WiMax标准下3G技术在智能电网中的运用分析

　　摘 要：智能电网要求实现信息的快速传递与高度共享，为达到此目的，研究了3G技术新标准——WiMax下的无线接入方法。首先，根据智能电网特性提出了智能电网基本通信体系架构；然后结合WiMax技术的特点提出了相应的WiMax电网通信方案，该方案通过无线接入方式以及分级分层管理模式可实现系统中信息的共享与即时传输，极大地提高了电网的信息化、互动化水平。最后对此项技术在电力系统中的运用进行了例证分析及前景展望，对可能存在的问题进行了分析与探讨。
　　关键词：WiMax技术; 3G技术; 智能电网; 电力通信; 宽带无线接入
　　中图分类号：TN915.853-34文献标识码：A
　　文章编号：1004-373X(2011)01-0020-03
　　
　　Application of WiMax-based 3G Technology in Smart Power Grid
　　HUANG Shuo
　　(Dept. of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)
　　Abstract： Smart power grid is required to achieve the instant transfer and wide share of information. To realize the purpose, a method of wireless access based on a new 3G standard-WiMax is introduced. The basic communication architecture of the grid is proposed in terms of the characteristics of smart grid. According to the architecture and features of WiMax, a corresponding WiMax communication program is put forward, which can facilitate the transfer and share of information through wireless access and hierarchical management mode, and drastically promote the automation and interaction of the grid. Examples of application of this method in electricity system are analyzed. The prospect and some anticipated problems are discussed.
　　Keywords： WiMax technology; 3G technology; smart power grid; power communication; broadband wireless access
　　
　　0 引 言
　　智能电网这一名词一经提出就在社会上引起了极大地关注。智能电网［1］建立在集成的、高速的双向通信网络基础上，通过先进的技术和设备实现电网的经济、稳定和高效使用。智能电网要求以完备的信息平台为基础，以信息化、互动化以及自动化为主要特征。由此可见，先进的通信方式对智能电网的实现起着关键性的作用。
　　传统的电力通信系统因其在成本、实时性和可靠性等方面不能满足智能电网的要求，所以亟需新的电力通信方式来进行更新，而如今迅猛发展的3G无线通信技术正可以满足以上要求，为智能电网的发展奠定基础。
　　当下，世界各国对智能电网的广泛关注也为先进的无线通信技术与电网的结合提供了良好的机遇。美国能源部在美国电网改革纲领性文件《GRID 2003》中提出了建立一个电力通信一体化的21世纪现代化电网的目标；在2009年召开的特高压国际会议上，国务院副总理张德江也表达了中国对于建设智能电网的强烈愿望;还有，国家电网公司公布了分阶段建设坚强智能电网的方案。此时，把握住这一良好契机，对先进无线通信技术如何在智能电网通信中的运用进行分析与研究就显得十分必要了。
　　1 3G技术应用于智能电网的可行性与必要性分析
　　1.1 智能电网的基本要求
　　智能电网作为一个新兴的概念，在很多国家和地区都对它有不同的理解，就我们国家当今发展情况来看，我们所发展的智能电网应具有坚强、兼容、经济、互动等特征。
　　坚强
　　坚强性是针对目前大容量、特高压、长距离传输的供电需求所提出的，它要求电网在发生大的扰动或故障时，仍能尽量保证用户的供电，减小大面积停电的可能性，并能及时发现、诊断并消除故障，使电网恢复原来的运行状态(即自愈性)。
　　兼容
　　能允许新能源的合理接入，适应分布式发电机和微电网的接入，使需求侧管理功能更加完善，满足电力与自然环境、社会经济以及人类文明的和谐发展。
　　经济
　　通过信息采集与分析，实现规划、建设、运行与维护等全生命周期环节的优化，达到设备运行安排合理，资源利用率高，运行成本低等目标，支持电力市场的有效开展，实现资源的统筹规划与合理配置。
　　互动
　　通过数据与信息的双向流动与即时传输，实现电网与用户的智能互动，把最稳定、最经济的电能提供给用户。同时，让用户也参与到电力市场的运营中来，更好地激励电力市场的发展，使其满足最广大用户的要求。
　　1.2 3G技术的特点与优势
　　根据以上所列智能电网的要求，新兴无线通信技术——3G技术恰能够使之得到满足。3G技术［2］是一种支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百Kbps以上。它的主要特点如下：
　　(1) 传输速度快，而且可以满足移动性对高比特率可变速率的要求，快速移动下，数据传输速率达到1.44Kb/s。
　　(2) 提供了多种新业务与新技术，如宽带业务、视频业务等。
　　(3) 具有良好的兼容性与高度的灵活性，具有多功能、多环境适应能力以及多操作方式、多频段运行能力。
　　(4) 语音与视频质量高，可保证语音及图像的高保真传输。并且，数据传输的及时性能好。
　　(5) 采用根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距离为收费参数的新收费机制。
　　基于以上所述，经过对比分析可以发现，3G技术的特点可以很好地满足智能电网的要求，因此，将两者进行合理的结合，可使智能电网的实现有可靠保障。
　　2 WiMax应用于智能电网的优势
　　WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互联接入)［3-5］是一种新兴的3G标准。2007年10月19日，国际电信联盟在日内瓦举行无线通信全体会议，经过多数国家投票通过，WiMax正式被批准为继WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四个全球3G标准。
　　WiMax是基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50 km，峰值传输速率高达70 Mb/s。随着技术标准的发展，WiMAX将逐步实现宽带业务的移动化。
　　
　　将WiMax在智能电网中应用，具有以下优势：
　　(1) 传输速率快，覆盖范围大。
　　WiMax可提供高速的无线宽带接入，而且还具有移动通信能力，满足了电网通信的即时性要求。此外，WiMax技术的传输距离长，达到了覆盖范围广的效果，对偏远地区电网的信息传输提供了保障。
　　(2) 灵活性强，可实现业务的多样性。
　　WiMax系统具有丰富的业务接口，可使电网实现业务的多样性。为适应不同业务的QoS保证机制，802.16MAC层设计了对无线链路进行高效管理的功能，通过对无线资源的使用进行调度并根据不同业务提供相应的QoS保证。
　　(3) 扩容便利，具有可升级性。
　　新增扇区简易方便，灵活的通信通道规划使容量达到最大化，并且允许运营商根据通信网络的发展情况扩容或升级网络。
　　3 WiMax技术应用于智能电网通信的设计方案及应用举例
　　3.1 智能电网基本通信体系架构
　　智能电网的信息流伴随着能量的传递，涉及电力系统的各个环节，电网信息流具有很明确的层次结构，包括电网设备层、通信架构层、数据存储管理层和数据运用层。各层次信息体系是实现坚强智能电网的可靠保证。
　　在各层次信息体系基础上，智能电网通信整体体系得以实现，该体系涉及电力系统的主要环节，包括发电、输电、配电以及用电等环节。综合通信网络运用于发电、输电、配电环节，主要传输控制、保护等信息；用户侧则使用用户端通信网络，对用户端的需求进行管理，并与发配电端进行信息交互。
　　3.2 基于WiMax的电网通信方案
　　电网通信系统主要服务于综合信息网络，同时也包括综合信息网络与用户端网络的信息交互。它主要分为中心控制层、控制终端以及用户终端。系统基本结构如图1所示。
　　图1 电网通信系统基本结构
　　与此结构相适应的WiMax无线接入方案［6］，其在控制终端和配电终端均设置WiMax终端接入，WiMax终端接收配电终端信息，同时提供负荷控制、电网监控等功能。在一定区域内再设置一定数量的WiMax基站接入WiMax终端，构成二级控制中心，WiMax基站通过电网通信接入电网控制中心，得到的数据通过智能电网综合信息平台对电网进行管理。
　　3.3 无线技术在智能电网中具体功能应用举例
　　3.3.1 电网负荷管理
　　通过WiMax技术，使电网中的信息实现高度共享，在电能供给或负荷需求出现波动时，可以调动多方信息，加强信息的传输和流动，对电能进行统筹调配，从而得出最优化的解决方案，提高电力系统稳定性，减少对用户的影响［7-8］。
　　3.3.2 电力线路巡检
　　针对目前大容量、特高压、长距离传输的供电需求，电力线路的巡检工作将异常繁重，耗费大量的人力物力。利用WiMax技术的宽带移动化，利用条码扫描技术、RFID扫描技术等方法，巡检人员可将线路信息即时传送给控制中心，实现了先进的维护水平，使巡检工作的效率得到较大提高。
　　3.3.3 电网视频监控
　　利用3G技术的视频传输功能，实现电网监控视频实时传输，满足电网检测的要求。将3G移动视频业务［9-10］与电力系统已有的监控系统结合，可以在有线宽带不能覆盖的区域安装移动视频监测装置，实现视频监控；同时，控制人员、维护人员可使用移动PC机实时了解运行状况，对故障做出快速的反应。
　　4 结 语
　　针对无线城域网领域开发的WiMax技术，具备诸多用于智能电网的技术优势，是一种有效的综合移动宽带接入技术。电力行业有必要给予其足够关注，抓住无线通信在智能电网中发展的机遇，做好WiMax技术组网的研究与推广应用，为智能电网的实现提供可靠保证。
　　
　　参 考 文 献
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　　［11］张余,李东艳,吴宇,等.中国联通3G服务智能电网的应用研究
　　［12］余贻鑫,栾文鹏.智能电网
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文