面向電力物聯網的通信技術研究

梁鋒

（中國電信桂林分公司 廣西壯族自治區桂林市 541001）

電力通信網絡能夠保證電力系統持續高效的運行，對電力系統尤為重要，只有電力通信可以穩定運行，才能提高電網工作的效率。所以我們必須準確并且時刻掌握電網運行時的數據，電力通信巡檢可以在第一時間內發現電力通信運行過程中的安全隱患和故障問題。

1 電力物聯網基本特征

1.1 終端泛在接入

在源網荷中傳感器的類型很多，這些傳感器可以接受所有數據，保證網絡資源和通信網絡能夠正常交互。

1.2 平臺開放共享

技術和業務具有開放性的特點，數據模型以一種標注化的方式發展，幫助整理多元化的數據信息。

1.3 計算云霧協同

打開智能網關和云平臺能夠對數據進行多層分析，通過云端處理器和邊緣側關鍵數據完成計算和數據整理。

1.4 數據驅動業務

收集大范圍的數據信息，該過程中可以借助大數據技術完成，從而對電力業務的關鍵數據整合。

1.5 應用隨需定制

云平臺保存了大量的電力應用數據和信息，在電力流、數據流和業務流的幫助下，可以按照需要設計多種業務。

2 電力物聯網的業務場景及通信需求

2.1 配電自動化通信需求

配電自動化的功能比較豐富，其主要有SCADA（監視電網數據）、饋線自動化、故障處理、分析應用功能，從而實現企業對配電網實施運行監控的功能。

2.1.1 帶寬及采集間隔

通常情況下，配電自動化主站對終端的總召頻率可以依據需求設定為1-60分鐘/次；心跳數據幀30秒一次；終端和主站對時間隔通常設置為1h/次；遙信、遙控方面，主站下發命令的頻率通常不固定，終端設備因突發故障而進行數據上傳的頻率也不是固定的。255字節的數據配電自動化終端傳輸所需要的時間大約為200 ms，根據傳輸的速度進行計算，為例避免數據傳輸排隊延時，寬帶不得低于10.2 kbps。

2.1.2 實時性

如表1所示。

表1：配電自動化業務實時性指標

2.2 用電信息采集通信需求

用電信息采集系統是利用自動化系統對變壓器以及用戶的實時用電數據進行進行采集、分析、處理，從而能夠實現對電網的線損分析、電能質量檢測，同時實現自動抄表，節約用電成本。

2.2.1 實時性

如表2所示。

表2：用電信息采集業務實時性指標

2.2.2 可靠性

用電數據收集可靠性如下；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，工作的時候都是通過用戶控制的，所以要滿足電力系統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：分布式電源接入監控系統可靠性指標

2.4 移動巡檢通信需求

移動巡檢業務主要是移動巡視以及移動檢修業務。移動巡視業務部包括巡視監控，剩下的所有功能在本地就能完成，不需要遠程通信。移動檢修工作的開展需要遠程通信，檢修工作需要遠程協助以及移動辦公等重要功能，需要信息以文字、圖表的形式進行傳輸交互。不同業務，其傳輸速率也不同，通常語音業務的傳輸速率為8～64 kbit/s；視頻業務的傳輸速率為384 kbit/s～2Mbit/s；數據業務傳輸速率為64 kbit/s～2 Mbit/s。

3 通信技術在電力物聯網中的應用

3.1 5G網絡切片應用

5G移動通信由于自身的高速率、高容量、高可靠性、低時延和低功耗特點，在新能源并網、輸變電監視、配電網調控控等方面都具有廣泛應用。5G提供了網絡切片功能，能夠為垂直行業實現自組網應用，網絡切片組成包括核心網、承載網和無線網側的網絡切片，核心網網絡切片實現用戶入網注冊和開展業務時的移動性管理器AMF、會話管理器SMF和用戶平面UPF的選擇，從而進行流量的疏導；無線側的網絡切片是指基站按照用戶切片選項將用戶端設備UE分配AMF。承載網網絡切片的支持分為兩類方案，一類是軟切片、一類是硬切片。軟切片主要指VPN技術，例如MPLS VPN，在轉發面需要共享資源和鏈路但切片之間路由隔離；硬切片主要通過資源的獨占來保障切片的服務質量和業務隔離，比如靈活以太網FlexE技術。網絡切片主要功能是提供了差異化的服務質量保證以及業務網的隔離，電力網不同業務通信需求不同，適何利用網絡切片實現業務間的差異化傳輸。

3.2 衛星通信技術

衛星通信覆蓋區域廣泛可以為電力物聯網提供多樣化選擇，在電力網多個業務場景中具有很強的應用性。最普遍的場景是在電力終端控制業務上進行應用。現行電力行業輸變電運維工作中，通過遠程控制無人機等機器設備的巡檢可以有效代替人力，但在偏遠效區甚至人煙罕至的山區，移動信號往往存在過多的覆蓋盲點，無人機通信與控制受到限制，運用衛星通信可以有效解決上述問題，實現精準的巡檢設備控制。

現在的商用衛星網絡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來說，連接的數量并不多，而且衛星通信的頻譜是一種優質資源，衛星通信成本大多數都來自與帶寬資源、轉發器數量、波束覆蓋范圍。因為電力物聯網電力終端連接數量過多，面對當前商業衛星的接入方式，每一個終端設備只有極小的概率可以和通信系統連接成功，所以，衛星通信現在一般都是進行網關級的傳輸工作，也是出了光纖和5G通信之外的重要方式。

3.3 LPWAN網絡

5G、衛星通信讓數據傳輸的速度變得更快，大多數都應用在電力行業和其他業務服務中。不過電力行業配電網數據傳輸環境比較復雜，有一些公共區域的網絡還沒有覆蓋，這也是當前電力物聯網需要盡快解決的問題。面對這種情況，大力發展低功耗廣域網絡技術是必然趨勢。該技術能夠在低帶寬的狀態下完成數據傳輸，而且傳輸距離較遠，成本較低，不需要依靠大功率即可完成傳輸，具有多個連接點，電池的使用年限也比較久，電網結構安全，所形成的無線網絡可以傳輸效果好，覆蓋的面積也較大，該技術已經在電力物聯網中取得了不錯的成效。

這種技術在未來會變成一種主流趨勢。對于供電來說，現在的電網供電仍是被動的，導致用戶和電網之間的互動較少，供電效率較低影響了用戶的用電體系。而且現在智能電表還沒有完善，該技術的使用讓智能電表可以更快的收集電路數據。面對這個問題，我國電網公司、水氣熱等服務公司和政府部門建立了合作關系，將四個表合并成為一個表為最終目的，讓能源電力物聯網可以發揮出更有效的作用。所有水熱電氣表都能夠在該技術的支撐下連接到電力物聯網，不需要太復雜的操作，真正達到四表合一。從目前的配電網狀態來看，LPWAN電力物聯網可以和配電網高度配合，在多數電力設備中都有應用，有利于我國電力物聯網的長久發展。

4 結語

從上面的分析來看，我國電力通信網絡已經從電力線載波發展到光纖，再由光纖發展到無線通信。物聯網的出現讓傳統的電力傳輸不再受到傳統空間上的約束，提高了用戶的用戶體驗、傳輸質量和傳輸效率、新興業務以及清潔能源行業有重要意義。