配电网自动化通信技术.docx

《配电网自动化通信技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《配电网自动化通信技术.docx（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第12章 配电网自动化通信技术12.1 概述 12.1.1 通信系统通信系统连接着位于控制中心的配电网自动化主站系统和分散在配电线路沿线远方终端，将控制中心的控制命令准确的传递到大量的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。通信系统是配电网自动化系统的重要组成部分，其性能与可靠性的好坏，对整个系统功能的实现及运行可靠性有着决定性的影响。事实上，许多建成的配电网自动化系统不能很好地发挥作用的主要原因就是通信网络工作不正常。在设计、建设配电网自动化系统时，要认真研究通信系统的解决方案。与传统的调度自动化系统相比，配电网自动化系统的通信站点众多，大型系统的监控站点数量有上万个，

2、一个中等规模的系统的站点数量也有数千个；此外，还有站点分散、通信距离短、站点通信数据量较小等特点；许多通信装置安装在户外，运行条件比较苛刻，对可靠性要求比较高。在满足配电网自动化系统要求的基础上，如何降低通信系统的造价，是配电网自动化通信系统设计人员面临的主要问题。从目前的技术发展来看，没有任何一种单一的通信方式能够全面满足配电网自动化的需求，多种通信方式互为补充是配电网自动通信系统的一大特点。按照我国国家电网公司企业标准配电自动化技术导则 国家电网公司Q/GWD 3822009 配电自动化技术导则S和南方电网公司的相关要求，配电通信系统可利用专网或公网，配电主站与配电子站之间的通信通道为骨干

3、层通信网，配电主站(子站)至配电终端的通信通道为接入层通信网。骨干层网络可以采用已建成的光纤传输网进行扩容；接入层网络可以综合采用以光纤专网、配电线载波、无线专网、无线公网等多种通信方式，构建一体化的通信平台，实现多种通信方式“统一接入、统一接口规范、统一管理”。随着智能配电网和配电网自动化技术的发展，多种通信方式并存，控制中心和所有的配电网远方终端构建一个分层的IP网络，已成为当今配电网自动化发展的趋势。12.1.2 配电网自动化对通信系统的要求配电网自动化对通信系统的要求，主要取决于系统整体规模、功能要求、预期达到的自动化水平、配网自动化进展等，由于实施配网自动化的信息点数量大，分布面广，

4、配网通信的建设和完善需要总体规划、分阶段分区域进行。配电网自动化对通信的基本要求主要体现在以下几个方面：（1）通信的可靠性 配电网自动化的通信系统多在户外运行，容易导致材料老化，要求能经受起恶劣气候的考验。此外，还要能够经受噪音、电磁、雷电等的干扰，保持稳定运行。在电力设备发生故障时，需要能够抵抗事故所产生的瞬间强电磁干扰，完成故障诊断，故障隔离和恢复非故障区段供电的通信任务。（2）通信系统的经济性配电网的网络复杂，使用的智能设备众多，通信网络规模巨大，网络的建设投资，运行、维护和使用成本都十分可观。在选择通信方式时，成本问题需要充分考虑。（3）通信速率通信速率是通信系统传输能力的主要指标，以

5、每秒传输的位（比特）数表示，即b/s，或写作bps。配网自动化通信系统的设计应该保证配网自动化相关业务的数据传输的要求。（4）通信系统的工作模式配电网自动化的通信系统必须具有双向通信的能力。对主站来说，不仅向终端下发控制命令，也需接收终端上传的数据。配电网自动化系统中的各项功能均要求双向通信，如故障区段隔离和恢复正常区域供电的功能，远方的配网终端必须能向主站上报故障信息以供主站确定故障区段，主站必须再向配网终端下达控制命令，才能实现故障区段隔离和恢复非故障线路的正常供电。（5）通信设备的标准化 配电自动化系统中的通信系统点多面广，规模庞大，这就要求通信设备具有较强的灵活性和扩展性，选择标准的通

6、信设备，便于安装、调试、运行和维护。通常采用多种通信方式相结合，需要尽可能地简化系统的使用与维护，选择标准的通信协议，提高系统的兼容性和灵活性。12.1.3 通信方式控制中心至变电站的骨干通信网一般采用光纤传输网方式，变电站与配电终端之间接入层通信网采用多种通信方式互补，主要包括光纤专网、配电线载波、无线专网和无线公网等。（1）以太无源光网络以太无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。EPON采用分光器进行光功率的分配，不需要电源，单点失电后不会影响其他站点的

7、工作。EPON作为一种拓扑灵活，支持多种业务接口的纯光介质的接入技术，具有成本低、带宽高、扩展性强、组网灵活等特点，非常适合配网的实际分布情况。目前国家电网公司的配电网自动化项目多采用EPON作为接入层光纤的组网方式。（2）光纤工业以太网光纤工业以太网是以光纤为通信介质的工业以太网。工业以太网遵循IEEE802.3标准，可以在光缆和双绞线上传输，并针对于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，加强了冗余功能。它在技术与以太网兼容，在产品设计、材质选用等方面充分考虑了实时性、互操作性、可靠性、抗干扰等工程应用的需要。工业以太网交换机具有技术成熟、性能稳定、组网灵活、便于升级扩容等优点，适合高温

8、、潮湿环境、强电磁干扰等恶劣环境下的应用，在南方电网公司的配电网自动化中应用比较多。（3）无线通信无线通信方式有无线专网和无线公网两种方式。目前在配电网中应用的无线专网通信技术主要有230MHz的窄带电台、2.4GHz的扩频电台、Wimax和McWill等；无线公网通信主要有GPRS、CDMA、3G等。无线通信方式可以节约光缆铺设费用，组网灵活，但可靠性、安全性不能满足配电网自动化的整体需求，只能作为非遥控站点采用，作为有线通信的补充。（4）配电线载波配电线载波以中压配电网作为传输介质的数字通信，利用现有的配电线路进行载波信号传输，通信设备投资低。不足之处是通信速率较低，容易受网络及外界负载变

9、化的影响，与其它通信方式兼容性不好。12.1.4 通信规约在配电网自动化通信系统中，控制中心与远方终端（Remote Terminal Unit, RTU）之间有大量的实时数据需要进行交换。通信的双方需要对数据格式、同步格式、传送速度、传输步骤、纠错检错方式、控制字符定义等问题作出统一的规定，共同遵守，这些约定称之为通信规约（Protocol）。按照通信传输模式的不同，通信规约可以分为循环式传输规约和问答式传输规约。循环式传输规约（Cyclic Digital Transmit，CDT）以我国电力工业部1991年发布的DL 451-1991循环式远动规约为代表，曾是我国上世纪应用最广泛的远动通

10、信规约。CDT规约以厂站端RTU为主动方，以固定的传送速率循环不断的向控制中心发送实时数据。问答式传输规约也称作Polling规约，在这种传输规约中，控制中心需要主动向RTU发送查询命令，召唤某一类数据，RTU只有在响应后才会上传实时信息。目前广泛应用的IEC 60870-5-101/104、DNP3.0等就属于Polling规约。上面介绍的这几种通信规约将配电网监控的实时数据分为模拟量（遥测）、状态量（遥信）、控制量（遥控）等几种类型进行传输，没有对配电网自动化的应用数据模型做出统一的规定，导致通信的双方需要进行人工核对数据点表，通信系统配置调试工作量非常大。将IEC 61860的应用推广到

11、配电网自动化系统中，实现配电网自动化设备的即插即用，是当前的发展方向。12.2 光纤通信技术 光纤通信技术指的是采用光纤介质的通信技术，具有传输速率高、抗干扰性能强、可靠性高的优点，在条件允许的情况下，应是接入层通信网的首选。以前制约光纤通信在配电网自动化系统中应用的主要原因是投资大、敷设工程量大，而近年来随着技术的发展，光缆价格有了大幅度的下降，光端机的价格也接近其他类型的通信终端，为光纤通信的大量应用创造了条件。按照国家电力监管委员会发布的电力二次系统安全防护总体方案 国家电力监管委员会 200634号文件 电力二次系统安全防护总体方案和国家电网公司的配电自动化技术导则具备遥控功能的配电自

12、动化区域应优先采用专网通信方式;依赖通信实现故障自动隔离的馈线自动化区域宜采用光纤专网通信方式。目前，配电网自动化系统分支通信网采用光纤通信技术有专线通道、以太无源光网络、光纤工业以太网3种方式。其中光纤专线通道是2000年前后采用的主要通信方式，现在多采用后两种以太网组网方式。12.2.1 光纤专线通道专线通道是通信节点之间，通过通信介质直接相连，实现点对点或点对多点的通信。光纤专线通道是以光纤作为通信介质的点对点或点对多点串行数据传输通道，利用光调制解调器（简称光Modem）将串行数据信号直接调制到单模或多模光纤上进行远距离传输，如Error! Reference source not f

13、ound.所示。光调制解调器是一种简单的光纤数据传输收发设备，具有发送（Transmit，T）和接收（Receive，R）两个光端口，与光缆连接，数据通信接口与数据终端设备（主站、子站、DRTU等）相连接，通信接口采用RS-232/485标准接口。其工作原理是：当一端的数据终端设备向另一端发送数据时，首先通过通信口将数据送到该端的调制解调器上，调制解调器将电信号转换为光信号，通过光纤进行传输，对端调制解调器将光信号转换为电信号，送到数据设备接收。图 121 专线通道光纤专线通道有以下配置方式：1）主从式。主从方式是环形通信系统，支持多点通信，只有一个作为主单元，如Error! Referenc

14、e source not found.所示。这种配置方式比较适合配电系统多点、分散通信的特点。图 122 主从式光纤通信方式2）环路通信对等配置。该配置方式物理结构与Error! Reference source not found.一样，但环路上各点都可以设置为主单元。不过，每次数据传输时，只能选择环路中一个单元作为主单元，其余各单元都处于从单元状态。3）双环自愈网。当环路上节点比较多时，为防止光缆或光端设备故障，造成通信中断，采用双光纤环路自愈网，如所示。环网上每个站配置支持具有自愈功能的光纤收发器，该收发器具有自动切换和自愈功能。正常情况下，通信报文分别在A环和B环里传输。分站同时接收来

15、自A环和B环的信息，光端设备只选择其中一个环路的信号传送给DRTU。主站由一个串行口发送信息，同时在A环与B环里传送，由两个串行口分别接收A环和B环的信息。当光缆出现故障时，如k点断开，两侧的光端设备只能接收到一个环路信息，经过一段延时，双环路切换控制器自动把接收的信号切换到另一个环路发送端，生成新的环路，即断点两侧的光端设备，A环和B环相互链接，自动构成回路而形成双环工作，实现光纤环路自愈功能。图 123 双环路光纤自愈环网光纤专线通道结构简单、易于实现，传输延时小并且可控，不足之处只能采用轮询的方式访问DRTU，不支持主动上报通信机制，更不能实现DRTU之间的点对点对等数据交换，不能充分发

16、挥光纤介质的传输速率高的优点。光纤专线通道在我国早期建设的配电网自动化系统中应用比较多，现在多被光纤以太网所取代。12.2.2 光纤工业以太网光纤以太网是以光纤为通信介质的以太网。配电网自动化系统采用以太网通信，可以充分地利用光纤带宽，提高数据传输速率与容量，更重要的是能够更好地适应配电网自动化应用特点，主动上报数据，支持“例外报告”机制。此外，接到以太网上的配电网自动化远方终端DRTU之间能够对等交换数据，支持快速故障自愈控制等分布式智能控制应用。工业光纤以太网是面向工业现场应用的光纤以太网。工业以太网技术上与以太网（IEEE 802.3标准）兼容，并在产品设计、材质选用等方面考虑了实时性、

17、互操作性、可靠性、抗干扰等工程应用的需要。工业以太网有以下技术特点：1）交换机通过快速生成树冗余（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）、环网冗余（RapidRing）到主干冗余（Trunking）等技术可以实现光纤环网及多环耦合功能，其中环网冗余技术可以在300ms内完成自愈。2）交换机采用了工业级元器件，无风扇设计，可以在高温、强电磁辐射的环境下使用，适用能力较强。3）交换机的功耗较小，双光口配置的设备功率约为6W。4）网管可在线监测网络运行状态。5）工业以太网各个厂家都有一部分私有协议，无法在环网冗余等层面上实现互联；如果要实现不同厂家之间的互联，网络只能支

18、持到快速生成树冗余，网络自愈能力将从300ms增加到1到2min。6）用工业以太网组建网络需要严格的整体规划。环网冗余等技术应用的是数据链路层协议。根据以太网组网规定，一个二层网络，网内节点需限制在200个左右，才能很好控制网络风暴。采用工业以太网的配电网自动化通信网络如所示。图 124 光纤工业以太网工业光纤以太网的不足之处是对一次网架结构变化的适应能力较差。当因网架结构变化，改变DRTU布局时，需要对多个节点进行统一调整，配置维护工作量比较大。12.2.3 以太网无源光网络以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）是无源光网络技术中的一种

19、，EPON采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式，是一种能够提供多种综合业务的新型的宽带接入技术，目前已经广泛应用于宽带接入市场。作为一种拓扑灵活、支持多种业务接口的纯光介质的接入技术，EPON已在配电网自动化系统中获得应用并呈现了广阔的前景。EPON一种无源网络技术，比工业光纤以太网更加适合配电网自动化通信。因为在一个站点失去电源时，站点上的工业以太网交换机不能正常工作，可能导致整个光纤环路的通信中断；而对EPON来说，仅仅是该站点无法正常通信，并不影响整个光纤环路的正常工作。我们知道，电源是目前DRTU应用的薄弱点，故障率比较高，EPON的这一优点，对于提高配电网自动化系统的可用性十分重要

20、。12.2.3.1 EPON系统的构成EPON系统由网络侧的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）、用户侧的光网络单元（Optical Network Unit，ONU）和光分配网络（OpticalDistributio Network，ODN）组成，可以灵活组成树型、星型、总线型等拓扑结构。所谓“无源”指ODN中不含有任何有源电子器件。在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用时分多址（Time Divis

21、ion Multiple Access， TDMA）接入方式并对各ONU的数据发送进行仲裁。ODN由光纤和一个或多个无源光分路器和相关无源光器件等组成，在OLT和ONU间提供光传输通道。EPON系统参考结构如Error! Reference source not found.所示。图 125 EPON系统参考结构按照ONU在接入网中所处位置的不同，EPON系统通常有以下几种网络应用类型：光纤到路边（FTTCurb）、光纤到楼宇/分线盒（FTTB/C）、光纤到户（FTTH）、光纤到办公室（FTTO）等。配电网自动化系统中应用的EPON光纤网络主要有以下三个部分组成：1）OLT：光线路终端，是xP

22、ON网络的头端设备，负责ONU的接入汇聚功能。2）POS（Passive Opical Splitter）：光分配网络，打通OLT同ONU的通信光路。3）ONU：光网络单元，是xPON网络的终端设备，负责监控数据的采集和主站命令的下发。网络层次结构如Error! Reference source not found.所示。图 126 EPON层次结构12.2.3.2 技术特点（1）EPON的技术优点:1）长距离，高宽带（20km，1.25G）是EPON的一大优点。光纤化的ONU/OLT，非常适合于FTTB和FTTO模式，光纤可以直接到用户，很好的解决了通信宽带最后“一公里”的问题。2）带宽分配

23、灵活，服务有保证。EPON对带宽的分配和保证都有一套完整的体系，EPON可以通过DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现用户级的SLA。MS-EPON可以根据需要对每个用户甚至每个端口实现基于连接的带宽分配（区别于普通交换机的基于端口的速率限制），并可根据业务合约保证每个用户连接的通信质量（QoS）。3）节省光纤资源、对网络协议透明传输。（2）EPON的不足之处：1）组网结构相对单一，组成树形和链型网，无法实现ONU级别的通道保护。2）对以太网之外的业务支持能力较差。对于话音业务，其QoS是无法得到保障。3）虽然理论上链路上可以实现无限次分光，但设备厂家的建议是二级分光，链路的延伸受到

24、一定的限制。12.2.3.3 EPON通信组网典型设计（1）基于多级分光的组网方式如Error! Reference source not found.所示。采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需要一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20km。此方案适合于呈带状或者链状分布的10kV线路。图 127 基于多级分光的EPON组网方式Error! Reference source not found.中的分光器一般采用非均匀分光器，及两条支路分光的功率不同。常用的非均匀分光器及分光损耗如Error! Reference source not found.所示。表 121

25、 非均匀分光器的插入衰减分光比95:590:1080:2070:3060:4050:50插入衰减（dB）主干0.220.460.971.552.223.01插入衰减（dB）分支13.01106.995.233.983.01（2）基于多路分光的组网方式如Error! Reference source not found.所示。组网方式灵活，覆盖半径大，传输距离较远。此方案适合于业务需求密集的城镇地区。图 128 基于多路分光的EPON组网方式12.3 无线通信技术 （5000）配电网自动化系统应用光纤通信遇到的最大的问题，是在一些建筑密集的城市中心区施工难，此外，还存在易受外力破坏，站点布局调整

26、工作量大的缺点；而无线通信具有安装方便、成本低、抗自然灾害能力强等优点，是对光纤通信的很好补充。对于城市郊区、农网中一些偏远的站点来说，敷设光纤成本比较高，无线通信是一种很好的替代解决方案。无线通信在国际上配电网自动化系统中应用的比较广泛。据美国Chartwell公司在2001年发布的对配电网自动化通信方式的调查结果，无线通信的应用排在第一位。近年来，光纤通信应用有所增多，但无线通信仍然占有相当大的比例。我国早期建设的配电网自动化系统主要应用光纤通信，对无线通信的应用有限。近年来，一些配电网自动化系统应用了无线公网通信（GPRS）。而根据中国电监会电力二次系统安全防护（5号令）规定，不得使用无

27、线公网进行开关的遥控操作，因此，GPRS也只是用于上传故障指示器（FPI）、配变监测终端（TTU）的数据。根据配电网自动化通信点多、分散的特点，不可能整个系统仅使用一种通信方式解决问题，应根据应用要求与站点分布情况，选择合适的通信方式。为丰富配电网自动化通信手段，应加强对无线通信在配电网自动化系统中应用的研究。无线通信按照网络性质分为无线公网和无线专网。目前应用的无线公网主要是GPRS/ CDMA/3G技术，而无线专网有窄带数据电台、扩频电台、宽带无线通信技术等几种形式。下面简单介绍几种无线通信方式的原理、优缺点以及对配电网自动化通信的适用性。12.3.1 窄带数传电台窄带数传电台（简称数传电

28、台）应用无线超短波信号传输数据，由发射、接收机与调制解调器（MODEM）三部分组成，支持点对点或点对多点串行通信方式，发射功率在150W之间，传输距离在数公里到数十公里之间，通信数率有300bps、600bps、1.2kbps、4.8kbps、9.6kbps、19.2kbps几种。我国无线电管理委员会给用于工业控制的数传电台分配的频段为223.025MHz235.000MHz与821MHz870MHz。窄带数传电台具有发射功率大、覆盖范围广、传输时延小的优点，既可用于配电网自动化系统分支通信网中配电子站与DRTU之间通信，亦可用于配电子站与配电网自动化主站之间的通信。不足之处是电台发射功率大，

29、需要向无线电管理委员会申请频点。此外，它只能采用查询式通信规约，不支持主动上报功能，更不能支持点对点对等（Peer-to-Peer）数据传输。尽管安装比较方便，但需要根据通信距离、两个通信站点的之间障碍物情况，对电台的发射功率、工作频率以及天线的安装位置与方向，进行合理的配置与选择，否则将达不到应有的通信效果。参数的配置与天线的安装，需要专业人士来完成并且要有一个调试的过程。这可能是除了需要申请频点外，影响输出电台应用的重要障碍。广西某地的城区配电网自动化项目 李子虹,卢家寿.百色城区配电网自动化系统实用化技术J.供用电,2006,23(2):38-41.涉及10kV馈线10回，安装有FTU的

30、自动开关17台，安装有TTU公用配变31台，鉴于配电网自动化的规模及通信分布区域相对集中且阻挡物较少的特点，通信系统采用多址数字无线电台构筑的无线网为主，双 绞通信电缆构筑的有线网为辅的方案。通信网的结构分为两层：中心基站至FTU和通信控制终端之间采用数传电台无线通信；通信控制终端至配变监测终端(TTU)之间采用双绞通信电缆通信方式。12.3.2 扩频电台常规无线通信，其载波频谱宽度集中在其载频附近的窄的带宽内，而扩频通信采用专门的调制技术，将调制后的信息扩展到很宽的频带上去传输，然后在接收端采用与发送端相同的扩频码进行解调，还原出发送的数据信息。扩频通信特点主要有：1）扩频电台发射功率大都在

31、1W以内，不用申请无线频点。2）扩频电台具有网络（IP）与串行（RS-232）通信接口，支持点对点、点对多点、点对点对等通信方式。3）通信速率高，达数百bps。4）通信距离数km到数十km。5）具有网络自愈功能，可靠性高。若干个扩频电台构成一个网络。网络中的每一个电台既是一个数据收发终端，也同时起到中继器的作用，向其他电台转发数据。数据传输的路径是动态的，当一个电台出现故障时，可以重新建立传输路径，防止通信中断。6）采用扩频码调制，信噪比大为提高，抗干扰能力强，保密性好。由于信号的接收要用扩频码进行相关解扩处理才能得到，所以即使用同类信号进行干扰，在不知道信号扩频码的情况下，利用不同扩频码编码

32、之间的不相关性，可以极大地抑制干扰。扩频通信可用于配电网自动化系统分支通信网与主干通信通道。由于不用申请频点，且组网灵活，因而扩频通信在配电网自动化系统的应用多于窄带电台。其不足之处，也是参数配置与调试工作量大。应用于输电网和配电自动化的无线扩频通信系统一般工作在2.42.4835 GHz频段，数据通信速度通常高达几十波特率以上，误码率可低达1010，通信距离可达50 km。通过话音复用器，还可以利用无线扩频通信系统在进行数据通信的同时，传送话音信号。由于无线扩频通信系统的工作频率较高，因此其信号传输受到视距的限制，在遇到故障物或进行更远距离的传输时，可采用中继器。无线扩频通信系统比较适合于构

33、成10kV开闭所、小区变或用于集结分散测控对象的区域工作站对配电自动化控制中心间的数据通信。某地机场供配电系统包含110kV变电站1坐、35kV变电站1坐，配变60多台 汪涛.无线扩频通信技术在机场供配电系统中的应用J.电力系统自动化，2002，26(14)：70-72.。由于机场建设时，有些距离远的变电站间未敷设控制电缆或通信电缆，如果重新开沟敷设，工程量大且造价高，机场围界以外的变电站(如远台等)还存在临时占地问题。另外，在机场内有多种无线通信设备，包括长波、中波、短波等各个频段的电波，其中不少用于空中指挥、通信导航以及工作对讲联络，电磁环境复杂。根据机场供配电系统的特点，决定采用既有优良

34、抗干扰性能又便于组网安装的无线扩频通信方式建设数据通信网络。在监控中心装设无线扩频电台和全向天线，在远方站装设无线扩频电台和定向天线，采用点对多点全双工通信，如Error! Reference source not found.所示。监控中心装设一台Cylink 64SMP Modem和一副8 dBi棒状全向天线,每个远方站各装设一台Cylink 64SMPModem和一副24 dBi栅网抛物面型定向天线,将监控中心的Modem设置为主单元，将采集现场的Modem设置为从单元，主单元和从单元利用同一射频(RF)通道，通信协议采用部颁标准Polling方式。图 129 机场供电控制系统无线扩频通

35、信网络示意图12.3.3 WiMAX目前应用的比较多的宽带无线通信技术是WiMAX，它是基于IEEE802.16标准的一项无线城域网技术，可提供最后一公里的固定和移动宽带无线接入。目前已经发布的802.16系列标准有802.16、802.16a、802.16c、802.16d和802.16e，其中802.16d标准（发布名称为IEEE802.16-2004）是802.16、802.16a和802.16c的整合和修订版本，主要对工作于266GHz频段的固定无线接入系统空中接口的物理层（PHY）和媒质接入层（MAC）进行规范，是目前最成熟和最具实用性的一个标准；而802.16e标准（发布名称为IE

36、EE 802.16-2005）则是为了支持移动性而制定的标准，它增加了对小于6GHz许可频段移动无线接入的支持，支持用户站以120km/h的车辆速度移动，支持基站或扇区间的高层切换功能。除以上版本外，正在发展和计划发展的802.16系列标准还包括802.16f、802.16g、802.16h、802.16i、802.16k、802.16m等版本，基于这些标准的WiMAX技术也将逐步被完善。WiMAX技术支持ATM和IP两种数据接口，主要应用于高速传输的数据业务，但它同时也支持语音、视频等多媒体业务的传输。802.16d系统在采用OFDM调制方式和20MHz信道带宽下，最大传输速率可达75Mbi

37、t/s，最大的覆盖范围可达50km，典型的覆盖半径为515km，因此已成为解决接入网“最后一公里”瓶颈的有效手段。而802.16e系统在5MHz的信道带宽下，也可以实现15Mbit/s的数据传输速率，它的典型覆盖范围为几公里。12.3.3.1 WiMAX技术优点1）提供距离最远至50km的无线信号传输，只要建设少量的基站就能实现全城覆盖。2）最大带宽75 Mbit/s,具备QoS保证能力。可用WiMAX无线网络辅助电力光纤网络，实现便捷、经济的网络覆盖。3）电力系统的微波塔、变电站可作为基站的设置资源，网络建设周期短。12.3.3.2 WiMAX不足之处1）WiMAX的产业规模以及技术和设备的

38、成熟性还难以与现有的无线公网相比，相应的安全管理等经验不足。2）使用3.5G频段，需要向无委会申请。3）一次性投资较大。4）网络的维护需要专业人员，成本较大。12.3.3.3 WiMAX组网方案WiMAX被认为是一种有前途的智能配电网通信技术。国外有供电企业在尝试使用它完成配电网自动化系统与智能电表通信，国内有作为应急通信系统 WiMAX 技术在电力应急通信中的应用和集抄通信系统 基于 WiMax 的城市配网通信方案及其集抄应用的案例。基于WiMAX的通信系统如Error! Reference source not found.所示，主要由高速无线网桥 AN-80i、 基站 AN-100U、

39、室外用户单元 SU-0 和主站系统组成。 图 1210 基于 WiMax 的城市配电网通信方案Error! Reference source not found.中，AN-80i 是工作在 5.8 GHz 频段上的高速无线以太网桥，点对点视距覆盖范围超过 80 km，无线通信速率 144 Mbit/s，支持 RJ-45 以太网接口，无线接口采用 256 bit 的 AES 加密；AN-100U 是工作在 3.5 GHz 频段上的基站，支持蜂窝状系统结构，点对多点视距情况下覆盖范围 20 km，非视距情况下可达 3 km，支持 RJ-45 网络接口，以太网净速率 34 Mbit/s（10 MHz

40、 信道带宽），无线接口采用 DES 和 AES 加密；室外用户单元 SU-0 以太网净速率 22 Mbit/s （7 MHz 信道带宽），工作频段 3.5 GHz；主站系统放置在电力调度中心，由路由器 、防火墙、服务器和数据库构成。调度中心附近的配变供电台区可通过 AN-100U 基站实现覆盖。 室外用户单元SU-0 安装在配电柜内，通过与 FTU（或 TTU）相连实现遥测、遥信、遥控功能。远距离的配变供电台区可通过 AN-80i 桥接，与配电柜内的 FTU（或 TTU）相连，实现遥测、遥信、遥控功能。此外，还可以通过在远距离的变电站内安装 AN-100U基站覆盖附近的配电柜， 以构建大规模的

41、城市配电网通信网。12.3.3.4 McWiLL多载波无线信息本地环（Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，McWiLL）是我国自主开发的宽带无线接入技术。McWiLL技术源于同步码分多址(Synchronous Code Division Multiple Access ，SCDMA)技术，是在SCDMA技术基础上的演进和革新。McWiLL系统具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持终端漫游切换等先进优势，使其广泛的用于公网、电力、水利、油田、煤炭、制造业等行业用户，为用户提供可靠的无线数据语音传输平台。McWiL

42、L 采用先进的全 IP 结构组网，网元之间的通信全部基于现有的 IP 交换和路由技术，数据业务通过二层隧道协议实现移动性管理； 语音业务则保留了两层接入网构架， 利用业务汇聚网关实现移动性管理并与 NGN 软交换核心网对接。McWiLL采用宏蜂窝网络结构，覆盖半径可达1050km，典型市内覆盖半径13km，可以实现真正意义上的非视距传输。传输速率上，5MHz的信道带宽下，R4系统的最大净荷吞吐量可达8Mbit/s，终端最大峰值数据速率3Mbit/s，而R5系统的基站净荷吞吐量可达15Mbit/s，终端最大峰值数据速率为5Mbit/s 。McWiLL 同时为窄带语音业务专门设计了高效语音传送协议

43、， 降低了语音业务资源分配的颗粒度，使得空口无线资源效率更优，实现了同一系统内宽窄带业务能力的高效融合。 另外，McWiLL充分利用智能天线的优势， 采用零陷增强技术和动态信道分配技术， 可以实现高效率的 11 同频组网。12.3.3.5 McWiLL的技术特点1）高带宽。McWiLL基站在5MHz带宽上单扇区容量达到15Mbps，三扇区设置可以提供45Mbps容量。McWiLL系统的普通CPE终端，占用带宽为1M，数据速率可达3Mbps； McWiLL系统的超级CPE终端，占用带宽为5M，数据速率可达12Mbps，可以满足不同行业的各种数据传输需求。2）广域覆盖。McWiLL宽带无线系统的智

44、能天线技术通过空间波束赋形可有效提高链路预算，从而保证较大的覆盖范围。工作于1800MHz频段的McWiLL基站最大覆盖半径可超过20km。3）支持大量用户并发。McWiLL系统采用了8kbps的细颗粒度带宽分配机制，单扇区支持双向各300个并发信道，可同时支持300个用户的并发业务，对于语音业务，按照1：10的收敛比则可以提供3000个用户，对于数据业务，McWiLL可以支持512kbps的数据终端200个左右。4）专用频率资源优势。作为完全自主知识产权的无线通信技术，McWiLL获得了国家在无线电频率资源分配方面的大力支持，拥有独特的频率优势。目前McWiLL 拥有785 1805MHz和

45、406.5409.5MHz两段授权频率。此外，McWiLL还获得国家无委批准的33003400MHz的产品研发频段。5）发射功率低。McWiLL系统通过采用智能天线等专利技术，最大限度地降低了多径干扰，从而有效降低了系统的发射功率。基站最大发射功率仅2W，大大低于其他系统。12.3.3.6 McWiLL组网技术目前McWiLL在电力系统中的应用主要集中在应急通信、远程抄表和配电网自动化方面。McWiLL可以作为电力系统的第二套备用通信方式，可提供语音、视频、数据等多业务的带宽接入， 其基站之间通过现有的光纤或无线微波进行组网， 这是电力备用通信的一个最佳解决方案。McWiLL应急通信车载系统作

46、为一种全新的应急通信手段，配合备用无线通信系统使用，可迅速恢复 35 km 无线信号覆盖范围之内的办公语音、视频监控和自动化系统数据等业务的通信，除此之外，还解决了应急抢险、工程勘查、现场施工等环境下的临时音频、视频通信问题，成为电力通信网络的延伸。 McWiLL还可以作为配电网通信的一种解决方案，为远程抄表、配电网自动化提供通信支持 McWILL 技术在银川配电通信网中的应用，如Error! Reference source not found.所示。根据配网结构的特点以及供电范围的特点，在不同的供电类型区域内，各类DTU、FTU、TTU 等装置几乎均匀分布在供电区域内。 通过在每个 500

47、，220，110 kV 安装蜂窝式基站，可以在配网自动化中将这些站点作为配网子站， 该配网子站下的各业务接入节点采用 用户端设备进行业务传输汇集到配网子站，而配网子站则可以利用现有的庞大的电力光纤通信网接入配网主站系统。图 1211 McWill 组网结构12.3.4 无线公网通信目前常用的无线公网通信主要包括通用分组无线服务技术（General Packet RadioService， GPRS）、码分多址系统（Code Division Multiple Access，CDMA）、第3代移动通信技术（3G）等。GPRS是在现有全球移动通讯系统（Global System of Mobile

48、 communication ，GSM）网络上开通的一种新型分组数据传输技术，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。CDMA是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，它采用地址码来区分用户的地址，提供无线数据业务。3G指第三代移动通信技术，主要包括TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000等，目前3G业务已在国内广泛展开，但是在配电网中的应用还比较少。采用无线公网通信具有具有永远在线、快速登陆、按数据流量计费、自如切换、高速传送、安全可靠等优点。12.3.4.1 GPRSGPRS通信网络能够满足可持续传送业务数据的需求，并且能够进行实时的交互数据传送，业务数据以数据包为单位，每个数据包的大小不超过1024字节，通信网络传送一包数据的时延不超过1500ms。使用GPRS可以实现点对点以及点对多点的数据传输。GPRS通信技术在传输速率，信号覆盖范围等方面有突出的优势，比较适合远程电能抄表，远程变压器监控，远程仪表监控等领域的通信要求。对于一些分散在边远地区的配电网监控点来说，