无线通信技术在电力系统中的应用 刘剑青 5110309545 1.电力通信背景： 电力通信主要为电网的自动化控制、商业化运营和现代化管理服务。它是电 网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础，是电力市场运营商业化的保障， 是实现电力系统现代化管理的重要前提，也是非电产业经营多样化的基础。 电力通信网是由光纤、微波及卫星电路构成主干线，各支路充分利用电力线 载波、特种光缆等电力系统特有的通信方式，并采用明线、电缆、无线等多种通 信手段及程控交换机、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信网。目 前具体的实现方式有电力线载波通信、光纤通信和微波通信等。 电力通信的特点主要表现为：要求有较高的可靠性和灵活性；传输信息量少、 种类复杂、实时性强：具有很大的耐“冲击”性：网络结构复杂；通信范围点多 面广；无人值守的机房居多。 2.目前通信情况 目前电力系统中最为完善的当属光纤通信系统，由于光纤通信具有抗电磁干 扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点，它一问世便首先在电 力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外，一些专用特种光纤也在电力通信中 大量使用。 然而光纤通信技术也有其难以避免的故障，一是光纤在长期使用过程中逐渐 老化，造成光纤老化的原因是多方面的，主要因素有电腐蚀，环境腐蚀性等。二 是光纤由于外力破坏而受到损伤。 3.无线通信技术的提出 针对光纤等技术难以避免的故障，鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架， 不需要专门架设的光纤信道，故抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距 离远、非视距传输等优点，非常适合弥补通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。 其实无线通信技术分为很多种，我们本应该针对其中一种技术进行详细的阐 述，但是通过讨论发现各种无线技术在覆盖面积和适用范围上都有特殊的规律， 在电力系统中肯定是多种技术配合使用才可，因此决定对无线技术的分类及不同 技术的适用性进行分析。 4.技术分类及适用性 无线通信技术的分类标准有很多种。如按照传输距离大致可以分为以下四种 技术，即基于1EEE802.15的无线个域网(WPAN)、基于IEEE802.11的无线局域网 (WLAN)、基于IEEE802.16的无线城域网(WMAN)及基于IEEE802.20的无线广域网 (WWAN)。总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G:短距离 无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。 目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。上文已经提到过，主要表 现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特
无线通信技术在电力系统中的应用 -------刘剑青 5110309545 1.电力通信背景： 电力通信主要为电网的自动化控制、商业化运营和现代化管理服务。它是电 网安全稳定控制系统和调度自动化系统的基础，是电力市场运营商业化的保障， 是实现电力系统现代化管理的重要前提，也是非电产业经营多样化的基础。 电力通信网是由光纤、微波及卫星电路构成主干线，各支路充分利用电力线 载波、特种光缆等电力系统特有的通信方式，并采用明线、电缆、无线等多种通 信手段及程控交换机、调度总机等设备组成的多用户、多功能的综合通信网。目 前具体的实现方式有电力线载波通信、光纤通信和微波通信等。 电力通信的特点主要表现为：要求有较高的可靠性和灵活性；传输信息量少、 种类复杂、实时性强；具有很大的耐“冲击”性；网络结构复杂；通信范围点多 面广；无人值守的机房居多。 2.目前通信情况 目前电力系统中最为完善的当属光纤通信系统，由于光纤通信具有抗电磁干 扰能力强、传输容量大、频带宽、传输衰耗小等诸多优点，它一问世便首先在电 力部门得到应用并迅速发展。除普通光纤外，一些专用特种光纤也在电力通信中 大量使用。 然而光纤通信技术也有其难以避免的故障，一是光纤在长期使用过程中逐渐 老化，造成光纤老化的原因是多方面的，主要因素有电腐蚀，环境腐蚀性等。二 是光纤由于外力破坏而受到损伤。 3.无线通信技术的提出 针对光纤等技术难以避免的故障，鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架， 不需要专门架设的光纤信道，故抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距 离远、非视距传输等优点，非常适合弥补通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。 其实无线通信技术分为很多种，我们本应该针对其中一种技术进行详细的阐 述，但是通过讨论发现各种无线技术在覆盖面积和适用范围上都有特殊的规律， 在电力系统中肯定是多种技术配合使用才可，因此决定对无线技术的分类及不同 技术的适用性进行分析。 4.技术分类及适用性 无线通信技术的分类标准有很多种。如按照传输距离大致可以分为以下四种 技术，即基于 IEEE802.15 的无线个域网(WPAN)、基于 IEEE802.11 的无线局域网 (WLAN)、基于 IEEE802.16 的无线城域网(WMAN)及基于 IEEE802.20 的无线广域网 (WWAN)。 总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离 无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB 等。 目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。上文已经提到过，主要表 现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特
点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN 可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。 从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技 术等其他技术使用的是授权频段。 从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆 盖35m~100m;WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属 于城域网接入技术，覆盖范围在1km~54km不等，而卫星通信、点对点微波则 属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。 从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况 速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小， 仅为384k,而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。 从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最 新的调制技术OFDM,其余的技术均未采用OFDM调制技术。 从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术 均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视 距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WMax 技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。 5.典型技术分析 下面针对几种我们小组比较感兴趣的典型技术进行分析。其实这些技术在上 文中的适用性中己有所提及，但那是针对整个无线技术的纵向对比，下面将逐个 技术提出来进行横向比较。 (1)WLAN技术 众所周知，Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用 于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用。WLAN可解决中 距离的较高速数据接入，而对于近距离的超高速无线接入则可用UWB可实现。 瓶颈：存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频(RF)技术，通过空气发送 和接收数据（使用无线电波传输数据信号），所以非常容易受到来自外界的攻击。 (2)WiMax技术 WMax技术属于城域网接入技术，该技术可以在较大范围内满足上网要求， 覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可 以实现全城覆盖。WMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看 好。 瓶颈：频率复用性小、利用率低的问题，等待实践检验。 (3)集群通信技术 数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集 群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由 于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也 有很大改善。 (4)点对点微波通信技术 抗干扰能力强、具有很高的可靠性、波段的频带较宽但是绕射能力弱。 微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成 本。第二，微波传输系统部署简洁快速。第三，目前的微波产品对未来的发展是 有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传
点、不同的接入速率。3G 可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN 可解决中距离的较高速数据接入，而 UWB 可实现近距离的超高速无线接入。 从频率上看，Wi-Fi 技术、WMN 均使用的是开放频段，WiMax 技术、3G 技 术等其他技术使用的是授权频段。 从覆盖范围上看，Wi-Fi 技术、WMN 技术属于局域网无线接入技术，仅覆 盖 35m～100m；WiMax 技术、3G 技术、LMDS 技术、MMDS 技术、集群通信属 于城域网接入技术，覆盖范围在 1km～54km 不等，而卫星通信、点对点微波则 属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。 从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况 速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是 3G 技术接入速率最小， 仅为 384k，而其余技术均为几十 M 甚至上百 M 的速率。 从调制技术上看，其中 WiFi 技术、WiMax 技术、WMN、3G 技术均采用最 新的调制技术 OFDM，其余的技术均未采用 OFDM 调制技术。 从天线技术上看，仅仅 3G 和 WiMax 技术采用了 MIMO 技术，而其他技术 均未采用 MIMO 技术；从传输环境上看，仅仅 WiMax 技术和 3G 技术支持非视 距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和 QoS 机制上看，WiMax 技术和 3G 技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。 5.典型技术分析 下面针对几种我们小组比较感兴趣的典型技术进行分析。其实这些技术在上 文中的适用性中已有所提及，但那是针对整个无线技术的纵向对比，下面将逐个 技术提出来进行横向比较。 (1) WLAN 技术 众所周知，Wi-Fi 的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用 于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用。WLAN 可解决中 距离的较高速数据接入，而对于近距离的超高速无线接入则可用 UWB 可实现。 瓶颈：存在一定的安全隐患，Wi-Fi 采用的是射频（RF）技术，通过空气发送 和接收数据(使用无线电波传输数据信号)，所以非常容易受到来自外界的攻击。 (2) WiMax 技术 WiMax 技术属于城域网接入技术，该技术可以在较大范围内满足上网要求， 覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可 以实现全城覆盖。WiMax 由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看 好。 瓶颈：频率复用性小、利用率低的问题，等待实践检验。 (3) 集群通信技术 数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集 群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由 于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也 有很大改善。 (4) 点对点微波通信技术 抗干扰能力强、具有很高的可靠性、波段的频带较宽但是绕射能力弱。 微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成 本。第二，微波传输系统部署简洁快速。第三，目前的微波产品对未来的发展是 有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传
输系统将升级到全P的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。 (5)卫星通信技术 利用卫星在有些人口不很密集的地区通信。在这些地区散布着范围较广但不 密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网 已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好 而切合实际的方案，经济又可靠。 (6)3G技术 3G是指第三代移动通信技术。目前有NCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA三 种3G技术标准。3G移动通信最主要的特征是以宽带提供各种多媒体业务。传输 容量更大，灵活性更高，能处理图像、音频、视频等多种媒体形式。支持多种单 向和交互式多媒体等新业务。这种技术具有覆盖范围广、永远在线、接入速度快、 支持中高速数据传输、投入费用低等优点，非常适合应用到电力工业。 3G应用到电力系统中的优势主要表现在：(1)数据传输速度快，大量信息数 据的传输和高速可靠的数据交互为电力系统兼容各类设备提供了可靠的通信机 制：(2)3G的视频功能将大大的方便电网与需求侧、发电商、环境和谐相处， 为其提供完成交易的信息处理平台和物理载体；(3)3G具有高安全性和高可靠 性，电力系统为了防御信息攻击，提高信息安全，提高自愈能力，需要3G技术， 同时它也为智能控制、电力抢修、智能需求侧管理提供了准确可靠、实时的数据 信息。 6.发展前景 随着电网对灾难应急、配网自动化、办公智能化等需求的提出，无线通信将 以其迅速部署、不受地面限制等特点寻求到在电力系统通信中的应用。 但通过前面的分析可知，这些无线技术都存在一些自身的发展瓶颈，面对电 力系统这一复杂且巨大的环境，难以独当一面，这就需要相互配合，互补解决。 当然这样就会不可避免的增加设计以及维修的成本。并且很多技术应配合有线网 (如光纤)才可以发挥其自身优势。 因此，我对无线通信技术的定位是作为电力系统通信的一个重要补充手段， 是电力系统综合通信网中非常重要的一个部分
输系统将升级到全 IP 的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。 (5) 卫星通信技术 利用卫星在有些人口不很密集的地区通信。在这些地区散布着范围较广但不 密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网 已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好 而切合实际的方案，经济又可靠。 (6) 3G 技术 3G 是指第三代移动通信技术。目前有 WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA 三 种 3G 技术标准。3G 移动通信最主要的特征是以宽带提供各种多媒体业务。传输 容量更大，灵活性更高，能处理图像、音频、视频等多种媒体形式。支持多种单 向和交互式多媒体等新业务。这种技术具有覆盖范围广、永远在线、接入速度快、 支持中高速数据传输、投入费用低等优点，非常适合应用到电力工业。 3G 应用到电力系统中的优势主要表现在:（1）数据传输速度快，大量信息数 据的传输和高速可靠的数据交互为电力系统兼容各类设备提供了可靠的通信机 制；（2）3G 的视频功能将大大的方便电网与需求侧、发电商、环境和谐相处， 为其提供完成交易的信息处理平台和物理载体；（3）3G 具有高安全性和高可靠 性，电力系统为了防御信息攻击，提高信息安全，提高自愈能力，需要 3G 技术， 同时它也为智能控制、电力抢修、智能需求侧管理提供了准确可靠、实时的数据 信息。 6.发展前景 随着电网对灾难应急、配网自动化、办公智能化等需求的提出，无线通信将 以其迅速部署、不受地面限制等特点寻求到在电力系统通信中的应用。 但通过前面的分析可知，这些无线技术都存在一些自身的发展瓶颈，面对电 力系统这一复杂且巨大的环境，难以独当一面，这就需要相互配合，互补解决。 当然这样就会不可避免的增加设计以及维修的成本。并且很多技术应配合有线网 （如光纤）才可以发挥其自身优势。 因此，我对无线通信技术的定位是作为电力系统通信的一个重要补充手段， 是电力系统综合通信网中非常重要的一个部分