无线通信技术在电力通信专网建设中的应用研究

2023-08-04李国君

通信电源技术 2023年9期

李国君，骆光

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516001）

0 引言

随着我国电力行业的发展，电力通信专网的建设成为当前电网建设的重要内容之一。由于无线通信技术具备覆盖范围广、传输距离远、抗干扰能力强、保密性好等特点，在电力通信专网建设中具有广阔的应用前景。文章主要结合目前几种无线通信技术类型及其在电力通信专网建设中的应用进行分析，以期为推进电力通信专网的建设提供参考意见。

1 无线通信技术概述

1.1 无线通信技术的含义

无线通信技术是一种使用电磁波信号实现信息交换的通信技术，与传统的电网铺设方式有重大区别。目前，无线通信技术主要分为2 种技术手段：微波通信和卫星通信。微波通信技术的传输距离较短，受限制因素较多，一般只能传输几千米的距离，且在数据传输中需要中继站完成信息传输。但随着微波通信技术的发展，其传输技术日益成熟，可以实现大量数据的传输，目前已经得到广泛应用。卫星通信技术是通过卫星作为中继站传输数据信息，其覆盖范围广、传输距离远，已成为无线通信技术中的显著成果之一。

1.2 无线通信技术的应用优势

当前电力系统为了保障信息通信的速度和安全，一般通过电力通信专网进行建设。在具体的建设过程中，光纤通信是一种常见的组网方式[1]。然而，自然灾害的发生可能会严重影响光缆的正常运转，导致通信失效，且修复光缆需要较长时间。与此相比，无线通信技术不受电网网架的限制，较强的自然灾害抵抗能力以及通信覆盖范围广的特点，可以弥补传统光纤通信的短板，使得处理突发情况时更加可靠。

无线通信技术相比光纤通信技术电网铺设成本更低，效果更好。通过无线通信技术可以实现连续实时控制，从而减轻供电公司的工作负担。此外，无线通信技术还可以为变电站提供临时通信，在变电站正式使用之前，电力通信专网建设可以确保其正常运行。同时，由于光纤铺设需要较长时间，无线通信技术可以在临时通信过程中发挥其优势。当光纤铺设工作完成后，无线通信技术也可以作为备用通信技术，以防止光缆损坏影响电力通信专网的正常使用。

2 常见的无线通信技术种类

2.1 卫星通信技术

卫星通信技术是一种采用地球人造卫星作为通信传输中继站，实现不同中转站之间无线电信息有效传输的通信技术。该通信技术由卫星站和地面站2 个部分组成，人造卫星可以放大地面站的信号，并将其发送到其他地面站。地面站可以对人造卫星进行控制，并与其他信号连接。人造卫星分为2 种类型：同步卫星和非同步卫星。同步卫星运行方向和周期与地球同步，即以地球作为参照物，卫星是静止的。非同步卫星与地球相反，并且其轨道需要根据地面站的需求进行调整。卫星通信技术具有广泛的覆盖范围、高质量的通信、不受地理条件的限制、不需要线路通信成本等优势。这些优势使其在通信技术领域中占有重要地位。然而，该技术也有一些缺点，如长距离通信时可能会出现通信延迟。此外，卫星通信的价格较高，使用过程较复杂。因此，该技术更适用于军事、航海以及航空等领域，不是日常通信的最佳选择[2]。

2.2 无线网桥技术

无线网桥技术是一种将有线网桥和无线射频相结合的新型通信技术。无线网桥技术的传输速率可以达到百兆甚至千兆级别，相比传统有线网络其传输速度更加迅速，且不会受网络线路限制而出现局限性问题。同时，无线网桥技术还具有易于安装和维护的优点，能够有效解决骨干网之间远距离传输信息数据的问题。虽然无线网桥技术在传输速率、使用和维护等方面具有较多优势，但还存在一些问题，如天气因素、电磁干扰等都可能影响数据传输的稳定性，因此在使用过程中需要注意一些技术细节。

2.3 短波通信技术

短波通信技术使用短波传输信息数据，由于短波具有高频特点，因此也被称为高频通信技术。这种技术主要有2 种形式，即天波传输和地波传输。天波传输通过电离层的反射完成远距离信息数据传输，可以实现全球通信，但由于天波传播中的反射频率和次数较大，因此其信号频率稳定性较差。地波传输主要用于短距离信息传输，相比于天波传输，其频率较低，具有更好的稳定性。虽然短波通信技术具有可靠性较高的优点，但是短波通信技术传输是依靠电离层反射完成，因此在空中出现大规模干扰时，其传输效率会下降。

2.4 集群通信技术

集群通信技术具有用户容量高、频谱利用率高的优势。相比其他通信技术，集群通信技术的信号抗衰落能力更强，可以提高无线传输质量。除此之外，集群通信技术运用的是比较成熟的数字加密技术，具有较优的系统安全保障效果。因此，集群通信技术在实现传输数字和图像信息目的的同时还提高了服务水平。

2.5 数字电台通信

数字电台是一种无线传输数据电台，利用数字信号完成数字调制、前向纠错以及均衡软判决等目的。数字电台具有通信兼容性和数据传输效率较高的优势，使其能够在恶劣环境条件下实现数据信息传递。同时，数据电台覆盖频率较高，覆盖范围可达数十公km，因此数字电台在航空、铁路以及气象等领域得到广泛应用。

3 无线通信技术在电力专网中的技术应用

3.1 主要无线通信技术的对比

目前，应用较为广泛的几种无线通信技术的具体参数对比如表1 所示。无线广域网和低功耗广域网均能够实现远距离通信。其中，无线广域网在手机和物联网中应用广泛，而无线局域网主要应用于家庭和公共场所的网络连接，如医院、企业、学校等网络连接以及无线传感器网络等。因此，无线通信技术的发展改变了人们的生产和生活方式，可以有效提高日常工作的生产效率和生活能力。

表1 主要无线通信技术参数对比

3.2 WLAN 技术

WLAN 技术是一种利用无线通信技术在一定范围内完成网络构建的技术，在无线通信技术和信息技术的基础上将2 种技术有效结合，主要使用无线多址信道作为媒介进行无线通信，具备有线局域网的功能[3]。用户可以通过WLAN 连接宽带网络，使用方便。WLAN 由4 个部分构成：接入的控制点、接入点、无线网卡和网络管理。实际上，WLAN 技术即为日常生活中常用的Wi-Fi 技术，但其传输距离有限，主要应用于家庭和工作场所，其传输速率可以满足人们生活和办公的需求。由于受到传输距离的限制，其通常的传输距离为10 ～600 m。

WLAN 主要是通过空气中的射频技术完成信息传输，因此从稳定性角度来说，其具有一定的局限性，容易受到外部干扰和攻击，在安全性上存在一定风险。但是，随着WLAN 技术的不断发展，对电力通信专网建设具有较大帮助。

3.3 WiMAX 技术

WiMAX 技术是电力通信专网建设中应用范围较广的一种无线通信技术，在互联网高速连接通道中，可以实现半静止或完全静止的网络访问，并且传输速率可以达到10 ～70 Mb/s，完全能够满足宽带上网的要求。WiMAX 技术主要有802.16d 和802.16e 这2 种标准，在实际应用中WiMAX 技术的传输范围可以达到50 km，是传输距离最远的一种无线信号。

WiMAX 无线通信系统的组网结构主要包括WiMAX 终端、WiMAX 无线接入网和WiMAX 核心网3 个部分。在不同的使用场景和标准下，WiMAX 有固定式、便携式和移动式3 种形式，需要根据使用要求选择最佳组网形式。WiMAX 的接入网指的是一种基站，需要具备无线管理功能，以实现与其他网络的互联和授权认证。WiMAX 的核心网主要用于解决用户问题和连接其他网络接口。对于电力通信站点分散、覆盖范围广且容量要求较低的特点，WiMAX 无线通信技术的覆盖面广，传输速率高，且同时支持一点对多点的传输优势，符合电力通信专网建设需求，并且应用成本远低于光纤通信。

3.4 WMN 技术

WMN 技术是一种分布式无线网状网技术，具有较高的容量和传输速率[4]。与传统无线网络不同，WMN技术结合了WLAN和AdHoc网络，兼具二者优点，可以及时发现问题且不占用有限网络资源，同时能够实现宽带无线汇聚连接的目的。WMN 技术不仅适用于连接无线宽带，还可用于图像和数据采集，此外在环境监测和交通行业等领域也有广泛应用[5,6]。

3.5 MMDS 技术

MMDS 技术使用的频率较高，其传输路径相对较复杂，容易导致在数据传输过程中出现信号被阻塞的情况。同时，MMDS 技术容易受到天气环境的影响，因此针对非视距信息传输效果在现有技术中表现较差。很多城市的MMDS 系统会受到多种因素的限制，其正常运行均会受到一定影响[7]。

3.6 LMDS 技术

LMDS 技术具有一点对多点的优势，可实现对固定型无线宽带的接入。LMDS 技术利用毫米波传输信息数据，在一定范围内可实现数字双工通信、分析数据以及视频等应用目的[8]。然而，LMDS 技术也存在较大局限性，容易受到天气因素的影响，在极端天气（如雨、雪）中，信号传输距离会受到影响，通常只能达到理论最远距离的1/4。因此，在实际应用中，LMDS 技术需要不断发展和优化[9,10]。