通信技術在輸配電監測與控制中的應用分析

沈 春

（國網江蘇省電力有限公司東臺市供電分公司，江蘇 鹽城 224200）

0 引 言

隨著全球能源需求的持續增長和對可持續發展的不斷追求，電力系統的穩定運行變得尤為重要。輸配電系統作為電力系統的關鍵組成部分，其監測與控制直接影響到電力的質量、供應的穩定性及系統的經濟運行[1-2]。傳統的輸配電系統面臨眾多挑戰，包括設備老化、效率低下以及對突發事件的響應不足等。隨著技術的發展，通信技術被廣泛應用于輸配電系統，極大地提升了其監測和控制的效率與準確性，從而推動電力系統的智能化管理進程。從基礎的有線通信到先進的無線通信技術（如5G 等），這些技術為實現輸配電系統的實時監控和遠程控制提供了強大的支持。

1 基于公網GPRS 的輸配電監測與控制

1.1 公網GPRS

公網通用分組無線服務（General Packet Radio Service，GPRS）是一種基于全球移動通信系統網絡的數據傳輸服務，采用分組交換的方式在移動電話網絡和互聯網之間傳遞信息[3]。GPRS 的引入標志著移動通信從傳統的電路交換數據傳輸轉向分組數據傳輸，為移動設備提供了更高效、成本更低的數據通信方式。該技術支持多種數據類型傳輸，包括文本、圖像及視頻等，使移動互聯網服務得到廣泛應用。

1.2 公網GPRS 在輸配電監測與控制中的應用

通過配置數據終端單元（Data Terminal Unit，DTU）和相應天線，GPRS 技術在輸配電變壓器監測與控制方面發揮著重要作用。利用移動運營商的GPRS 網絡建立專線連接，通過配置專用的接入點名稱（Access Point Name，APN），確保數據傳輸的安全性和私密性。輸配電監測與控制系統中的路由器采用私有固定網際互連協議（Internet Protocol，IP）地址相連，進一步提高了網絡的安全性和穩定性。在監測數據傳輸過程中，GPRS 模塊執行附著操作，GPRS服務支持節點會查詢歸屬位置寄存器并確認移動終端允許使用的APN，隨后利用域名系統完成數據路由。這種配置不僅提升了監測與控制系統的實時性和準確性，還實現了數據的遠程傳輸和處理，大大提高了系統的運維效率。

此外，輸配電監測與控制系統結合實時數據庫技術與商用數據庫來管理各種數據，包括數據結構、歷史數據以及實時采樣數據等。系統采用SQL Server數據庫，方便用戶使用和維護，確保數據處理的高效性和可靠性。

1.3 面臨的挑戰

基于公網GPRS 的輸配電監測與控制技術在早期為遠程監控提供了一種可行的解決方案，但隨著電力系統對實時數據處理和高效控制需求的增長，其局限性日益凸顯。首先，GPRS 網絡的數據傳輸速率相對較低，最高理論傳輸速率僅為171.2 kb/s，限制了大量或高頻率數據傳輸的效率，特別不適用于需要實時監控和控制的場景。其次，GPRS 網絡的覆蓋并不全面，可能無法覆蓋偏遠或地理位置復雜的輸配電網絡區域，從而影響監控系統的連續性和可靠性。最后，公網GPRS 通信可能面臨網絡擁塞和服務質量不穩定等問題，這在緊急情況下尤為關鍵。

2 基于5G 通信技術的輸配電監測與控制

2.1 5G 通信技術概述

與公網GPRS 相比，5G 通信技術具有多方面的顯著優勢[4]。其峰值下載速率高達20 Gb/s，遠超GPRS 的最高理論速率，為高清視頻傳輸、大規模物聯網部署及邊緣計算等數據密集型應用提供了強大的支持。此外，5G 通信技術能實現毫秒級別的端到端延遲，為實時控制和自動化應用提供了關鍵技術保障。5G 通信技術結合低頻段和高頻段，既保證了較大的地理覆蓋范圍，又實現了在高密度區域內的高速數據傳輸。在輸配電監測與控制方面，5G 通信技術的引入預示著電力系統運維管理將更加高效、智能。

2.2 5G 通信技術在輸配電監測與控制中的應用

通過部署在輸配電網絡關鍵節點的智能傳感器和物聯網設備，實時收集電流、電壓及溫度等關鍵運行參數。這些設備通過5G 通信網絡與最近的5G 基站連接，利用5G 通信網絡的高速率和低時延特性，實現數據的快速上傳。5G 基站采用大規模多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）和毫米波技術，保證了網絡的高容量和廣泛覆蓋，支持大量設備的同時連接。數據從設備傳輸到5G 基站后，借助邊緣計算技術在網絡邊緣進行初步處理和分析。由于邊緣計算節點靠近數據源頭，可以快速響應，縮短數據傳輸時間，提高處理效率，對于需要實時監測和快速控制的應用尤為關鍵。經過初步處理的數據通過5G 通信網絡發送到中心監控平臺，該平臺進一步分析數據，全面監控和分析電源狀態。在必要時，中心監控平臺還可以通過5G 通信網絡向現場控制設備下發控制指令，實現遠程控制和優化操作。

2.3 面臨的挑戰

盡管基于5G 通信技術的輸配電監測與控制系統在通信速度、網絡容量及延遲等方面實現了顯著改進，但在面臨自然災害等緊急情況時，其穩定性和可靠性仍存在一定的挑戰。在災害發生時，通信設施往往會遭到破壞，進而影響網絡通信和監測數據傳輸，導致監測系統在需要發揮作用的時刻無法有效運行，對用戶造成負面影響。

3 基于無線專網的輸配電監測與控制

3.1 無線專網概述

無線專網作為一種安全、可靠的通信方式，為輸配電監測與控制系統提供了高度可定制的通信手段[5]。近年來，采用分時長期演進（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）技術構建的無線專網，特別是在230 MHz 頻段上的應用，顯著增強了網絡的廣覆蓋和深穿透能力，使監測系統能夠有效覆蓋偏遠和地理環境復雜的區域。這種基于TD-LTE 230 MHz 頻段的無線專網通過專用的頻段和優化的技術配置，不僅確保了監測數據的實時傳輸和處理，還大幅提升了系統在極端環境下的穩定性和可靠性，為輸配電系統的高效運維和智能控制奠定了堅實的通信基礎。

3.2 TD－LTE 230 MHz 無線專網在輸配電監測與控制上的應用

基于TD－LTE 230 MHz 無線專網技術的輸配電監測與控制系統架構如圖1 所示，包括采集層、通信網絡層以及系統應用層。

圖1 基于TD－LTE 230 MHz 無線專網技術的輸配電監測與控制系統架構

在采集層，將監測終端安裝在輸配電線路上，通過微功率無線通信技術與輸配電變壓器處的輸配變終端進行信息交換。利用這種低能耗、長距離的通信方式，根據線路狀況靈活配置監測終端，從而優化監測效果。

在通信網絡層，TD-LTE 230 MHz 無線專網負責將輸配變終端的數據高效傳輸至無線基站，然后通過光纖連接至系統應用層的監測與控制系統。相較于依賴公網GPRS 或無線公網的傳統系統，TD-LTE 230 MHz 無線專網在自然災害等緊急情況下仍能保持穩定運行，有效避免了關鍵時刻服務中斷的問題。

在系統應用層，監測系統對采集的數據進行分析處理，實現故障的精確定位和分類，并根據定位和分類結果對故障進行有效控制。這不僅提升了監測系統的自動化和現代化水平，還避免了傳統通信方式中存在的安全隱患和服務優先級問題。

3.3 面臨的挑戰

盡管基于無線專網的輸配電監測與控制系統在通信穩定性、安全性以及定制化服務等方面表現出顯著優勢，但仍面臨一系列挑戰。例如，構建和維護一個私有的無線專網時，需要投入大量的初期資金和持續的運維成本，這對于許多電力公司，特別是規模較小的企業而言，可能帶來不小的經濟壓力。此外，隨著技術的快速發展，無線專網需要不斷更新來維持其技術先進性，這不僅增加了成本，還對技術人員的專業素養提出了更高的要求。

4 結 論

文章主要研究通信技術在輸配電監測與控制中的應用，詳細分析了基于GPRS、5G 通信技術以及無線專網的輸配電監測與控制應用，并探討了它們各自存在的局限性。通過闡述各技術當前所面臨的挑戰，為電力系統的智能化轉型提供理論支撐。在實際應用過程中，需要綜合考慮各種通信技術的優缺點，結合實際需求進行選擇和優化，以實現更高效、更智能的輸配電監測與控制。