衛星通信技術在電力行業中的應用場景分析

文 | 張涵 周鴻喜

國家電網信通公司

一、引言

近年來極端天氣災害頻發，電力通信安全穩定運行面臨重大挑戰，作為光纖通信的重要補充手段，衛星通信技術在電力應急搶修、重大活動保障等方面得到了廣泛的應用。另外，隨著電網數字化轉型以及新型電力系統建設步伐的持續加快，對電力通信的可靠性、靈活性、兼容性等提出了更高的要求。衛星通信作為電力行業“空天地”一體化通信體系中重要的一環，在電力行業內發揮著越來越重要的作用。本文通過分析衛星通信技術特點以及電力行業應用組網架構，并針對衛星通信技術應用新需求，對電力基建工程、輸電線路巡檢等場景下衛星通信技術應用的可行性進行了分析與探索，提出系統典型架構，為后續衛星通信技術規模化應用提供參考。

二、電力衛星通信系統技術特性分析

1.電力業務場景中通信需求特性分析

（1）電網應急搶險搶修

隨著電網覆蓋程度的增加，由于地震、暴雨、臺風等極端災害造成的大面積電網停電事故頻繁發生，對國民經濟造成了巨大損失。為更好應對災害的發生，需要在災情發生后，第一時間掌握電力設備設施損毀情況和覆蓋范圍，并以此指導應急搶險人員、物資調配。然而，電力設施的損毀將同步導致公網通信設施的失能，使得前線搶修人員無法及時回傳各類有效信息，這對現有通信技術手段提出了新的需求。

（2）電網運行運營

電網運行運營主要包括電網基建工程以及電力設備及線路運行狀態日常監控兩個方面。在電網基建方面，電網基建項目建設現場存在點多、面廣的特點，傳統施工現場工程的質量監控主要受工程管理人員經驗的影響，缺乏及時監測與監督的能力，難以完全滿足現代工程施工現場的管理需求，且由于基建項目大部分在偏遠地區，眾多施工現場公網信號不夠穩定，缺乏有效的通信手段。

在電力設備及線路運行狀態方面，一是電網基礎設施易受自然因素或人為因素的影響造成設備運行故障，對電網的正常運行造成較大的影響，需要有效的大范圍、低成本、全天候的監測手段對電網基礎設施進行全面監測，變“被動搶修”為“主動預防”，保障電網安全運行；二是電網巡檢作業方面，傳統人工巡檢的方式存在偏遠環境通信信號差，人員溝通困難，生命安全存在隱患等方面的問題，亟需有效通信手段，保障巡檢人員安全，提升巡檢作業效率，提升針對巡檢人員的有效管控；三是數據采集方面，由于電力網絡覆蓋區域范圍內存在大量的無信號地區，在無信號地區的電力運行數據信息缺乏有效的采集手段，需要有效手段實現無信號地區用電/發電信息全采集全覆蓋，保障電網安全運行。

綜上，結合衛星通信技術覆蓋區域大、通信距離遠、機動靈活、抗毀性強等技術特性，能極大補強現有電力通信手段技術短板，滿足各類電力業務場景需求。

2.電力衛星通信系統組成

電力衛星通信系統主要由通信衛星、中心站（地面衛星主站）、遠端站（地面衛星終端站）組成。其中，中心站作為衛星通信系統的重要匯聚點，主要負責匯集通信衛星傳輸的數據，并經地面電力光纖分發至電力調度大樓、電力廠站等；遠端站分為地面固定站、便攜站、車載站等多種類型，主要部署在各電力作業現場，負責將現場業務數據傳輸至通信衛星；通信衛星是衛星通信系統的空間部分，也是衛星通信系統的關鍵樞紐，主要負責轉發無線電信號，實現衛星地面站點之間的通信，具體系統架構如圖1所示。

圖1 電力衛星通信系統架構圖

三、電力行業衛星通信技術應用場景分析

考慮到電力業務具有高覆蓋性、高可靠性、高安全性等需求特性，電力衛星通信通常選用傳統大波束衛星甚小口徑衛星終端站（VSAT）系統，采用SCPC/DAMA技術體制，系統架構為星型架構，通過建設自有中心站對系統內遠端站進行統一管理、調用。中心站側接入電力通信專網及互聯網，主要承載專網高清視頻會議、語音和專網數據等電力專網業務以及少量互聯網業務，能提供上下行速率10Mbit/s以上的衛星通信鏈路。目前，在電力領域衛星通信技術主要應用在電力應急搶險現場、重大活動電力保障以及偏遠水電站通信等電力業務場景，具體系統應用架構如圖2所示。

圖2 電力衛星通信系統應用架構圖

1.應急搶修現場

為應對極端情況下輸配電線路或變電站受損且局部區域公網信號中斷的情況，利用衛星通信、自組網等技術建立并延伸衛星通道，通過接入應急單兵、視頻會議終端等設備，實現前后方雙向語音、視頻和數據業務傳輸，以此保證應急指揮中心與受災現場之間指令下達、信息上報的及時性和準確性。自2008年以來，在雅安地震、河南雨災等重大災害中，利用衛星通信開展各類應急通信保障百余次，極大地保障了應急現場通信需求，提升了電力應急搶險處置效率，具體架構如圖3所示，電力應急通信指揮車如圖4所示。

圖3 應急搶修場景應用架構圖

圖4 電力應急通信指揮車示意圖

2.重大活動通信保障

在各類重大活動期間，利用衛星通信通道作為電力保障現場備用通信手段，提高保障現場與后方指揮中心間通信鏈路的可靠性，并結合超短波通信等技術，滿足現場保障人員通信聯絡需求，強化電力保障能力。近年來，在國家電網公司的大型活動、大型電網工程中，利用衛星通信技術提供通信保障十余次，投入人員百余人次，大大提高了重大活動的通信保障能力，具體架構如圖5所示，現場應用情況如圖6所示。

圖5 重大活動保障場景應用架構圖

圖6 重大活動保障現場設備應用示意圖

3.偏遠水電站通信

用于偏遠水電站業務傳輸。利用衛星通信技術建立省、市公司與偏遠水電站的通信鏈路，實現雙向語音、視頻和數據傳輸業務，確保水電站常規業務運轉正常，具體架構如圖7所示。

圖7 偏遠水電站場景應用架構圖

四、衛星通信技術在電力行業的應用場景探索

1.電力行業衛星通信新需求

我國能源分布具有“西富東貧、北多南少”的特點，隨著近年來我國電力系統快速發展，特高壓輸電線路主要走向為“自西向東、自北向南”，將電能從西部、北部地區送往東部、南部等能源消耗密集區域，這樣的特性也決定電力線將貫穿西部、北部的高原、山區、戈壁等偏遠地區。目前部分電網一次線路或基建工程現場位于山林、無人區等未實現電力光纖及公網覆蓋的區域，工程基建、運行維護難度較大。

目前，衛星通信技術已在電力應急搶修方面得到較大規模部署和成熟應用，偏遠地區電力線路基建施工、線路巡檢等應用領域僅有部分試點應用，衛星通信不受地域和時空限制、不依賴于地面通信網絡覆蓋水平的技術能力有待進一步發揮。同時，隨著移動通信的迅速發展，電力行業各類應用均向手機、PAD等移動終端延伸，對衛星通信網的互聯網高速接入能力提出迫切需求。

2.電力行業衛星通信應用場景探索

近年來，隨著國內高通量點波束衛星通信技術的發展，衛星互聯網接入速率得到極大提升，強化了多種通信技術融合的同時，也為偏遠地區的基建施工、線路巡線等特殊電力業務場景提供了新的通信手段。

（1）電力基建工程應用場景

輸變電工程建設期間，可利用傳統大波束衛星通信以及高通量點波束衛星通信技術實現偏遠地區工程現場與外界信息交互，主要包括工程現場數據訪問、施工現場安全監測等。其中，工程現場數據訪問是指工程現場專網以及互聯網數據交互；施工現場安全監測是指施工作業現場監測信息回傳。可利用大波束技術實現工程現場數據訪問和施工現場安全監測，為項目部和工程現場提供專網視頻會議、內線電話、監測等電力專網數據接入到電力專網；也可以采用點波束技術為工程現場提供互聯網接入，實現更高速度的互聯網數據傳輸，具體架構如圖8所示，現場應用情況如圖9所示。

圖8 基建工程場景應用架構圖

圖9 基建工程現場應用示意圖

（2）輸電線路巡檢應用場景

利用衛星通信技術，建立省市公司與偏遠線路的衛星通信鏈路，實現雙向語音、視頻和數據傳輸，主要包括線路可視化監測、線路巡檢數據回傳等。其中，線路可視化監測是指實現偏遠線路上監控裝置視頻圖像實時回傳；線路巡檢數據回傳是指對野外偏遠線路提供網絡信號覆蓋，實現線路狀態信息采集終端巡檢數據實時回傳。可利用大波束技術為偏遠站點和線路的在線監測信息及定時圖像監拍數據提供專網傳輸通道，并可配合山火監測系統等專用系統對回傳圖像進行分析，實現線路可視化監測；也可利用大波束或點波束技術為線路巡檢定位信息（無人機或機器人等）提供信息傳輸通道，為巡線人員提供通信手段，滿足線路巡檢人員的對外通信需求，具體架構如圖10所示。

圖10 線路巡檢場景應用架構圖

五、結語

新型電力系統建設對通信技術支撐能力提出了新的更高的要求，隨著衛星互聯網技術與系統的快速發展，電力衛星通信網將以滿足能源互聯網發展需求為核心，以云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術為核心驅動力，建立更大容量、高速實時、接入靈活、即插即用等突出特點的新型衛星通信網，服務范圍將有大幅擴展，服務能力和保障質量將有巨大提升，并在電力行業取得更為廣泛的應用，進一步支撐能源互聯網、信息、社會系統深度融合。