WiMax標準下3G技術在智能電網(wǎng)中的運用分析

摘要：智能電網(wǎng)要求實現(xiàn)信息的快速傳遞與高度共享，為達到此目的，研究了3G技術新標準——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；然后結合WiMax技術的特點提出了相應的WiMax電網(wǎng)通信方案，該方案通過無線接入方式以及分級分層管理模式可實現(xiàn)系統(tǒng)中信息的共享與即時傳輸，極大地提高了電網(wǎng)的信息化、互動化水平。最后對此項技術在電力系統(tǒng)中的運用進行了例證分析及前景展望，對可能存在的問題進行了分析與探討。
關鍵詞：WiMax技術；3G技術；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)提出就在社會上引起了極大地關注。智能電網(wǎng)建立在集成的、高速的雙向通信網(wǎng)絡基礎上，通過先進的技術和設備實現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟、穩(wěn)定和高效使用。智能電網(wǎng)要求以完備的信息平臺為基礎，以信息化、互動化以及自動化為主要特征。由此可見，先進的通信方式對智能電網(wǎng)的實現(xiàn)起著關鍵性的作用。
傳統(tǒng)的電力通信系統(tǒng)因其在成本、實時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行更新，而如今迅猛發(fā)展的3G無線通信技術正可以滿足以上要求，為智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎。
當下，世界各國對智能電網(wǎng)的廣泛關注也為先進的無線通信技術與電網(wǎng)的結合提供了良好的機遇。美國能源部在美國電網(wǎng)改革綱領性文件《GRID 2003》中提出了建立一個電力通信一體化的21世紀現(xiàn)代化電網(wǎng)的目標；在2009年召開的特高壓國際會議上，國務院副總理張德江也表達了中國對于建設智能電網(wǎng)的強烈愿望；還有，國家電網(wǎng)公司公布了分階段建設堅強智能電網(wǎng)的方案。此時，把握住這一良好契機，對先進無線通信技術如何在智能電網(wǎng)通信中的運用進行分析與研究就顯得十分必要了。

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

2 WiMax應用于智能電網(wǎng)的優(yōu)勢
WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互聯(lián)接入)是一種新興的3G標準。2007年10月19日，國際電信聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行無線通信全體會議，經(jīng)過多數(shù)國家投票通過，WiMax正式被批準為繼WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之后的第四個全球3G標準。
WiMax是基于IEEE 802．16標準的寬帶無線接入技術，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50 km，峰值傳輸速率高達70 Mb／s。隨著技術標準的發(fā)展，WiMAX將逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務的移動化。
將WiMax在智能電網(wǎng)中應用，具有以下優(yōu)勢：
(1)傳輸速率快，覆蓋范圍大。WiMax可提供高速的無線寬帶接入，而且還具有移動通信能力，滿足了電網(wǎng)通信的即時性要求。此外，WiMax技術的傳輸距離長，達到了覆蓋范圍廣的效果，對偏遠地區(qū)電網(wǎng)的信息傳輸提供了保障。
(2)靈活性強，可實現(xiàn)業(yè)務的多樣性。WiMax系統(tǒng)具有豐富的業(yè)務接口，可使電網(wǎng)實現(xiàn)業(yè)務的多樣性。為適應不同業(yè)務的QoS保證機制，802．16MAC層設計了對無線鏈路進行高效管理的功能，通過對無線資源的使用進行調(diào)度并根據(jù)不同業(yè)務提供相應的QoS保證。
(3)擴容便利，具有可升級性。新增扇區(qū)簡易方便，靈活的通信通道規(guī)劃使容量達到最大化，并且允許運營商根據(jù)通信網(wǎng)絡的發(fā)展情況擴容或升級網(wǎng)絡。

3 WiMax技術應用于智能電網(wǎng)通信的設計方案及應用舉例
3．1 智能電網(wǎng)基本通信體系架構
智能電網(wǎng)的信息流伴隨著能量的傳遞，涉及電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，電網(wǎng)信息流具有很明確的層次結構，包括電網(wǎng)設備層、通信架構層、數(shù)據(jù)存儲管理層和數(shù)據(jù)運用層。各層次信息體系是實現(xiàn)堅強智能電網(wǎng)的可靠保證。
在各層次信息體系基礎上，智能電網(wǎng)通信整體體系得以實現(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)絡運用于發(fā)電、輸電、配電環(huán)節(jié)，主要傳輸控制、保護等信息；用戶側則使用用戶端通信網(wǎng)絡，對用戶端的需求進行管理，并與發(fā)配電端進行信息交互。
3．2 基于WiMax的電網(wǎng)通信方案
電網(wǎng)通信系統(tǒng)主要服務于綜合信息網(wǎng)絡，同時也包括綜合信息網(wǎng)絡與用戶端網(wǎng)絡的信息交互。它主要分為中心控制層、控制終端以及用戶終端。系統(tǒng)基本結構如圖1所示。

與此結構相適應的WiMax無線接人方案，其在控制終端和配電終端均設置WiMax終端接入，WiMax終端接收配電終端信息，同時提供負荷控制、電網(wǎng)監(jiān)控等功能。在一定區(qū)域內(nèi)再設置一定數(shù)量的WiMax基站接入WiMax終端，構成二級控制中心，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)綜合信息平臺對電網(wǎng)進行管理。
3．3 無線技術在智能電網(wǎng)中具體功能應用舉例
3．3．1 電網(wǎng)負荷管理
通過WiMax技術，使電網(wǎng)中的信息實現(xiàn)高度共享，在電能供給或負荷需求出現(xiàn)波動時，可以調(diào)動多方信息，加強信息的傳輸和流動，對電能進行統(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，減少對用戶的影響。
3．3．2 電力線路巡檢
針對目前大容量、特高壓、長距離傳輸?shù)墓╇娦枨?，電力線路的巡檢工作將異常繁重，耗費大量的人力物力。利用WiMax技術的寬帶移動化，利用條碼掃描技術、RFID掃描技術等方法，巡檢人員可將線路信息即時傳送給控制中心，實現(xiàn)了先進的維護水平，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技術的視頻傳輸功能，實現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)控視頻實時傳輸，滿足電網(wǎng)檢測的要求。將3G移動視頻業(yè)務與電力系統(tǒng)已有的監(jiān)控系統(tǒng)結合，可以在有線寬帶不能覆蓋的區(qū)域安裝移動視頻監(jiān)測裝置，實現(xiàn)視頻監(jiān)控；同時，控制人員、維護人員可使用移動PC機實時了解運行狀況，對故障做出快速的反應。

4 結語
針對無線城域網(wǎng)領域開發(fā)的WiMax技術，具備諸多用于智能電網(wǎng)的技術優(yōu)勢，是一種有效的綜合移動寬帶接人技術。電力行業(yè)有必要給予其足夠關注，抓住無線通信在智能電網(wǎng)中發(fā)展的機遇，做好WiMax技術組網(wǎng)的研究與推廣應用，為智能電網(wǎng)的實現(xiàn)提供可靠保證。