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摘 要：智能化是世界电网的发展方向，其最大的特点是实现电网与用户的互动。本文通过研究各类无线通信方式，提出一种基于混合无线技术组网的电力系统配、用电网通信解决方案，实现电力主网与配、用电网的互联互通，为配网自动化、用电信息采集等电网重要实时业务提供坚强的通信保障，为智能电网更深层次应用提供更为广阔的发展空间。
关键词：通信；无线；配电；用电
中图分类号：TM76
智能电网是世界电网发展的新趋势，我国提出的发展目标是建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化、数字化为主要特征的坚强智能电网，互动化则成为我国智能电网发展的核心，以鼓励用户参与到电网的管理中来[1]。
实现电网“互动化”需要一个统一的电力系统配、用电通信网络平台，这一平台是实现配网自动化、用电信息采集和双向营销互动的重要基础设施[2]，是实现智能电网的重要技术保证。随着通信技术的不断发展，出现了一些能够应用于电力系统配、用电网的通信技术。其中，无线通信因其投资少、建设快的特点成为解决配、用电网通信问题的主要技术手段。
1 我国配、用电通信网络概况
尽管经过“十一五”和“十二五”近10年的发展，我国电力系统配、用电通信网（即中低压通信网）总体来说仍比较薄弱[3]。
目前，我国配电站点的信息主要采用光纤通信和无线通信两种方式。其中光纤通信方式利用电力光纤传输专网；无线通信则主要利用公网运营商提供的GPRS（General Packet Radio Service）/CDMA（Code Division Multiple Access）等无线数据传输网络[4，5]。用电站点的信息分为用户用电信息和营销站点信息，其中，用电信息的本地通信主要使用PLC（Power Line Carrier）及RS485方式，远程通信则以GPRS/CDMA无线数据传输网为主，部分地区还使用230MHz电力无线专网；营销站点的信息主要利用光纤通信方式，一部分利用电力光纤传输专网，一部分利用公网2M或ADSL通道，从电网的35kV或110kV变电站接入电力骨干通信网[6-8]。
总体来说，我国配、用电网规模庞大，基本没有通信独立成网，且各地网络发展极不平衡，35kV及以下站点通信覆盖率非常低，组网建设也是形式多样，电路容量极度瓶颈，且智能化程度低，不适合传输智能电网中稳定性要求较高的控制信息和实时性要求较高的互动化信息。因此，针对我国中低压电力通信网相对薄弱的现状，急需一种统一的技术解决方案。
2 无线通信技术
根据我国配、用电网实际应用场景，各类智能电网业务终端到业务系统主站的距离通常较远（从一到数百公里范围）。考虑到电网规模大、覆盖面广的特点，无线通信技术因其建设速度快、成本低和运维便利等特点成为解决配、用电通信问题的一种重要技术方案。下面将对几种先进、成熟的无线通信技术进行研究。
2.1 无线公网
电力系统的配、用电无线公网通信是指电力用户终端通过无线通信模块接入到无线公网，再经由现有的电力专用光纤网络接入到业务系统主站的应用服务。目前，无线公网的几种主要通信技术及其特点如下表1所示。
表1 无线公网通信技术及其特点
除了上表中的主流无线公网通信技术外，还有一些技术体制不太成熟，或标准未统一的无线技术。总体来说，CDMA的公网覆盖率较小，3G/4G更适合移动环境下的通信，WiMAX的国际技术标准未统一，产品兼容性欠佳。这使得上述技术不完全适用于规模大、稳定性要求高的电力配、用电网通信。而GPRS因其覆盖面大、技术成熟和建设成本低等特点，成为无线公网解决电力配、用电通信问题的首选。
2.2 230MHz无线专网
230MHz无线专网是基于国家无线电管理委员会分配的专用频段，用于电力系统的数据传输。230MHz无线专网的主要特点如下表2所示：
表2 230MHz无线专网主要特点
3 一种混合无线通信技术解决方案
以配、用电业务系统为例，给出一种基于多种无线通信技术的配、用电通信解决方案。
3.1 配、用电业务系统主站远程通信接口
通信网络是连接业务系统主站和终端设备间信息交互的承载网。基于无线技术的远程通信网络的主要有无线公网通信和230MHz电力无线专网通信。
其中，无线公网通信接口通过防火墙连接公网，与业务终端建立连接，实现数据通信。基于无线公网的配、用电业务系统主站远程通信接口示意如下图1所示：
图1 基于无线公网的配、用电业务系统远程通信接口
而230MHz无线专网通信接口通过RS232连接230无线设备，实现数据通信。基于230MHz电力无线专网的配、用电业务系统主站远程通信接口示意如下图2所示：
图2 基于230MHz电力无线专网的配、用电业务系统远程通信接口
3.2 配、用电远程无线通信网络
远程通信网络是主站业务系统和终端间的实现数据传输的信道网络。
根据前文的研究分析，适用于配、用电网远程通信的无线技术主要有GPRS / CDMA / 3G&4G / WiMAX等公网和230MHz无线专网技术，其中，公网无线通信推荐采用GPRS。
基于无线公网的配、用电数据通信是租用运营商提供的网络和设备。主站系统通过电力专网接入到GPRS无线网络，用户终端设备通过GPRS的通信模块与主站系统连接。基于无线公网的配、用电通信组网示意如下图3所示：
图3 基于无线公网的配、用电通信组网图
230MHz电力无线专网目前常用的频段有15对双工频点和10个半双工频点。230MHz的无线组网主站电台与终端电台须使用同一对频点，属于点对点的通信系统。同一频点下的每个终端都可以接收到主站的无线信号，所以同一个频点下的每个用户终端都需要独立的身份编号，以便终端识别。基于230MHz无线专网的配、用电通信组网示意如下图4所示： 图4 基于230MHz专网的配、用电通信组网图
从图4可以看出，基于230MHz无线专网组成配、用电通信网时，主站应至少采用双电台热备运行，保证组网的可靠性；如果主站与终端间距离过长，可以使用上图中的无线中继，或者利用现有的光纤或微波系统作为中继，每个中继站为保证可靠性，建议设置双电台；整个230MHz无线专网的频点统一由主站系统进行管理。
3.3 配、用电本地无线通信网络
本地信道用于中低压业务终端到用户的通信连接。考虑到用户基数大，配、用电网本地通信的成本不能太高。
无线信道在配、用电网通信中应用的比较少，因为低成本、低功耗的无线通信易受障碍物阻挡；而大功率、远距离传输的无线通信技术虽然可以解决上述问题，但又面临频率资源限制，因此传统的点对点无线通信技术不适合大规模用户侧通信组网。
目前，有一种无线通信技术——WSN（Wireless Sensor Networks无线传感器网络），它是一系列微功率无线通信技术的通称。WSN能够在低功耗、低成本的前提下，解决采集点多、范围分散场合下的配、用电网智能应用。但总的来说，无线通信在环境复杂的各类用户本地，极易遭遇信道盲区。
因此，本文对于中低压电网本地无线通信技术未做详细研究。同时，笔者建议在本地通信方式选择中，宜根据现场技术条件，选取最适合应用现场的数据传输方式组建本地通信网。
4 结束语
综上所述，根据我国“智能电网”的发展目标，结合中低压电力通信网络实际情况，本文对配、用电通信网络的组网技术展开研究，提出了一种基于无线通信的配、用电数据网络技术方案，利用GPRS无线公网和230MHz电力无线专网实现配、用电智能交互与应用。
近年来，全球通信高速发展，先进技术层出不穷，我国电力系统配、用电通信网络的建设并不应拘泥于某种技术，而是需要取众家之长，组建符合我国智能电网需求和实际应用环境的可靠通信网。笔者建议，面对我国中低压通信接入网络资源严重匮乏，建设投入严重不足的情况，应该首先优化现有通信传输网络的结构，对通信资源进行整合利用；在此基础上，再建设以电力光纤专网和无线公网为主，PLC、230MHz无线专网等其他通信技术为补充的智能配、用电综合通信网。
参考文献：
[1]国网湖北省电力公司，国网湖北省电力公司信息通信公司.湖北电网智能化发展规划[R].2010.
[2]张文亮，刘壮志，王明俊，杨旭升.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009（33）：1-11.
[3]华中电网有限公司，中国电力工程顾问集团中南电力设计院.湖北电网通信网“十二五”规划[R].2010.
[4]杨志红，周娟.超宽带无线通信技术[J].科技信息，2009（09）：52-53.
[5]曲阳.浅析无线通信网络主要技术及发展前景[J].中国新技术新产品，2011（12）：18.
[6]姚建国，杨胜春，高宗和.电网调度自动化系统发展趋势展望[J].电力系统自动化，2007（13）：7-11.
[7]梁芝贤，王剑，谷明英.智能配用电网通信技术应用研究[J].电力系统通信，2012（33）：75-79.
[8]辛培哲，李隽，王玉东.智能配、用电网通信技术及组网方案[J].电力建设，2011（32）：22-26.
作者简介：周正（1980-），男，湖北武汉人，高级工程师，从事电力通信调控与运维管理工作；詹鹏（1982-），男，湖北武汉人，工程师，从事电力通信调控与网络管理工作；冯伟东（1982-），男，湖北武汉人，工程师，从事电力信息通信工程建设与项目管理工作；孙松（1959-），男，湖北武汉人，高级工程师，从事电力信息通信调控与运维管理工作。
作者单位：国网湖北省电力公司信息通信公司，武汉 430077
关键词：通信；无线；配电；用电
中图分类号：TM76
智能电网是世界电网发展的新趋势，我国提出的发展目标是建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化、数字化为主要特征的坚强智能电网，互动化则成为我国智能电网发展的核心，以鼓励用户参与到电网的管理中来[1]。
实现电网“互动化”需要一个统一的电力系统配、用电通信网络平台，这一平台是实现配网自动化、用电信息采集和双向营销互动的重要基础设施[2]，是实现智能电网的重要技术保证。随着通信技术的不断发展，出现了一些能够应用于电力系统配、用电网的通信技术。其中，无线通信因其投资少、建设快的特点成为解决配、用电网通信问题的主要技术手段。
1 我国配、用电通信网络概况
尽管经过“十一五”和“十二五”近10年的发展，我国电力系统配、用电通信网（即中低压通信网）总体来说仍比较薄弱[3]。
目前，我国配电站点的信息主要采用光纤通信和无线通信两种方式。其中光纤通信方式利用电力光纤传输专网；无线通信则主要利用公网运营商提供的GPRS（General Packet Radio Service）/CDMA（Code Division Multiple Access）等无线数据传输网络[4，5]。用电站点的信息分为用户用电信息和营销站点信息，其中，用电信息的本地通信主要使用PLC（Power Line Carrier）及RS485方式，远程通信则以GPRS/CDMA无线数据传输网为主，部分地区还使用230MHz电力无线专网；营销站点的信息主要利用光纤通信方式，一部分利用电力光纤传输专网，一部分利用公网2M或ADSL通道，从电网的35kV或110kV变电站接入电力骨干通信网[6-8]。
总体来说，我国配、用电网规模庞大，基本没有通信独立成网，且各地网络发展极不平衡，35kV及以下站点通信覆盖率非常低，组网建设也是形式多样，电路容量极度瓶颈，且智能化程度低，不适合传输智能电网中稳定性要求较高的控制信息和实时性要求较高的互动化信息。因此，针对我国中低压电力通信网相对薄弱的现状，急需一种统一的技术解决方案。
2 无线通信技术
根据我国配、用电网实际应用场景，各类智能电网业务终端到业务系统主站的距离通常较远（从一到数百公里范围）。考虑到电网规模大、覆盖面广的特点，无线通信技术因其建设速度快、成本低和运维便利等特点成为解决配、用电通信问题的一种重要技术方案。下面将对几种先进、成熟的无线通信技术进行研究。
2.1 无线公网
电力系统的配、用电无线公网通信是指电力用户终端通过无线通信模块接入到无线公网，再经由现有的电力专用光纤网络接入到业务系统主站的应用服务。目前，无线公网的几种主要通信技术及其特点如下表1所示。
表1 无线公网通信技术及其特点
除了上表中的主流无线公网通信技术外，还有一些技术体制不太成熟，或标准未统一的无线技术。总体来说，CDMA的公网覆盖率较小，3G/4G更适合移动环境下的通信，WiMAX的国际技术标准未统一，产品兼容性欠佳。这使得上述技术不完全适用于规模大、稳定性要求高的电力配、用电网通信。而GPRS因其覆盖面大、技术成熟和建设成本低等特点，成为无线公网解决电力配、用电通信问题的首选。
2.2 230MHz无线专网
230MHz无线专网是基于国家无线电管理委员会分配的专用频段，用于电力系统的数据传输。230MHz无线专网的主要特点如下表2所示：
表2 230MHz无线专网主要特点
3 一种混合无线通信技术解决方案
以配、用电业务系统为例，给出一种基于多种无线通信技术的配、用电通信解决方案。
3.1 配、用电业务系统主站远程通信接口
通信网络是连接业务系统主站和终端设备间信息交互的承载网。基于无线技术的远程通信网络的主要有无线公网通信和230MHz电力无线专网通信。
其中，无线公网通信接口通过防火墙连接公网，与业务终端建立连接，实现数据通信。基于无线公网的配、用电业务系统主站远程通信接口示意如下图1所示：
图1 基于无线公网的配、用电业务系统远程通信接口
而230MHz无线专网通信接口通过RS232连接230无线设备，实现数据通信。基于230MHz电力无线专网的配、用电业务系统主站远程通信接口示意如下图2所示：
图2 基于230MHz电力无线专网的配、用电业务系统远程通信接口
3.2 配、用电远程无线通信网络
远程通信网络是主站业务系统和终端间的实现数据传输的信道网络。
根据前文的研究分析，适用于配、用电网远程通信的无线技术主要有GPRS / CDMA / 3G&4G / WiMAX等公网和230MHz无线专网技术，其中，公网无线通信推荐采用GPRS。
基于无线公网的配、用电数据通信是租用运营商提供的网络和设备。主站系统通过电力专网接入到GPRS无线网络，用户终端设备通过GPRS的通信模块与主站系统连接。基于无线公网的配、用电通信组网示意如下图3所示：
图3 基于无线公网的配、用电通信组网图
230MHz电力无线专网目前常用的频段有15对双工频点和10个半双工频点。230MHz的无线组网主站电台与终端电台须使用同一对频点，属于点对点的通信系统。同一频点下的每个终端都可以接收到主站的无线信号，所以同一个频点下的每个用户终端都需要独立的身份编号，以便终端识别。基于230MHz无线专网的配、用电通信组网示意如下图4所示： 图4 基于230MHz专网的配、用电通信组网图
从图4可以看出，基于230MHz无线专网组成配、用电通信网时，主站应至少采用双电台热备运行，保证组网的可靠性；如果主站与终端间距离过长，可以使用上图中的无线中继，或者利用现有的光纤或微波系统作为中继，每个中继站为保证可靠性，建议设置双电台；整个230MHz无线专网的频点统一由主站系统进行管理。
3.3 配、用电本地无线通信网络
本地信道用于中低压业务终端到用户的通信连接。考虑到用户基数大，配、用电网本地通信的成本不能太高。
无线信道在配、用电网通信中应用的比较少，因为低成本、低功耗的无线通信易受障碍物阻挡；而大功率、远距离传输的无线通信技术虽然可以解决上述问题，但又面临频率资源限制，因此传统的点对点无线通信技术不适合大规模用户侧通信组网。
目前，有一种无线通信技术——WSN（Wireless Sensor Networks无线传感器网络），它是一系列微功率无线通信技术的通称。WSN能够在低功耗、低成本的前提下，解决采集点多、范围分散场合下的配、用电网智能应用。但总的来说，无线通信在环境复杂的各类用户本地，极易遭遇信道盲区。
因此，本文对于中低压电网本地无线通信技术未做详细研究。同时，笔者建议在本地通信方式选择中，宜根据现场技术条件，选取最适合应用现场的数据传输方式组建本地通信网。
4 结束语
综上所述，根据我国“智能电网”的发展目标，结合中低压电力通信网络实际情况，本文对配、用电通信网络的组网技术展开研究，提出了一种基于无线通信的配、用电数据网络技术方案，利用GPRS无线公网和230MHz电力无线专网实现配、用电智能交互与应用。
近年来，全球通信高速发展，先进技术层出不穷，我国电力系统配、用电通信网络的建设并不应拘泥于某种技术，而是需要取众家之长，组建符合我国智能电网需求和实际应用环境的可靠通信网。笔者建议，面对我国中低压通信接入网络资源严重匮乏，建设投入严重不足的情况，应该首先优化现有通信传输网络的结构，对通信资源进行整合利用；在此基础上，再建设以电力光纤专网和无线公网为主，PLC、230MHz无线专网等其他通信技术为补充的智能配、用电综合通信网。
参考文献：
[1]国网湖北省电力公司，国网湖北省电力公司信息通信公司.湖北电网智能化发展规划[R].2010.
[2]张文亮，刘壮志，王明俊，杨旭升.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009（33）：1-11.
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[5]曲阳.浅析无线通信网络主要技术及发展前景[J].中国新技术新产品，2011（12）：18.
[6]姚建国，杨胜春，高宗和.电网调度自动化系统发展趋势展望[J].电力系统自动化，2007（13）：7-11.
[7]梁芝贤，王剑，谷明英.智能配用电网通信技术应用研究[J].电力系统通信，2012（33）：75-79.
[8]辛培哲，李隽，王玉东.智能配、用电网通信技术及组网方案[J].电力建设，2011（32）：22-26.
作者简介：周正（1980-），男，湖北武汉人，高级工程师，从事电力通信调控与运维管理工作；詹鹏（1982-），男，湖北武汉人，工程师，从事电力通信调控与网络管理工作；冯伟东（1982-），男，湖北武汉人，工程师，从事电力信息通信工程建设与项目管理工作；孙松（1959-），男，湖北武汉人，高级工程师，从事电力信息通信调控与运维管理工作。
作者单位：国网湖北省电力公司信息通信公司，武汉 430077