WiMax標(biāo)準(zhǔn)下3G技術(shù)在智能電網(wǎng)中的運(yùn)用分析

摘要：智能電網(wǎng)要求實(shí)現(xiàn)信息的快速傳遞與高度共享，為達(dá)到此目的，研究了3G技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)——WiMax下的無線接入方法。首先，根據(jù)智能電網(wǎng)特性提出了智能電網(wǎng)基本通信體系架構(gòu)；然后結(jié)合WiMax技術(shù)的特點(diǎn)提出了相應(yīng)的WiMax電網(wǎng)通信方案，該方案通過無線接入方式以及分級(jí)分層管理模式可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中信息的共享與即時(shí)傳輸，極大地提高了電網(wǎng)的信息化、互動(dòng)化水平。最后對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用進(jìn)行了例證分析及前景展望，對(duì)可能存在的問題進(jìn)行了分析與探討。
關(guān)鍵詞：WiMax技術(shù)；3G技術(shù)；智能電網(wǎng)；電力通信；寬帶無線接入

0 引言
    智能電網(wǎng)這一名詞一經(jīng)提出就在社會(huì)上引起了極大地關(guān)注。智能電網(wǎng)建立在集成的、高速的雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定和高效使用。智能電網(wǎng)要求以完備的信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，以信息化、互動(dòng)化以及自動(dòng)化為主要特征。由此可見，先進(jìn)的通信方式對(duì)智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵性的作用。
    傳統(tǒng)的電力通信系統(tǒng)因其在成本、實(shí)時(shí)性和可靠性等方面不能滿足智能電網(wǎng)的要求，所以亟需新的電力通信方式來進(jìn)行更新，而如今迅猛發(fā)展的3G無線通信技術(shù)正可以滿足以上要求，為智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
    當(dāng)下，世界各國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的廣泛關(guān)注也為先進(jìn)的無線通信技術(shù)與電網(wǎng)的結(jié)合提供了良好的機(jī)遇。美國(guó)能源部在美國(guó)電網(wǎng)改革綱領(lǐng)性文件《GRID 2003》中提出了建立一個(gè)電力通信一體化的21世紀(jì)現(xiàn)代化電網(wǎng)的目標(biāo)；在2009年召開的特高壓國(guó)際會(huì)議上，國(guó)務(wù)院副總理張德江也表達(dá)了中國(guó)對(duì)于建設(shè)智能電網(wǎng)的強(qiáng)烈愿望；還有，國(guó)家電網(wǎng)公司公布了分階段建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的方案。此時(shí)，把握住這一良好契機(jī)，對(duì)先進(jìn)無線通信技術(shù)如何在智能電網(wǎng)通信中的運(yùn)用進(jìn)行分析與研究就顯得十分必要了。

1 3G技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的可行性與必要性分析
1．1 智能電網(wǎng)的基本要求
    智能電網(wǎng)作為一個(gè)新興的概念，在很多國(guó)家和地區(qū)都對(duì)它有不同的理解，就我們國(guó)家當(dāng)今發(fā)展情況來看，我們所發(fā)展的智能電網(wǎng)應(yīng)具有堅(jiān)強(qiáng)、兼容、經(jīng)濟(jì)、互動(dòng)等特征。
    堅(jiān)強(qiáng)  堅(jiān)強(qiáng)性是針對(duì)目前大容量、特高壓、長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓╇娦枨笏岢龅?，它要求電網(wǎng)在發(fā)生大的擾動(dòng)或故障時(shí)，仍能盡量保證用戶的供電，減小大面積停電的可能性，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷并消除故障，使電網(wǎng)恢復(fù)原來的運(yùn)行狀態(tài)(即自愈性)。
    兼容  能允許新能源的合理接入，適應(yīng)分布式發(fā)電機(jī)和微電網(wǎng)的接入，使需求側(cè)管理功能更加完善，滿足電力與自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及人類文明的和諧發(fā)展。
    經(jīng)濟(jì)  通過信息采集與分析，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與維護(hù)等全生命周期環(huán)節(jié)的優(yōu)化，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行安排合理，資源利用率高，運(yùn)行成本低等目標(biāo)，支持電力市場(chǎng)的有效開展，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)籌規(guī)劃與合理配置。
    互動(dòng)  通過數(shù)據(jù)與信息的雙向流動(dòng)與即時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的智能互動(dòng)，把最穩(wěn)定、最經(jīng)濟(jì)的電能提供給用戶。同時(shí)，讓用戶也參與到電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)中來，更好地激勵(lì)電力市場(chǎng)的發(fā)展，使其滿足最廣大用戶的要求。
1．2 3G技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
    根據(jù)以上所列智能電網(wǎng)的要求，新興無線通信技術(shù)——3G技術(shù)恰能夠使之得到滿足。3G技術(shù)是一種支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)，3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百Kbps以上。它的主要特點(diǎn)如下：
    (1)傳輸速度快，而且可以滿足移動(dòng)性對(duì)高比特率可變速率的要求，快速移動(dòng)下，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到1．44 Kb／s。
    (2)提供了多種新業(yè)務(wù)與新技術(shù)，如寬帶業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)等。
    (3)具有良好的兼容性與高度的靈活性，具有多功能、多環(huán)境適應(yīng)能力以及多操作方式、多頻段運(yùn)行能力。
    (4)語音與視頻質(zhì)量高，可保證語音及圖像的高保真?zhèn)鬏敗２⑶?，?shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性能好。
    (5)采用根據(jù)數(shù)據(jù)量、服務(wù)質(zhì)量和使用時(shí)間為收費(fèi)參數(shù)，而不是以距離為收費(fèi)參數(shù)的新收費(fèi)機(jī)制。
    基于以上所述，經(jīng)過對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，3G技術(shù)的特點(diǎn)可以很好地滿足智能電網(wǎng)的要求，因此，將兩者進(jìn)行合理的結(jié)合，可使智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)有可靠保障。

2 WiMax應(yīng)用于智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)
    WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互聯(lián)接入)是一種新興的3G標(biāo)準(zhǔn)。2007年10月19日，國(guó)際電信聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行無線通信全體會(huì)議，經(jīng)過多數(shù)國(guó)家投票通過，WiMax正式被批準(zhǔn)為繼WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四個(gè)全球3G標(biāo)準(zhǔn)。
    WiMax是基于IEEE 802．16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50 km，峰值傳輸速率高達(dá)70 Mb／s。隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，WiMAX將逐步實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化。
    將WiMax在智能電網(wǎng)中應(yīng)用，具有以下優(yōu)勢(shì)：
    (1)傳輸速率快，覆蓋范圍大。WiMax可提供高速的無線寬帶接入，而且還具有移動(dòng)通信能力，滿足了電網(wǎng)通信的即時(shí)性要求。此外，WiMax技術(shù)的傳輸距離長(zhǎng)，達(dá)到了覆蓋范圍廣的效果，對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)的信息傳輸提供了保障。
    (2)靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的多樣性。WiMax系統(tǒng)具有豐富的業(yè)務(wù)接口，可使電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的多樣性。為適應(yīng)不同業(yè)務(wù)的QoS保證機(jī)制，802．16MAC層設(shè)計(jì)了對(duì)無線鏈路進(jìn)行高效管理的功能，通過對(duì)無線資源的使用進(jìn)行調(diào)度并根據(jù)不同業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的QoS保證。
    (3)擴(kuò)容便利，具有可升級(jí)性。新增扇區(qū)簡(jiǎn)易方便，靈活的通信通道規(guī)劃使容量達(dá)到最大化，并且允許運(yùn)營(yíng)商根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況擴(kuò)容或升級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

3 WiMax技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)通信的設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用舉例
3．1 智能電網(wǎng)基本通信體系架構(gòu)
    智能電網(wǎng)的信息流伴隨著能量的傳遞，涉及電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，電網(wǎng)信息流具有很明確的層次結(jié)構(gòu)，包括電網(wǎng)設(shè)備層、通信架構(gòu)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理層和數(shù)據(jù)運(yùn)用層。各層次信息體系是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的可靠保證。
    在各層次信息體系基礎(chǔ)上，智能電網(wǎng)通信整體體系得以實(shí)現(xiàn)，該體系涉及電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，包括發(fā)電、輸電、配電以及用電等環(huán)節(jié)。綜合通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)，主要傳輸控制、保護(hù)等信息；用戶側(cè)則使用用戶端通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)用戶端的需求進(jìn)行管理，并與發(fā)配電端進(jìn)行信息交互。
3．2 基于WiMax的電網(wǎng)通信方案
    電網(wǎng)通信系統(tǒng)主要服務(wù)于綜合信息網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也包括綜合信息網(wǎng)絡(luò)與用戶端網(wǎng)絡(luò)的信息交互。它主要分為中心控制層、控制終端以及用戶終端。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    與此結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的WiMax無線接人方案，其在控制終端和配電終端均設(shè)置WiMax終端接入，WiMax終端接收配電終端信息，同時(shí)提供負(fù)荷控制、電網(wǎng)監(jiān)控等功能。在一定區(qū)域內(nèi)再設(shè)置一定數(shù)量的WiMax基站接入WiMax終端，構(gòu)成二級(jí)控制中心，WiMax基站通過電網(wǎng)通信接入電網(wǎng)控制中心，得到的數(shù)據(jù)通過智能電網(wǎng)綜合信息平臺(tái)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行管理。
3．3 無線技術(shù)在智能電網(wǎng)中具體功能應(yīng)用舉例
3．3．1 電網(wǎng)負(fù)荷管理
    通過WiMax技術(shù)，使電網(wǎng)中的信息實(shí)現(xiàn)高度共享，在電能供給或負(fù)荷需求出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可以調(diào)動(dòng)多方信息，加強(qiáng)信息的傳輸和流動(dòng)，對(duì)電能進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)配，從而得出最優(yōu)化的解決方案，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少對(duì)用戶的影響。
3．3．2 電力線路巡檢
    針對(duì)目前大容量、特高壓、長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓╇娦枨?，電力線路的巡檢工作將異常繁重，耗費(fèi)大量的人力物力。利用WiMax技術(shù)的寬帶移動(dòng)化，利用條碼掃描技術(shù)、RFID掃描技術(shù)等方法，巡檢人員可將線路信息即時(shí)傳送給控制中心，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的維護(hù)水平，使巡檢工作的效率得到較大提高。
3．3．3 電網(wǎng)視頻監(jiān)控
    利用3G技術(shù)的視頻傳輸功能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸，滿足電網(wǎng)檢測(cè)的要求。將3G移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)與電力系統(tǒng)已有的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，可以在有線寬帶不能覆蓋的區(qū)域安裝移動(dòng)視頻監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控；同時(shí)，控制人員、維護(hù)人員可使用移動(dòng)PC機(jī)實(shí)時(shí)了解運(yùn)行狀況，對(duì)故障做出快速的反應(yīng)。

4 結(jié)語
    針對(duì)無線城域網(wǎng)領(lǐng)域開發(fā)的WiMax技術(shù)，具備諸多用于智能電網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是一種有效的綜合移動(dòng)寬帶接人技術(shù)。電力行業(yè)有必要給予其足夠關(guān)注，抓住無線通信在智能電網(wǎng)中發(fā)展的機(jī)遇，做好WiMax技術(shù)組網(wǎng)的研究與推廣應(yīng)用，為智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提供可靠保證。