電力需求的增長和低碳發(fā)展的要求促使配電網(wǎng)向著智能化方向發(fā)展。智能電網(wǎng)的實施使得一次、二次設備增多，電網(wǎng)規(guī)模擴大，現(xiàn)場和it設備間傳輸?shù)男畔⒘恳泊蟠笤黾?。波動性分布式電源的大?guī)模并網(wǎng)，儲能裝置以及主動負荷的接入將極大地影響供電可靠性和電能質(zhì)量，使得電網(wǎng)的控制變得更加復雜，容易造成通信可靠性問題。通信系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)中智能量測、能量管理、自動控制及保護等功能的支撐，面臨很大的挑戰(zhàn)。
在智能配電網(wǎng)中，現(xiàn)場總線主要解決智能電能表等現(xiàn)場設備之間以及現(xiàn)場設備和配電自動化等高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。不同通信技術組建的網(wǎng)絡有不同的優(yōu)缺點。如何部署通信基礎設施，在滿足配電網(wǎng)對速率、時延和可靠性等需求的同時，盡量減少不必要的投資，是當前智能電網(wǎng)需要解決的問題。因此，有必要對當前主流的通信技術及其應用情況進行充分的了解，為我國配電網(wǎng)智能化的發(fā)展提供參考。
歐洲配電網(wǎng)智能化系列專題已經(jīng)介紹了歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展的驅(qū)動力和需求分析、應用場景及其功能、標準化工作及其控制技術，在此基礎上，將繼續(xù)介紹配電網(wǎng)通信技術、規(guī)劃技術和數(shù)據(jù)倉庫技術等相關智能化技術的進展情況，本文將詳細介紹通信技術的發(fā)展趨勢。
智能電網(wǎng)的區(qū)域網(wǎng)絡為通信技術開啟了一個獨特的市場。本文介紹到目前為止現(xiàn)場總線部署中最流行的可應用技術，包括plc（電力線載波）、bpl（寬帶電力線）、專用無線（rf-無線射頻）、公共無線（gprs/gsm/3g/lte）和wimax5種通信技術。
不同的通信技術在組網(wǎng)時需要的設備不同，而生產(chǎn)設備的廠商也有很多，智能電網(wǎng)中部署的種類繁多的設備之間要實現(xiàn)互操作，需要滿足一定的標準。iec62357給出了電力設備間互操作的參考架構，見圖1。
圖1 用于電力設備間互操作的可用標準
1. plc（電力線載波）
電力線載波通信使用中，低壓電線提供電信服務。在非專用信道中形成了窄帶和寬帶2種主要的應用模式。窄帶plc頻率低、帶寬窄，因而數(shù)據(jù)傳輸速率低、通信距離長；而寬帶plc則主要為互聯(lián)網(wǎng)和多媒體提供高速短距的基本通信服務。
在此考慮的“窄帶plc”是一種在中、低壓網(wǎng)中速率可達2～150kbit/s的技術。
plc技術可通過使用電力線來攜帶數(shù)據(jù)，從而不需要重新建設昂貴的網(wǎng)絡基礎設施。因此，plc技術具有以下優(yōu)勢：
①網(wǎng)絡所有權：智能電網(wǎng)網(wǎng)絡的建設和運營都由擁有物理設施的同一個公司負責；
②網(wǎng)格拓撲結構：通信網(wǎng)和電網(wǎng)架構相同；
③故障檢測：可對設備的運行方式以及結構配置進行分析。此外，plc網(wǎng)絡跟隨配電線路建設，從而可反映電網(wǎng)所處的地理信息。
歐洲智能電網(wǎng)的窄帶plc部署采用了歐洲電工標準委員會（cenelec）預留給電力企業(yè)的3～95khz頻帶，即ceneleca頻帶。這部分頻帶極易受到噪聲干擾，比如汽車駛過道路或者噴泉廣場的聲音。圖2所示為由歐洲電工委員會en50065-1定義的頻帶及其使用情況。
目前，根據(jù)調(diào)制技術的不同，已經(jīng)用于部署的plc技術主要有5種。
圖2 歐洲的plc網(wǎng)絡頻帶分配
2. bpl（寬帶電力線）
bpl通常使用1mhz和50mhz之間的頻譜，有大量的可用頻段（比prime更多），這使得當某些頻率受到干擾時，數(shù)據(jù)包有更多的選擇，因而其可靠性高于plc。但是，高頻率也使其通信距離及線路長度變短。
bpl速率約為1～5mbit/s，甚至在中壓線上可達15mbit/s。這遠遠超過了舊窄帶plc技術（1～2kbit/s）以及像prime這樣較新協(xié)議（>100kbit/s）的速率。
bpl節(jié)點可以設置在網(wǎng)狀網(wǎng)絡中。由于bpl網(wǎng)絡有如此高的帶寬，因而可以容納更多的設備以及增加除抄表以外的功能，也可以作為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的橋接技術，適合設備密度高的城市環(huán)境。其端點不是單一的設備，而是利用“網(wǎng)關”連接到多個電能表或傳感器。bpl網(wǎng)關通過zigbee或m-bus（讀表標準）等二次技術實現(xiàn)與電能表等設備通信。
但是，由于bpl比其他通信方式更昂貴，且存在干擾和可靠性不高等問題，過去很少有供應商成功應用bpl。
3. 專用無線（rf-無線射頻）
專用無線是目前美國最具影響力的網(wǎng)絡技術，由aclara、elster（埃爾斯特）、itron、landis+gyr、silverspringnetworks（銀泉網(wǎng)絡）、思科（cisco）以及trilliant等公司提供。其使用900mhz或2.4ghz頻段（或其他授權頻段），采用網(wǎng)狀或者星形拓撲結構。相對于電力線載波技術而言，專用無線技術對噪聲和干擾不敏感，有更高的可靠性和更快的傳輸速度。
星形拓撲結構便于移動終端切換，同時更適合高帶寬的應用，見圖3。
圖3 星形拓撲結構
而網(wǎng)狀拓撲可靠性更高，并通過可靠的多路徑提供冗余保護，見圖4。與星形網(wǎng)和公共蜂窩網(wǎng)相比，網(wǎng)狀網(wǎng)更適合分布式控制，通?？蓪崿F(xiàn)自動搜索和動態(tài)路由，網(wǎng)絡設置相對簡單。
圖4 網(wǎng)狀拓撲結構
4. 公共無線（gprs/gsm/3g/lte）
在智能電網(wǎng)風力發(fā)電方面當前排行第三的通信方式就是公共無線技術，由美國at&t和verizon、歐洲vodafone和deutschetelekom等移動供應商提供。公共無線的優(yōu)點是不需要電網(wǎng)自己擁有、管理或者維護無線網(wǎng)絡，可租賃現(xiàn)成的網(wǎng)絡。而公網(wǎng)供應商可將網(wǎng)絡的建設、維護和升級到費用分攤到多個用戶身上。長期來看，公共無線技術可更方便的在現(xiàn)有基礎上提供更多的功能。
但是，由于電網(wǎng)的設備分布廣泛，典型的公共無線并不能覆蓋到全部設備，所以需要增加少量的通信設施。而且，電信運營商需要定期更新通信系統(tǒng)，這也將產(chǎn)生額外費用。同時，公網(wǎng)的時延不穩(wěn)定，城區(qū)用戶掉線率高，可靠性低等問題還需要改善。電網(wǎng)也不愿在停電管理等關鍵應用方面依靠第三方運營商。
5. wimax
wimax與lte一樣也是一種4g通信標準。根據(jù)ieee802.16標準規(guī)定，其速率可達72mbit/s，支持不同的網(wǎng)絡拓撲、多種傳輸模式和帶寬，可滿足不同的傳播條件和用戶需求。
wimax技術對視線（los）內(nèi)的點對點通信采用定向天線，最遠可達50km。而對于視線之外（nlos）的寬帶通信采用全向天線，覆蓋范圍為幾千米。
wimax系統(tǒng)可提供速率為30～40mbit/s，未來有潛力發(fā)展到1gbit/s。由于wimax擁有充裕的帶寬可支持數(shù)百個終端設備收發(fā)信息，因而常被用于“中繼”通信。wimax采用網(wǎng)狀拓撲結構，可以通過建設專網(wǎng)來連接智能電能表和集中器。但是，電網(wǎng)公司要想在智能電網(wǎng)中部署wimax專網(wǎng)，就不得不承擔相應的許可費用。美國和澳大利亞的多數(shù)的試點工程采用的都是alcatel-lucent、airspan和geenergy（通用電氣ge在密歇根州和得克薩斯州進行的智能電能表項目）的無線技術。
6. 結語
上述通信技術在各層采用的技術和標準有所不同，其特點也各不相同。由對比可以看出，電力線載波和公共無線技術初始投資較少，對于實現(xiàn)在現(xiàn)有電網(wǎng)設施基礎上向智能電網(wǎng)的演進是很好的選擇。盡管很多電力企業(yè)對公共無線存有戒心（尤其像美國這樣喜愛“擁有和經(jīng)營”自己的網(wǎng)絡模型的國家），公共無線技術還是很可能在智能電網(wǎng)ami工程中勝出，運營商在智能電網(wǎng)領域?qū)又鲃?。由無線網(wǎng)狀網(wǎng)和plc結合而成的混合網(wǎng)絡可以成為ami工程在復雜地形區(qū)域提供服務的選擇。
由歐洲智能電網(wǎng)試點工程中通信技術應用的情況可以總結出以下幾點：
?、倬W(wǎng)狀拓撲結構的通信網(wǎng)更適合智能電網(wǎng)。
?、诂F(xiàn)有通信技術都存在有待解決的問題，比如plc的抗干擾問題、rf射頻和wimax的頻段授權問題以及bpl和公共無線的運營費用問題。
?、蹚乃俾?、成本和安全等單方面考慮，現(xiàn)有的通信技術能夠分別滿足智能電網(wǎng)的要求，但綜合來看，還不能決定哪種組網(wǎng)方式最適合用于智能電網(wǎng)。
未來還需要根據(jù)智能電網(wǎng)中不同的業(yè)務、環(huán)境對通信的需求進行定量的分析，才能找到較為合適的選擇。而通信技術一直在向著更高的速率、更可靠的通信方向發(fā)展，未來智能電網(wǎng)將會有更多的通信技術可以選擇。
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