上海交通大学上海200240
摘要：目前，智能变电站自动化业务系统与远动主站通信主要通过承载在电力光纤通信网上的调度数据网和远动专线，站内通信大多采用以太网网络通信技术。随着国家电网公司和南方电网公司大力推进无人值班智能变电站的建设，智能变电站自动化系统的内容不断扩展，环境监控、灯光控制、视频监控、技防报警等业务子系统纳入智能变电站自动化系统范畴，从而带来自动化信息种类繁多、不同子系统通信方式不一、综合布线复杂、系统联调工作量大等难题。无线通信技术由于可以有效减少综合布线、变电站设计和施工的工作量，为新一代智能变电站自动化通信系统提供了一种有效解决方案。
本文阐述了无线通信技术在智能变电站自动化系统中的应用研究方案。
关键词：智能变电站；自动化技术；无线通信技术
一、变电站自动化系统
变电站综合自动化系统是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能[1]。在[2]中强调智能变电站自动化系统应包括监控子系统、继电保护子系统、自动控制子系统、电能量计量系统以及电能质量监测系统等系统，且应具备控制监视、自动控制（如电压无功控制、备用电源自投控制）、测量表计、继电保护、与继电保护相关的低频减载、故障录波、接口功能以及系统功能等7大类功能。
结合我国建设智能变电站的现状和实际需求，智能变电站自动化系统由过程层、间隔层、站控层，以及网络和安全防护设备等组成，并通过数据通信网关机与调度（调控）中心进行信息交互。
二.基于自动化应用的无线通信关键技术
1.无线通信技术概述
无线通信利用电磁波信号在自由空间中的传播特性，进行信息交换与通信。根据无线传输的技术体制，无线通信系统可以分为模拟无线通信系统和数字无线通信系统；根据无线应用分类，无线通信又可分为移动通信、无线接入、微波通信和卫星通信等。虽然无线通信类型多种多样，但其系统结构却殊途同归。一个完备的无线通信系统主要由无线发送器、无线传输信道和无线接收器组成。
在发射端，发送器的信源输入在通过射频和天线将信号发射出去以前，需经过编码、调制、复用和多址等一系列提升系统容量和系统传输可靠性的措施；而在接收端，为了将信号恢复出来，则需对接收信号进行解调、解复用、解码等信号处理。
2.无线抗干扰技术
在正常运行和故障的条件下，智能变电站中电气装置主要的骚扰源有：雷电和静电放电；电网中的开关和隔离刀闸操作；电网中的接地和短路故障；运行的一次设备；二次回路；局部放电以及通讯设备，变电站复杂的电磁环境给无线通信应用带来了众多干扰，且未来RFID、Zigbee等物联网无线技术的部署带来的同频干扰，进一步降低了无线通信的可靠性，对无线通信系统中传输的信息具有非常大的危害，故智能变电中无线抗干扰技术的研究和应用显得非常有必要。
3.无线定位技术
在智能变电站中，一方面人员和物品的定位非常重要，现在国内的绝大多数变电站都没有针对工作人员安全作业边界监控和报警系统，实时的定位跟踪不仅能实现对工作人员的有效监管和事故预警，还可以此来作为考察巡检人员的值守情况，杜绝违规操作等的手段；另一方面，对于移动巡检，采用实时定位技术可以获取其准确地理位置信息，可及时警告巡检路线中个别危险设备，故无线定位技术对智能变电站自动化、无人值守、以及机器人巡检等都具有积极重要的意义。
三.智能变电站自动化系统无线通信应用限制与难点
1.无线通信大量应用带来的电磁兼容问题
过去电力系统从安全角度考虑，考虑到无线通信设备对微机保护等装置具有潜在的干扰，禁止在变电站使用无线通信设备，客观上阻碍了无线技术的应用推广，也造成了变电站等场合已经安装的电子设备不能满足大规模短距离无线技术应用带来的潜在干扰。
2.电网各种应用场景下，复杂电磁环境中无线技术没有整体的解决方案
电网电磁环境各种干扰源较多，故障状态和各种暂态时有发生，这种情况下可能对无线网络造成短暂中断。另外，无线通信应用的功耗问题，电源获取问题均需要具体情况具体分析才能提高其应用的可靠性。
四.智能变电站自动化系统无线技术应用
1.智能变电站环境监测
智能变电站环境监测主要是指对变电站的二次设备室、电容器室、站用变室、配电装置室等重要设备间配置温湿度传感器、在电缆层、电缆沟等配置水浸传感器、在GIS室、SF6断路器开关柜室部署SF6泄漏传感器等。智能变电站环境监测的通信数据量小、需要长期运行，且监测节点需分开部署，需要定期上传数据，基于LPWAN（low-powerWide-AreaNetwork，低功耗广域网）的物联网无线技术，覆盖范围广、成本低、功耗小（电池取电即可使用长达10年），十分适合于这样的场景；另外基于WIA-PA的低速、高可靠短距无线通信技术由于其工业极的设计，能够在极其恶劣的环境下工作，在智能变电站环境监测中，也可考虑采用该无线技术部署无线网络。
2.智能变电站设备状态监测
智能变电站设备监测主要是指对变电站的一次设备和二次设备进行监测，主要包括电力变压器监测、避雷器状态监测、接地电流监测、电缆测温监测等，该设备状态类监测一般部署在待检测设备附近，以全面、随时掌握站内设备状态为目标，通信数据量小、需长期运行，无线终端取电相对困难（如避雷器通常安装在室外、电缆测温传感器通常需安装无便利电源点的位置）、电磁干扰相对较大，对于此类应用，本文建议采用多种无线技术融合的方式：如电力变压器监测、避雷器监测由于电磁干扰是影响无线应用的最主要因素，采用基于WIA-PA的低速、高可靠短距无线通信技术，以保障通信质量为主要目标；接地电流监测、电缆测温监测等，则采用LPWAN的物联网无线技术，确保通信质量的同时，以覆盖范围广、部署方便为目标。
3.智能变电站智能巡检
智能变电巡检类应用主要包含2方面的内容：一是巡检时对各种不同类型设备的认知和识别；一是巡检时对巡检人员/巡检机器人的定位和巡检设备的定位。对于巡检时设备的认知和识别，可采用无线射频识别技术；对于巡检人员/巡检机器人的定位和巡检设备的定位，则需根据该区域主要无线技术的部署，选择合适精度的定位技术。如只需对巡检人员进行粗定位，考虑基于RFID技术的无线定位成本低、定位时间短，可在恶劣的环境下工作，可采用巡检系统中的无线射频技术，对巡检人员或机器人进行定位。
4.智能变电站自动化系统控制类应用
在智能变电站系统中，除了对设备、环境进行监测外，对其的自动控制，也是自动化系统的主要内容，在这类应用中，要求数据速率高、实时性强，采用有线的通信方式构建变电站内的分布控制与监测网络施工量大，成本高，而且在变电站故障维护与设备更新上工作量与工作难度都较大，可考虑采用基于WIA-PA的高速无线通信技术以及光无线通信技术互备的通信方式，为自动化系统控制类应用提供稳定高速通信网络的同时，降低原有设计的布线复杂度。另外NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，NB-IoT）物联网技术由于在已有蜂窝移动系统上平滑升级，在频繁通信需求的情况下也能保障通信质量和通信速度，在自动化系统控制类应用中，也可考虑采用部署该无线技术。
五.结语
本文基于智能变电站自动化系统的结构和内涵，总结了智能变电站自动化系统的信息传输需求和无线通信应用需求，对无线通信技术应用于智能电网进行了研究和分析，对智能变电站自动化系统不同应用场景下无线技术的选用给出了建议，期冀在未来加强无线通信技术在智能变电站中的应用研究，推动智能变电站快速发展。
参考文献：
[1]丁书文.变电站综合自动化原理及应用.北京：中国电力出版社，2010.
[2]黄益庄.智能变电站自动化系统原理与应用技术.北京：中国电力出版社，2012.