摘要：本文簡要介紹了智能電網的相關概念和現實意義，分析了現代移動通信技術在智能電網中的應用現狀;針對智能電網對電力通信系統(tǒng)的要求，提出LTE應用到智能電網中具有突出優(yōu)勢的觀點，并從電網視頻監(jiān)控、智能巡檢、應急搶險指揮等幾個方面介紹了LTE 技術在智能電網的應用;最后分析了在智能電網建設中應用LTE技術需要注意的問題及建議。

一引言

近年來,國家電網公司陸續(xù)出臺了一系列關于加快建設智能電網的政策措施，我國電網建設正面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機遇。一方面，電網需要應對日益嚴峻的資源和環(huán)境壓力，實現大范圍的資源優(yōu)化配置，提高全天候運行能力，滿足能源結構調整的需要;另一方面，輸配電、發(fā)電、信息化、數字化等技術的進步也為解決這一系列問題提供了堅實的技術支持。2009年舉行的特高壓輸電技術國際會議已明確提出，到2020年，我國將全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網，顯然，智能電網正成為現代電力工業(yè)發(fā)展的方向。

電力通信系統(tǒng)是智能電網的重要組成部分。由移動通信技術(如GPRS、GSM等)實現電力系統(tǒng)中數據傳輸的方式具有不需要建立專用通道、工程投資小、覆蓋面廣、維護方便、安裝靈活等特點，已經在遠程抄表、負荷控制與調度等領域取得了較好的效果。LTE技術的使用將為電力系統(tǒng)信息化注入新的活力。LET相比已應用的GPRS、GSM、3G等具有更高的傳輸速率、更加安全可靠的性能，能夠為智能電網的建設提供全方位的通信服務。

本文首先介紹了智能電網、LTE的相關知識，分析了現代移動通信技術在電網中的應用現狀，針對智能電網對電力通信系統(tǒng)的要求，得出 LTE應用到智能電網具有突出優(yōu)勢的結論，并從電網視頻監(jiān)控、智能巡檢、智能負荷調度管理、應急搶險指揮等幾個方面介紹了LTE技術在智能電網的應用。

二智能電網

(一)智能電網概述

1.智能電網的概念和特點

智能電網是指一個完全自動化的供電網絡，其中的每一個用戶和節(jié)點都被實時監(jiān)控，并保證從發(fā)電廠到用戶端電器之間每一點上的電流和信息的雙向流動。通過廣泛應用分布式智能、寬帶通信以及自動控制系統(tǒng)的集成，智能電網保證了市場交易的實時進行和電網上各成員之間的無縫連接及實時互動。

從技術角度講，智能電網有3個層面的含義：首先是利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等環(huán)節(jié)關鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控;然后將獲得的數據通過網絡系統(tǒng)進行收集、整合;最后通過對數據的分析、挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)運行的優(yōu)化管理。

智能電網具備如下特征：

1)自愈。通過實時掌控電網運行狀態(tài)，及時發(fā)現、快速診斷和消除故障隱患;在盡量少的人工干預下，快速隔離故障、自我恢復，避免大面積停電的發(fā)生。

2)安全可靠。能夠很好地應對自然災害、外力破壞和計算機攻擊，保證人身、設備和電網的安全，自動恢復電網的運行。

3)經濟高效?？梢詢?yōu)化資源配置，提高設備傳輸容量和利用率;在不同區(qū)域間進行及時調度，平衡電力供應缺口;支持電力市場競爭的要求，實行動態(tài)的浮動電價制度，實現整個電力系統(tǒng)優(yōu)化運行。

4)兼容。能夠開放性地兼容各種類型設備，包括集中大電源、分布式發(fā)電以及可再生能源，滿足電力與自然環(huán)境、社會經濟和諧發(fā)展的要求。

5)與用戶友好互動。實現與客戶的智能互動，以最佳的電能質量和供電可靠性滿足客戶需求;實現系統(tǒng)運行與批發(fā)、零售電力市場無縫銜接，同時通過市場交易更好地激勵電力市場主體參與電網安全管理，從而提升電力系統(tǒng)的安全運行水平。

2.智能電網的技術體系

智能電網的構建與功能實現有賴于多項基礎技術的發(fā)展、推廣和應用。智能電網的技術體系分為基礎技術和高級應用?；A技術包括電力設備、量測與通信設備、信息管理系統(tǒng)、決策與控制理論，高級應用有智能控制中心、智能變電站、智能線路、智能保護系統(tǒng)、智能需求側管理。通過基礎技術與高級應用的有機結合，最終形成智能電網。

三電力通信系統(tǒng)應用現狀

電力通信系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)運行不可或缺的組成部分。電力系統(tǒng)正常運行需要借助于有效的通信手段，將控制中心的命令準確地傳送到遠方終端，并將反映遠方設備運行情況的數據信息收集到控制中心。目前常用的通信方式有現場總線、電話專線、光纖通信、電力線數字載波、無線擴頻等。這些通訊方式普遍存在的問題是要自建專用信道，且工程投資大，維護工作繁重。隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，利用移動運營商提供的移動通信技術實現電力系統(tǒng)中的數據傳輸，將是電力系統(tǒng)自動化的重要發(fā)展方向。

與此同時，GPRS(General Packet RadioService)也是一種被廣泛采用的通信方式，它是一種基于第二代移動通信系統(tǒng)GSM的2.5G無線分組交換技術。這種技術具有覆蓋范圍廣、永遠在線、接入速度快、支持中高速數據傳輸、投入費用低、可按流量收費等優(yōu)點。目前，GPRS技術已經被廣泛應用到電力工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，如配網自動化、電力負荷管理、無線抄表、調度自動化、電能質量監(jiān)測、電壓等級變電站的遠動信號傳輸、電力搶修調度、輸電線路污穢在線監(jiān)測等領域。但是，實際應用中GPRS 傳輸速率僅為57.6kbit/S，且通信保密性、安全性不夠高，已經不能滿足未來智能電網發(fā)展對通信系統(tǒng)的要求。相比之下，LTE技術不僅具有GPRS 技術的優(yōu)點，同時也彌補了GPRS技術在傳輸速度、保密性、安全性等方面的不足，因此更能適應未來智能電網建設的發(fā)展方向與技術要求。

四LTE技術及其在智能電網中的應用

1.LTE技術

LTE(Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進，始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術，而是3G與4G技術之間的一個過渡，是3.9G的全球標準。它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。

LTE技術特點主要表現在以下幾方面：

1)通信速率高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。

2)以分組域業(yè)務為主要目標，系統(tǒng)在整體架構上將基于分組交換。

3)QoS保證，通過系統(tǒng)設計和嚴格的QoS機制，保證實時業(yè)務(如VoIP)的服務質量。

4)系統(tǒng)部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬，并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配，保證了將來在系統(tǒng)部署上的靈活性。

5)降低無線網絡時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網絡時延，時延可達U-plan<5ms，C-plan<100ms。

6)增加了小區(qū)邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特速率。

7)強調向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運作。

與3G等移動通信方式相比，LTE更具技術優(yōu)勢，具體體現在：高數據速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容等。

2.LTE在智能電網中的應用

LTE 在智能電網中的應用優(yōu)勢主要表現在：高速的數據傳輸速度滿足了電力系統(tǒng)大量信息數據傳輸的要求，高速可靠的數據交互為智能電網開放性地兼容各類設備提供了可靠的通信機制;LTE的視頻功能將增加電網與需求側、發(fā)電商、環(huán)境和諧相處的能力，為其提供完成交易的信息處理平臺和物理載體;LTE的安全性和可靠性是滿足智能電網防御信息攻擊，提高信息安全，提高自愈能力的重要保證，為智能控制、負荷調度、電力搶修、智能需求側管理提供了準確、可靠、實時的數據信息。

LTE技術在智能電網中的具體功能應用如下：

1)網視頻監(jiān)控

在配網中有大量的檢測終端與變壓器監(jiān)測設備，用于向調度中心傳送各種信息，如遙測、遙信、遙控主要設備狀態(tài)和報警信息等。隨著視頻監(jiān)控技術的發(fā)展，越來越多的變電站和機房采用無人值守的方式，因此為了提高安全性和可靠性，系統(tǒng)對傳輸通道的可達性和帶寬提出更高的要求。采用固定寬帶與移動LTE通信技術相結合的方式，可實時傳送清晰的動態(tài)視頻信息，滿足電力網絡利用視頻進行實時監(jiān)測的要求。

將LTE移動視頻業(yè)務與電力系統(tǒng)已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結合的優(yōu)勢在于：一方面，在有線寬帶不能通達的監(jiān)測點安裝移動視頻監(jiān)測裝置，實現視頻監(jiān)控;另一方面，監(jiān)控維護人員可使用移動PC機或手機，實時了解運行狀況。由于移動視頻監(jiān)控對帶寬的要求較高，只有使用LTE移動通信網絡才能獲得較好的業(yè)務質量。

2)線路巡檢

高壓架空輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其傳輸距離長，沿線地理環(huán)境復雜。目前國內主要采用人工檢測故障的方法對線路進行維護，這種方法下巡線人員工作強度很大，故障檢測困難。隨著電子芯片和機器人技術的飛速發(fā)展，日、美等國已經成功研制出以機器人作為載具，以攝像機作為圖像采集設備進行巡線的技術，而且借助移動通信技術(掌上電腦、條碼掃描技術、RFID射頻識別技術等)，巡檢人員可利用掌上電腦、手機、PC機以文字、圖片、視頻的方式將現場情況實時發(fā)送到巡檢中心，保證了現場數據的準確性、完整性。這種方式提高了工作效率，使巡檢維護規(guī)范化，提高維護和管理水平。

3)負荷管理

負荷管理是電力需求側管理(DSM)的重要組成部分，是緩解電力供需矛盾，提高電力使用效率，保障電力系統(tǒng)安全運行的重要措施。DSM中的負荷管理主要有降壓減負荷、對用戶可控負荷進行周期性控制、直接切除用戶可控負荷三種方式。通過采用LTE移動通信網絡的無線通信方式，可利用視頻對電網進行全面監(jiān)測，同時實現信息高度共享、多部門聯動、增強協(xié)調能力、加速信息流轉，實現遠程監(jiān)控與操作，準確及時地進行負荷管理和人員調度，降低人力成本，提高響應速度。

4)應急搶險指揮

智能電網的自治和自愈能力是指電網維持自身穩(wěn)定運行、評估薄弱環(huán)節(jié)和應對緊急狀態(tài)的能力。由于一些突發(fā)情況造成電力網絡故障或電力系統(tǒng)損壞的情況時有發(fā)生，需迫切提高應急搶險指揮能力，快速恢復電網的正常運行。在電力應急搶修車中加裝LTE移動通信終端，通過音頻和視頻傳輸遠程現場信息，將搶修現場情況與電網運行情況、設備運行系統(tǒng)資料、客服中心的報修系統(tǒng)、事故搶修決策預案等系統(tǒng)互聯，以保證各部分信息迅速流通、互動，使遠端指揮人員實時了解電網的現場狀況，作出正確判斷和指揮，提高現場的指揮調度能力，縮短搶險時間，提高應急能力，減少災害造成的影響。

3.LTE技術應用建議

基于以上對LTE以及通信技術在電力工業(yè)應用特點的分析，針對LTE技術在智能電網的實際應用提出如下建議：

1)結合GPRS與LTE技術，建設智能電網通信體系

目前，GPRS在電力系統(tǒng)的應用比較廣泛，已形成了配套的硬件、軟件設施。而3G終端設備以及通信費用還比較高，因此，在當前電網中選擇數據量大、實時性、穩(wěn)定性要求高的技術領域適當地應用LTE技術，如線路故障查詢、變電站自動化管理、電力搶修指揮等，既滿足了經濟性建設的要求，又滿足了系統(tǒng)性能要求。

2)建立開放、標準、集成的通信系統(tǒng)

智能電網需要不斷整合和集成企業(yè)資產管理和電網生產運行管理平臺，為電網規(guī)劃、建設、運行管理提供全方位的信息服務。因此，寬帶通信網，包括電纜、光纖、電力線載波和無線通信等，都將在智能電網中扮演重要角色。建立開放、標準、集成的通信系統(tǒng)，有助于實現信息的共享、交互。

3)提高電力通信系統(tǒng)的安全性

隨著互聯電網不斷擴大，電力系統(tǒng)及其關聯的控制和通信系統(tǒng)任何一個脆弱部位都會遭到人為或自然的攻擊，導致電力系統(tǒng)災難性事故發(fā)生。應提高通信網絡的安全性、抗干擾性、魯棒性，增強智能電網的防御能力。

五結束語

移動通信發(fā)展到LTE階段，其數據傳輸速率不斷提高，提供的業(yè)務向移動互聯網、手機電視、視頻通話等多媒體IP方向發(fā)展，不但業(yè)務種類更多，服務質量也更高。移動通信的發(fā)展，特別是將來LTE網絡的建成，必將有力地促進電力行業(yè)的發(fā)展。未來的智能電網，將是一個高帶寬、IP化、多級QoS保障、提供多種業(yè)務的綜合平臺。

參考文獻

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