的各种问题、故障，以便及时予以处理[2]。

2.2 电力线载波通信

电力线载波通信技术的传输媒介主要是输电线路的载波信号。它的优点是支撑结构牢固，安全性和可靠性较高。因为电力线的材料比较便宜且不需要重新布线，所以节省了许多工序。电力线载波通信技术不仅成本低还节省劳动力，相对光纤、数字等通信技术而言，经济实惠。它的缺点是载波信号传输较慢，无法跨越变压器传输载波信号，且信号传输容易受强力电磁波等外力因素影响，导致信号传输不稳定。此外，随着我国通信技术的高速发展，通信业务单点流量越来越大，电力线载波通信技术的缺点日益突出。尤其是出现智能技术后，电力线载波通信技术将无法满足智能电网通信的需求，逐渐退出通信市场。

2.3 数字用户线通信技术

数字用户线的英文简称是DSL，DSL是英文Digital Subscriber Line的简称。它的传输介质主要是电话线，是利用公用电话网络的用户环路，支持对称和非对称传输，解决通信服务网络最终用户与供应商之间存在的“最后一公里”传输瓶颈问题。数字用户线通信技术的灵魂是编码技术。它的技术优势是根据通信线路的实际情况进行动态调整，明显提高通信技术的抗干扰能力，确保通信系统中传输数据的完整性和高速性。此外，可以在已经铺设的电话用户环路资源的基础上铺设数字用户通信线路，节省建设成本，而缺陷是必须借用固话通信网络，限制了通信宽带业务的发展[3]。

3 智能配用电网的无线通信技术应用

3.1 无线通信技术简介

无线通信技术主要包括蜂窝网技术、短距离无线通信技术、远距离无线通信技术和卫星通信。蜂窝网没有自己的专用通信设备和频段，主要是租用通信运营商的通信频段和设备，因此建设成本较低且网络覆盖广。专用网的优点比较显著，公网却受诸多限制。公网受通信运营商的控制，在租用成本高、网络繁忙等情况下，用户不能优先使用通信网络。此外，因公网定制化水平不高，导致无线通信技术不能充分契合智能电网通信的要求。短距离无线通信技术的种类较多，功能各有千秋，多用在小范围多终端领域。比如，蓝牙技术成本较低，但其安全性、可靠性、多功能支持能力较差。Zigbee和6LoWPAN技术的可靠性、安全性较高且带宽大，传输支持能力较强，可远距离传输。远距离无线通信技术主要包括低功耗广域网和WiMAX。低功耗广域网属于新兴无线通信技术，专为物联网而设计，可远距离传输通信信号，降低传输功耗，在智能用户端、偏远设备的细通信传输等方面应用较广。因为WiMAX的通信设备比较昂贵，所以其建设成本高。此外，它具有移动性差和不能无缝切换的缺点，但可满足绝大多数通信的应用需求。卫星通信具有覆盖范围广、组网快捷方便、传输通道稳定和无缝连接等优点，但它对电网通信的技术要求较高，且建设成本较高，注定不能在智能配用电网通信技术中广泛应用。在我国，只有在某些较重要的应急情景中才会采用卫星通信技术。

3.2 模型设计

智能配用电网通信系统的通信供给和可靠性保障并非均等，而是按照用户需求和重要性进行分级安排。这个特点要求不同级别的通信网络对应不同单点流量用户，以确保网络高峰时可优先供给高等级用户。因此，设计智能电网通信模型时必须考虑用户的分级，分级、分区处理不同级别的用户。随着智能通信业务量的剧增，差异化愈加明显。为适应差异化服务的特点，设计通信模型时需采用排队模型设计，以确保高级用户优先使用通信资源，且保障不同用户享受不同的通信资源。

3.3 应用分析

智能配用电网通信技术的应用广泛，本文主要分析WSNs的应用场景。WSNs具有功耗低、节省成本、覆盖广和灵活性高等优点，在智能电网通信技术中应用最广。它主要涉及三种技术，分别是密集海量数据传输技术、链状技术和离散分簇式数据传输技术。

3.3.1 密集海量数据传输技术的应用分析

密集海量数据传输主要应用于家域网、广域网等集中监控，要求这项技术具有广覆盖性、多接点以及可拓展性等特点。为了符合要求，分离分簇、蜂窝状和数控分离三种结构应运而生。家域网中分离分簇技术以家庭分簇，邻域网以楼宇和小区分簇，且只适用于人口密集的地方。人口密集处，使用智能电表等智能设备作为簇头，传感节点被分为一簇簇小节点，以便数据传输的管理和采集[4]。

蜂窝状通信技术主要是将多个密集区划分为多个蜂窝状网格网络，在网络中心安置一个汇聚节点，通过汇聚节点控制数据传输，均衡相邻网格的数据承载量。蜂窝状的优点是优化传输数据各节点的性能，最大程度提高资源利用率。虽然它也是分簇，但与分离分簇相比，性能得到了全方位提升。数控分离的核心是通过分离控制和数字平面提高智能电网通信技术海量节点的控制能力，并降低硬件需求[5]。

3.3.2 链状技术

链状技术主要应用于电网的输电线路，如高压铁塔输电线路。高压铁塔线路广，需要实时监控线路的各种情况。因此，要求通信技术实时监控高压铁塔间线路是否出现因漏电、电线舞动、结冰造成的短路、断电等故障。通过实时监控及时发现故障，进而有效处理故障，确保智能电网通信系统中高压电线的线路安全。

3.3.3 离散分簇

分离分簇是将系统中每一个节点看作一个子网络，每个子网络所有传感节点的传输数据由汇聚节点统一管理。它的优势是可以选择性覆盖通信区域，将电网通信资源集中在需要覆盖的区域，以提高电网通信资源的利用率和通信网络的整体功能。

4 结 论

智能技术运用于电网通信技术，不仅节省劳动力，节约成本，而且提高了电网通信技术的安全性、可靠性，确保了电网通信的高速运转。我国电网通信单点流量需求越来越大，人们也愈发关注智能技术在电网通信技术中的应用优势。因此，可以根据电网通信技术的优缺点和实际情况，选择最佳的智能电网通信技术。