通信原理论文

全军信息系统管理专业自学考试

3G通信技术在智能电网中的应用

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作者单位 国防信息学院

完成时间 年 月 日

中国人民解放军信息系统管理专业高等教育自学考试委员会制

摘要：本文简要介绍了智能电网的相关概念和现实意义，分析了现代移动通信技术在智能电网中的应用现状；针对智能电网对电力通信系统的要求，得出3G应用到智能电网中具有突出优势的结论；并从电网视频监控、智能巡检、应急抢险指挥等几个方面介绍了3G技术在智能电网的应用，提出了应用3G技术需要注意的问题。

关键词：智能电网；3G通信技术；应用

前言

在科技日新月异的今天，能源和环境问题成为人们无法回避的问题，而在中国，新能源发展面临的挑战不仅是发展可再生能源，而是电网的现代化。如果电网依然是陈旧老化的电力设施与数字信息技术脱节的控制系统，则难以有效的接入可再生能源，不利于成功搭构分布式能源系统以及建立适应21世纪需要的电力储能系统。电网面临着巨大挑战和机遇[1] 。一方面，电网需要应对日益严峻的资源和环境压力，不仅需要实现大范围的资源优化配置，还要适应电力体制改革；另一方面，信息化、数字化、智能化等技术的进步也为解决这一系列问题提供了坚实的技术支持。由此智能电网成为现代电力工业发展的方向。2009年举行的特高压输电技术国际会议上提出，到2020年，我国将全面建成统一的坚强智能电网。建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，电力通信系统是电力自动化的重要组成部分。通信的种类很多， 其中3G技术能够为智能电网的建设提供全方位的通信服务。

1 智能电网建设对我国电网发展的现实意义

我国电力工业面临着类似于欧美国家的情况：在宏观政策层面，电力行业需要满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求，适应气候变化；在市场化改革层面，交易手段与定价方式正在发展，市场供需双方的互动将会越来越频繁，电网规模也在快速扩张，用户的用电行为也在发生变化，用户对电能的可靠性和质量要求不断提升，而智能电网能够在这些方面发挥重要作用[2~3] 。

对我国电网企业目前还面临的一些问题，如国家电网尚未建成坚强骨干网架，电网抵御多重故障的能力较弱；各区域电网主干网架较为薄弱，电网稳定水平低，电网运行灵活性不强；企业信息化建设相对滞后，还没有形成一体化的生产经营管理系统等，建设坚强的智能电网无疑是理想的解决方案。 2 电力通信系统中3G技术的现状

电力通信系统是电力生产的保障。通过有效的通信手段，将控制中心的命令准确快速地传送到远方终端，并将远方设备运行情况的信息收集到控制中心。目前常用的通信方式有Internet、光纤通信，微波通信等。而这些通讯方式普遍存在的问题是要自建专用信道，工程投资大，维护工作繁重。随着无线通信技术的不断发展，利用移动通信技术实现电力系统中的数据传输，将是智能电网的重要发展方向。

2.1 什么是3G技术

3G是英文3rd Generation的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般的讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动

通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2MBps（兆字节/秒）、384KBps（千字节/秒）以及144KBps的传输速度。

2.2 3G技术基本特点

目前已确立的3G标准分析，其网络特征主要体现在无线接口技术上。蜂窝移动通信系统的无线技术包括小区复用、多址/双工方式、应用频段、调制技术、射频信道参数、信道编码及纠错技术、帧结构、物理信道结构和复用模式等诸多方面。纵观3G无线技术演变，一方面它并非完全抛弃了2G，而是充分借鉴了2G网络运营经验，在技术上兼顾了2G的成熟应用技术，另一方面，根据IMT-2000确立的目标，未来3G系统所采用无线技术应具有高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境，并具有较好的网络灵活性和全覆盖能力。3G在无线技术上的创新主要表现在以下几方面：

（一）采用高频段频谱资源

为实现全球漫游目标，按ITU规划IMT-2000将统一采用2G频段，可用带宽高达230MHz，分配给陆地网络170MHz，卫星网络60MHz，这网络为3G容量发展，实现全球多业务环境提供了广阔的频谱空间，同时可更好地满足宽带业务。

（二）采用宽带射频信道，支持高速率业务

充分考虑承载多媒体业务的需要，3G网络射频载波信道根据业务要求，可选用5/10/20M等信道带宽，同时进一步提高了码片速率，系统抗多径衰落能力也大大提高。

（三）实现多业务、多速率传送

在宽带信道中，可以灵活应用时间复用、码复用技术，单独控制每种业务的功率和质量，通过选取不同的扩频因子，将具有不同QoS要求的各种速率业务映射到宽带信道上，实现多业务、多速率传送。

（四）快速功率控制

3G主流技术均在下行信道中采用了快速闭环功率控制技术，用以改善下行传输信道性能，这一方面提高了系统抗多径衰落能力，但另一方面由于多径信道影响导致扩频码分多址用户间的正交性不理想，增加了系统自干扰的偏差，但总体上快速功率控制的应用对改善系统性能是有好处的。

（五）采用自适应天线及软件无线电技术

3G基站采用带有可编程电子相位关系的自适应天线阵列，可以进行发信波束赋形，自适应地调整功率，减小系统自干扰，提高接收灵敏度，增大系统容量，另外软件无线电技术在基站及终端产品中的应用，对提高系统灵活性、降低成本至关重要。

2.3 3G的技术标准

国际电信联盟（ITU）在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际

移动通讯计划》（简称IMT-2000）。

W-CDMA即Wide-bandCDMA，也称为CDMA Direct Spread，意为宽频分码多重存取，其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商，这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此W-CDMA具有先天的市场优势。

CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，这套系统是从窄频CDMA One数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA One结构直接升级到3G，日前，中国电信集团公司获得增加基于CDMA2000技术制式的3G业务经营许可，中国电信在收购了中国联通CDMA网络之后，启动了44个重点城市的网络优化工程，并于去年年底前完成了340多个城市的CDMA网络建设工作，满足了82个无线城市的无线上网需求。中国电信还发布了“天翼”品牌并启动了189号段放号。由于之前所采购的设备都支持CDMA2000制式，中国电信不需要重新建设网络，在3G牌照发放后，只需进行软件升级，中国电信就会在第一时间里建设起一个全国覆盖的3G网络。 TD-SCDMA是由中国大陆独自制定的3G标准，该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。

2.4 3G技术在电网运行中的优势

2003年，美国能源部发布了一份美国电网改革纲领性的文件“GRID2030”，文件中指出它的最终目标是在多层次的电力网上同步覆盖一个综合通信网和控制系统，最终形成电力与通信一体化系统体系结构的21世纪的现代化的GRlD 2030电网。而我国也适时的提出了我们的智能电网发展战略。

为了适应未来智能电网的发展，通信网应具有以下条件：①高速率；②高带宽；③高覆盖；④高可靠。而3G技术无疑是一个很好的选择。

3G应用到智能电网中的优势主要表现在：①数据传输速度快，电力系统大量信息数据的传输和高速可靠的数据交互为智能电网开放性地兼容各类设备提供了可靠的通信机制；②3G的视频功能将大大的方便电网与需求侧、发电商、环境和谐相处，为其提供完成交易的信息处理平台和物理载体；③3G具有高安全性和高可靠性，智能电网为了防御信息攻击，提高信息安全，提高自愈能力，需要3G技术，同时它也为智能控制、电力抢修、智能需求侧管理提供了准确可靠、实时的数据信息[4~5]。

2.5 3G技术在智能电网中的具体应用

（1）网视频监控

随着电力系统保护技术及自控技术的提高，无人值班变电站已成为电力系统的主流，实现调度中心对变电站的远程控制与调节，仅仅有“四遥”是远远不够的，还必须了解变电站的一次，二次设备的外观监控与变电站的防火防盗情况。将视频监控系统运用到电力调度自动化系统上，即第五遥——遥视，巡检中心、集控中心等相关部门通过现有的电力通信网对所属变电站实现远

程实时图像监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性和可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度。而这些对传输通道的可靠性和带宽提出更高的要求。采用固定宽带与移动3G通信技术相结合，可实时传送清晰的动态视频信息，满足电力网络利用视频进行实时监测的要求。

（2）线路巡检

随着国家电力输送网络迅速扩大，电力部门对电力系统的安全稳定运行、监控及保护提出了更高的要求。当输电线路发生故障时，为了找出故障点，要组织大量的人力和物力，耗资巨大，而且精度不高，给电力系统带来巨大的经济损失和社会影响。基于3G的输电线路故障定位及维修系统可使电力部门调度人员实时获得输电线路故障信息，提高了故障处理的科学性和可靠性，对电网的稳定运行起到了重要的促进作用。同时，抢修人员通过GIS与GPS可以迅速找到故障地点，通过应用正确的处理手段快速恢复输电线路供电，对减小因输电线路故障引起的经济损失和所造成社会影响将起到重要的作用。

（3）应急抢险指挥

由于一些突发情况造成电力网络故障或电力系统损坏的情况时有发生，需要提高应急抢险的能力，快速恢复电网的正常运行。在电力应急抢修车中加装3G移动通信终端，通过音频和视频传输远程现场信息，将抢修现场情况与电网运行情况等系统互联。以保证各部分信息迅速流通、互动。使远端指挥人员实时了解电网的现场状况，做出正确判断和指挥。这对提高现场的指

挥调度能力，缩短抢险时间，提高应急能力，减少灾害造成的影响有这重要的作用。

（4）电力通信系统的安全

随着互联电网的不断扩大，电力通信的安全成为了很重要的问题。3G技术是要借助于网络技术的，而网络的安全性是我们所担忧的，所以我们要应用3G技术要特别注意其安全性能的提高。

3 3G技术在智能电网中应用的展望

移动通信的发展，特别是3G网络的建成，有力的促进了电力行业的发展

[6]。基于以上对3G以及通信技术在电力工业的应用，针对3G技术在智能电网的应用提出如下建议：首先，要努力结合GPRS和各种通信技术与3G技术，建设智能电网通信体系。其次，要在国家电网“面向应用、立足创新、形成标准、建立示范”的指导思想下，在3G通信的系统开发、标准体系、信息安全、软件平台等方面进行了重点技术研究，力求在“电力3G”的核心技术上取得突破。

4 结语

总之，3G应用的成熟是一个渐进过程，有待于在发展中不断完善，相信在启动3G之后，随着市场规模的不断扩大，3G的应用必定能逐步地走向成熟和丰富。我们完全有理由相信，随着3G牌照的发放，无线数据增值业务将为我们带来一个无限美好的未来，手机电视等移动流媒体业务将成为未来移动运营商新的市场增长点。

5参考文献

[1] 陈静思．智能电网升至国家战略，管理定价机制面临巨变[N]．东方早报，2009～06

[2] 刘琦琳．智能电网的现实意义[J]．互联网周刊，2008．4．

[3] 丁民丞，王靖，朱冶中．方兴未艾的智能电网[R]．国家电网，2008．5

[4] 刘建明，赵峰．ICT网络模式的关键技术与发展[J]．电力通信系统，2009，30(198)：

[5] 刘建明，赵峰，张月霞，等．3G和4G无线通信技术在ICT网络模式巾的应用． 电力系统通信，2009，30

[6] 李世鹤．TD—SCDMA第3代移动通信系统标准[M].北京：人民邮电出版社，2004．