智能电网中的集成通信新技术(原创)
0赞智能电网需要建立起一个高速的、全面集成的高速双向通信技术架构,使智能电网变成一个动态的、交互的,用于实时信息和功率交换的超级架构的网络。采用通信系统的开放式架构,可以对网络智能传感器和控制装置、控制中心、保护系统和用户建立一个安全的“即插即用”的应用环境。
在电力系统应用的通信技术种类繁多,常见的类型有铜芯线、电力线载波、微波中继、光纤通信等技术。通过这些载体,以及引入新的网络通信技术,可以在更广的范围实现更多的信息和应用的连接和集成,使数据在整个电力系统的不同主体及不同的应用系统之间传递,满足智能电网对通信系统的要求。
智能电网中采用的新的集成通信技术,包括Internet 2(IPv4和IPv 6)、光纤以太网、通过电力线的宽带通信(BPL)、第四代(4G)WiMax、第三代(3G)无线语音和数据通信、Zigbee/WiMedia/WiFi无线通信等。以下对这些技术作简要介绍。
1. Internet 2
目前全世界广泛使用的是第一代国际互联网,相应的IP地址协议是IPv4,即第4版。IPv4设定的网络地址编码是32位,总共提供的IP地址为2的32次方,大约43亿个。目前,它所提供的网址资源已近枯竭。
1996年10月,美国政府宣布启动“下一代互联网NGI”研究计划,其核心是互联网协议和路由器。目前,它的项目提出机构--Internet2,已发展成为由200多所大学领导、政府及商业企业共同参与的网络技术研发组织,目的是开发及部署先进网络技术及应用,加速网络技术的发展。Internet2致力于在学术界、商业应用及政府间建立沟通交流的桥梁,这些机构正是目前Internet网络的共同缔造者。
Internet2是下一代高速互联网骨干网,它采用的是IPv6协议,它设定的地址是128位编码,能产生2的128次方个IP地址,地址资源极端丰富。IPv6扩展了互联网IP地址,这是基于ISP服务的电力线宽带( BPL)通信所需要的。借助于高性能主干网和多协议标签交换( MPLS )服务质量( QoS ),可直接支持集成QoS敏感的应用。这项技术目前处于演示阶段,并预计将商用大约需要2年时间。
2. 光纤以太网通信
由于多千兆的以太网交换机正在用于光纤终端,光纤以太网( IEEE 802.3z )正在成为一个公用的载体服务和廉价的互连方法。这一技术在加上MPLS时用于帮助进入数字融合,可以简化需要使用昂贵的数字交叉连接系统。进一步利用光电技术,更有效地使运营商推动光纤深入网络,更好地利用现有的带宽,经济地增加带宽,将目标编程到具体领域,使高效率地提供许多创收的互动服务。
现在电力公司在光纤环路( FITL )架构可以经济有效地覆盖视频,在同步光纤网络( SONET)骨干网上有效地进行模拟视频传输,并解决了在需要对变电站进行监视和提供新的服务时密集波分复用( DWDM)部署给远距离网络的光学放大器带来麻烦的这一挑战。目前这项技术已有商业化产品投入运行。
3. 电力线宽带( BPL)通信
利用在2-50兆赫下短距离BPL通信,在用户入口处可以实现20 Mbps至100 Mbps的数据传输,甚至是运行维护和恐怖袭击检测的视频监控也是可以实现的。现时BPL标准正在开发,并需要更广泛的市场认可。使用家庭电源插头和室内布线通过宽带的通信,家庭插座允许象以太网网络一样的即插即用。通过家庭插座与智能家电的通信是可行的,而用户可以使用电力公司提供的程序来配合。这项技术目前正处于概念验证阶段,预计商用需要大约2年时间。
4. 第四代( 4G )WiMax 无线通信
在数据传输速率为75 Mbps下,WiMax可以提供必要的长达10英里的远距离通信,在某些情况下传输距离可超过30英里。使用IEEE 802.16d – 2004标准的WiMax,使用不同的供应商的产品可以在固定地点之间以点对点和点对多点方式通信。这一标准在美国将有可能被用于私人固定网络,它将利用基于超晶胞(super-cell)配置,更多地侧重于覆盖范围而不是容量。
基于IEEE 802.16e - 2005 标准的WiMax,可用于超视距通信,并能与移动卡车或汽车通信。移动WiMAX产品在2007年底进入市场,它由主要运营商如Sprint和Covad公司部署。WiMAX的可用性和功能,可作为支持变电站或配电自动化WiFi应用的输变电通信系统的骨干网。这项技术目前正在研究和开发阶段,预计将商用大约需要2年的时间。
5. 第三代( 3G )的无线语音和数据通信
利用现有的和将来的3G商业运营商的蜂窝数据网络可能是高性价比的解决方案,它可避免建立专门的无线网络所需的大量投资。其范围可能达不到100 %(存在一些死区),并且需要加密才能实现安全传输。在要求高可用性的场合,3G无线可作为宽带连接的后备方案。按照以往的经验,商业网站的覆盖范围可高达95 %的城市/郊区/农村混合县。通过大量地依赖商业单元载体(cell carrier),专门的语音网络可以是统一的。商业运营商拥有先进的服务,包括一键通、存有好友名单的信息、无线网络等。这一技术目前正处于早期采用阶段,预计商用将需要大约2年时间。
6. ZigBee / WiMedia/ WiFi -无线通信
ZigBee联盟的ZigBee标准(IEEE 802.15.4)使用跳频扩频( FHSS )无线技术,提供可靠的、低速的、远距离传输性能,并免受传输堵塞和干扰。IEEE 802.15.4文件为现代电网元件常见的传感器和控制装置联网提供了一个公共的标准。
WiMedia联盟对现有的IEEE 802.15.3标准倡导采用一种超宽带标准的物理层。该工作小组委员会是802.15.3a委员会。WiMedia解决方案将提供更高的数据传输速率服务和网状网络功能,它有ZigBee类似的RF覆盖能力。
WiMedia超宽带将扩展电网控制到包括复杂的监测和内容分配应用。这项技术目前正在研究和开发阶段,预计商用需要大约3年时间。
