無線通信技術在電網通信中的應用研究

文/王濤

電力系統的安全、穩定、高效運行離不開電網通信。同時，發電廠、變電站、電網運行控制中心與終端用戶之間通常需要頻繁傳遞各種信息，如電力系統的各種運行參數、設備狀態、故障信息、控制指令、電能計量等。因此，電網通信是電力系統不可分割的重要組成部分。近年來，無線通信技術的廣泛應用，有效提升了電網通信的可靠性、時效性、靈活性。

電網通信是指在電力系統中通過通信技術實現電力設備之間、電力設備與控制中心之間的信息交換和控制指令傳遞。電網通信的主要目的是，實現電力系統的自動化、智能化和安全可靠運行。當前，國內大部分城市的電網通信是有線通信。有線通信主要采用光纖和電力線載波通信，其優點是傳輸速度快、可靠性高、抗干擾能力強，適用于距離較近、對帶寬要求較高的通信場景。近年來，無線通信技術快速發展，該技術具有傳輸距離遠、覆蓋范圍廣、安裝方便等優點，彌補了有線通信不支持遠距離通信的缺陷。因此，對無線通信在電網通信中的應用進行研究具有一定的現實意義。

一、常見無線通信技術

無線通信技術是指通過無線電波進行信息傳輸的技術，不需要架設有線電纜或光纜。目前，無線通信技術已經廣泛應用于移動通信、衛星通信、無線局域網、藍牙、無線電視、無線電臺、雷達等各個領域。[1]下文就市場上常見的、基本成熟的幾種無線通信技術展開介紹。

（一）WMN 技術

WMN（無線網狀網絡）技術是一種基于無線網絡的分布式網絡架構，它可以通過多個無線節點之間的自組織連接來實現互聯網接入和數據傳輸。WMN 技術的主要特點是自組織、自配置、自愈合、多路徑傳輸以及高可靠性。WMN 技術的架構主要包含兩種類型的節點：網關節點和非網關節點。其中，網關節點通常指有線網絡接入點，它們負責將WMN 網絡連接到互聯網上；非網關節點多指無線設備，它們可以通過與其他非網關節點之間的直接連接或通過中繼節點之間的多跳連接來實現數據傳輸。[2]

WMN 技術的優點主要表現在以下幾個方面。①自組織。WMN網絡支持自動配置和管理，無須人工干預。②自愈合。當某個節點發生故障時，WMN 網絡可以自動重新組織并找到新的路徑來傳輸數據。③多路徑傳輸。WMN 網絡中存在多個路徑，當接收到數據傳輸指令后，它可以自動選擇最優路徑以提高傳輸效率。④高可靠性。由于WMN 網絡中存在多個路徑和節點，其可靠性和容錯性相對較高。⑤靈活性。WMN 網絡可以根據實際需要隨時擴展和修改數據傳輸路徑，且無須重新布線。

（二）5G 技術

5G 技術是第五代移動通信技術的簡稱，與前幾代移動通信技術相比較，5G 技術具有更高的數據傳輸速率、更低的延遲時間、更大的連接密度、更高的能效以及更廣闊的應用前景，支持更多設備連接和更多元的應用場景。5G 技術采用了一系列新的技術和標準，包括更高頻段的無線信號、更高效的編碼和調制技術、更先進的多天線技術、更智能的網絡管理及優化技術等。

5G 技術的優點主要表現在以下幾個方面：①更高的速度。5G網絡的速度比4G網絡的更快，可達到每秒數萬比特的下載速度。②更低的延遲時間。5G 網絡的延遲時間比4G 網絡的更短，幾乎可以實現實時通信。③更大的容量。5G 網絡能在多臺設備同時連接的狀態下保持較高的速度和穩定性。④更高的可靠性。5G網絡采用多路徑信號傳輸、多輸入多輸出等先進技術，可進一步提高信號的可靠性和穩定性。⑤更廣泛的應用。5G 網絡支持更多元的應用場景，如虛擬現實、增強現實、智能家居、自動駕駛等。⑥更低的能耗。5G 網絡采用更高效的技術，能在降低設備能耗的同時，延長設備的使用壽命。⑦更高的安全性。5G 網絡采用更先進的安全技術，可有效保障通信安全和用戶隱私。

（三）WLAN 技術

WLAN（無線局域網）技術是一種基于無線電波技術的局域網技術，可實現移動設備的無線接入和互聯。WLAN 技術主要由以下幾個部分組成。①網絡接入點（AP）。網絡接入點主要負責管理無線網絡的接入和數據傳輸，是無線網絡的核心設備。②無線客戶端設備。無線客戶端設備可以接入筆記本電腦、智能手機、平板電腦等終端，通過無線信號與網絡接入點進行通信。③無線信道。無線網絡借助無線電波進行通信，因此需要一個無線信道來傳輸數據。

WLAN 技術的優點主要體現在以下幾個方面。①便攜性。WLAN技術支持無線接入，且任何終端隨時隨地都可以接入無線網絡，無須借助有線設備。②靈活性。WLAN 技術可以根據實際需要靈活部署，如根據網絡規模和需求進行擴展或縮減。③高速傳輸。WLAN 技術借助無線電波進行通信，傳輸速率高，可滿足不同用戶對海量數據的高速傳輸需求。④安全性。WLAN 技術支持多種安全協議，如WEP、WPA、WPA2 等，能有效保證數據傳輸的安全性。⑤成本低。WLAN 技術的部署成本相對較低，可在有線網絡的布線及維護方面節省費用支出。

（四）LMDS 技術

LMDS（微波的寬帶技術）是一種新興的無線寬帶通信技術，其本質是一點對多點（PMP）的無線通信系統，可以通過一組基站向多個用戶提供高速數據傳輸服務。LMDS 技術的優點包括如下幾點。①高速傳輸：LMDS 技術可達到約1.25Gbps 的數據傳輸速率，比傳統的寬帶服務更加高效。[3]②寬帶覆蓋：LMDS 技術可以在城市和郊區提供高速互聯網接入服務，覆蓋范圍遠大于傳統有線寬帶的服務范圍。③無須鋪設光纖：LMDS 技術通過無線信號進行數據傳輸，無須鋪設光纖，可節約大量的成本和時間。④易于安裝：LMDS 技術的基站可直接安裝在建筑屋頂或高架結構上，不需要大規模的基礎設施建設。⑤適用于多種應用場景：LMDS 技術可用于互聯網接入、語音和視頻傳輸、數據中心連接等多種應用場景。[4]⑥抗干擾性強：LMDS 技術采用高頻段的無線信號進行數據傳輸，具有較強的抗干擾性，可以在多種復雜環境下穩定運行。⑦安全性高：LMDS 技術采用數字加密技術來保護數據傳輸的安全性，能有效防止數據泄露和黑客攻擊。

二、在電網通信中應用無線通信技術的必要性

電網通信必須實時監測電力系統的狀態，及時發現故障和異常情況，以保障電力系統的穩定運行；電網通信需要采集大量信息（包括電力系統各節點的各種運行參數、設備狀態、故障信息等），下達各種控制指令，以實現對電力系統的遠程控制和調度，提高電力系統的運行效率和可靠性。[5]由此可見，在電網通信中應用無線通信技術可以有效提升電網通信的可靠性、時效性和靈活性。

目前，WMN 技術、5G 技術已經趨于成熟，技術人員可通過在電網通信中采用這兩種無線通信技術來實現更加安全可靠的高速通信，具體操作方案如下。①建立WMN網絡。技術人員應在電網的關鍵節點和分布式能源資源（DER）處安裝無線接入點，組成WMN 網絡。由于WMN 網絡采用的是多跳路由技術，技術人員需要在關鍵節點之間建立多條通信路徑，以提高通信網絡的可靠性和容錯性。②采用5G技術實現無線接入。5G 技術支持高速傳輸數據，具有低延遲優勢，能夠滿足電網通信的高帶寬和時效性要求。同時，5G 技術還支持大規模連接和網絡切片，有助于技術人員高效管理電網設備和傳感器。③實現安全可靠的通信。為保證通信的安全可靠，技術人員可以采用LMDS 技術實現點對點的高速數據傳輸。這是因為LMDS 技術主要通過高頻率的毫米波信號來傳輸數據，具有高速、低延遲和抗干擾等優點，可以在電網通信中實現高效的點對點通信。④實現智能化管理。技術人員可通過在WMN 網絡中引入大數據技術與AI（人工智能）技術來構建智能化的管理系統；利用智能化的管理系統對電網中的設備和傳感器進行實時監測、管理；通過分析處理數據，實現對電網中各種能源資源及設備的智能化管理，進一步提高電網的安全性和可靠性。

三、結語

近年來，國內電力系統正在進行大規模改造，智慧電網也在如火如荼地建設中。隨著電網系統的升級改造，電網通信也需要及時升級換代。與有線通信相比較，無線通信不需要布置大量的線纜，能在建設和維護方面節省一筆可觀的費用；另外，其傳輸距離更遠，適應性更強，覆蓋范圍更廣，可靠性更高。因此，技術人員有必要在電網通信中積極推廣應用無線通信技術。