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应急通信技术在电网突发故障中的运用
发布时间:2019-05-15

摘 要

  电力系统作为人们日常生产、生活的必须品,无疑其相应的应急通信是否安全可靠,将直接影响到国家电网的安全稳定运行,而在国家日常损耗和基本能源需求之中,电力系统也无疑充当着重要角色,我们每一个公民、每一个家庭的日常生活及全国范围的生产运转都与其密切相关。近些年,国内公共事件和自然灾害频繁发生,如汶川大地震、雨雪冰冻灾害和舟曲泥石流等都对国家电力系统造成不同程度的考验。除此之外,我国还成功举办很多大规模会议活动,如上海世博会、北京奥运会等,同样也需要应急通信作为保障。由于普通意义的通信手段并未考虑到突发状况或大型集会的通信需求,所以已无法满足类似情况的通信需要。每当面对类似的情况,应急通信就彰显其应用价值,针对各种复杂情况,应急通信都为信息的有效通信提供了可靠保障。

  应急通信是区别于以往常规形式通信方式,在发生不可抗力或人为原因造成的突发事件时,已有通信设备因种种原因已无法正常工作,并成为保证紧急救援或必需的一种通信手段和方法。应急通信与常规意义的通信手段不同,需要随时对各类复杂的环境做出应对措施,处理各类随机突发事件,在应急通信抢险过程中充当着关键的角色。其技术性是否先进,应用性是否强大将直接影响应急通信的实施效果,关系到自然灾害抢险的成败及大型活动的能否成功举办。尤其是面对保障电网安全运行的电力系统特殊性,就对应急通信提出更高的要求,那么如何将先进的应急通信技术加以研究分析,又如何服务于现实中的电力系统,这正是本篇论文研究的初衷。

  笔者在对电网应急通信技术现状和需求充分调研的基础上,将应急通信技术引入到电力系统应急通信研究中,总结不足和突出问题,并重点放在电力系统对于突发状况的处理和解决的问题上,即突发状况线上处理、移动宽带运营以及如何解决移动互联网的全覆盖问题。基于对突发状况进行预处理和风险消除的前提,讨论电力系统应急通信技术,如:微波应急通信技术、卫星通信技术等主流移动互联网通信技术在电力系统应急通信的具体应用,用测试验证应用结果。

  关键词:电力系统,应急通信,网络架构,通信技术

电力系统

ABSTRACT

  As a necessary product for people's daily production and life, the power system is undoubtedly safe and reliable for its corresponding emergency communication, which will directly affect the safe and stable operation of the national grid. In the country's daily loss and basic energy demand, the power system is undoubtedly To play an important role, each of our citizens, every family's daily life and nationwide production operations are closely related. In recent years, domestic public events and natural disasters have occurred frequently, such as the Wenchuan earthquake, the snow and ice disaster, and the Zhouqu mudslide, which have caused different degrees of tests on the national power system. In addition, China has successfully hosted many large-scale conferences, such as the Shanghai World Expo and the Beijing Olympic Games. Emergency communications are also required as a guarantee. Since the communication means of ordinary meaning does not take into account the emergency situation or the communication needs of large gatherings, it is unable to meet the communication needs of similar situations. Whenever faced with similar situations, emergency communication highlights its application value. For various complex situations, emergency communication provides reliable guarantee for effective communication of information.

  Emergency communication is different from the conventional conventional communication mode. In the event of an event caused by force majeure or human causes, the existing communication equipment has been unable to work normally for various reasons, and has become a communication means and method for ensuring emergency rescue or necessary. . Emergency communication is different from conventional means of communication. It is necessary to respond to all kinds of complex environments at any time, to deal with various types of random emergencies, and to play a key role in the emergency communication emergency process. Whether its technicality is advanced and whether its application is strong will directly affect the implementation effect of emergency communication, and it is related to the success or failure of natural disasters and the success of large-scale activities. Especially in the face of the particularity of the power system that guarantees the safe operation of the power grid, it puts forward higher requirements for emergency communication. How to research and analyze advanced emergency communication technology and how to serve the real power system? Provide reliable protection? This is the original intention of this paper.

  On the basis of full investigation of the status quo and demand of power grid emergency communication technology, the author introduces emergency communication technology into the emergency communication research of power system, summarizes the shortages and outstanding problems, and focuses on the handling and resolution of emergency situations in the power system. The problem is the sudden on-line processing, mobile broadband operation and how to solve the full coverage of the mobile Internet. Based on the premise of pre-processing and risk elimination for emergencies, discuss the emergency communication technologies of power systems, such as microwave emergency communication technology, satellite communication technology and other mainstream mobile Internet communication technologies in power system emergency communication, using test verification applications. result.

  Keywords: Power system, Emergency communication, Network architecture, Communication technology

目 录

  第 1 章 绪论

  1.1 选题背景及意义

  近些年,国内公共事件和自然灾害的频繁发生,比如汶川地震、雨雪冰冻灾害和舟曲泥石流等,都对国家电力系统造成不同程度的影响。2015 年 7 月代号为“亚马逊”

  的超级台风登陆我国境内,类似的不可抗力破坏强大,对相应沿海城市电力系统造成极大损坏,尤其是 500kV 及以下含有大型瓷套管的高压电气设备,包括变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等[1].在以往,每当类似情况发生时,电力系统应急救援人员必须要在规定时间内将供电系统恢复,如果超过这个时限,国家将会遭受更大的损失。但现实中往往由于常规公共网络运行设备被破坏,通信网络处于瘫痪状态,发生灾情的地区无法保持与外界的正常通讯,造成应急抢险不能准确定位,延缓抢险进度,从而对受灾地区造成更大的损失。为了有效降低以上突发情况的发生概率,应急通信的重要性上升到前所未有的高度。人类虽然无法控制以上类似自然灾害的发生,但在灾难面前要积极采取应对策略,将损失减少到最小。

  除大型自然灾害以外,应急通信还会应用于大规模集会,如:北京奥运会、APC峰会等。类似的集会往往周围人数会大量增多,正常的通信系统不能满足通信需求,需要应急通信系统及相关设备的应急保障。

  应急通信这个名词虽说有些陌生,但在古代就已有类似的通信手段,如“烽火告急”、“飞鸽传书”等。伴随网络信息技术水平的提高,应急通信的概念也有所变化[2].

  现如今应急通信的概念区别于以往常规形式通信方式,在发生不可抗力或人为原因造成突发事件时,在已有通信设备因种种原因无法正常工作的前提下,为保证紧急救援或必需的一种通信手段和方法。

  由此可见,电力系统的应急通信是否安全可靠,将直接影响电网的安全稳定运行,并关系到人民生活和国家安全。而应急通信有别于常规意义的通信手段,各种应急通信环境纷繁复杂,尤其电力通信作为电网安全运行的重要保障,其对应急通信有特殊的需求。要在复杂环境下应对处理各种随机情况,就不得不考虑应急通信技术的应用特性。应急通信技术在抢险过程中无疑扮演着至关重要的角色,其技术性是否先进,应用性是否强大将直接影响应急通信的实施效果,关系到自然灾害抢险的成败及大型活动的成功举办。

  1.2 国内外研究现状

  1.2.1 国外研究现状

  当今,随着气候极端现象和自然灾害的频发,其影响从某种程度上说已由单纯的某一个国家上升到国际范围,应急通信技术水平和管理体制水平将直接影响国家民生[3].

  国外应急通信技术研究起源较早,资金投入相对较高。拿欧美和日本等国家举例,这些发达国家将应急通信技术作为常规通信技术有效的补充,一般由国家主导电信运营商进行研究开发。当然,这些优先研发应急通信技术的国家也从此项技术研究和应中处于领先的地位。

  随着突发事件及自然灾害的频发,应急通信技术中公有网络设备和专网的连通性问题及各个应急救援组织单位设施协同问题都是近年来各个国家涌现比较突出的问题。某国家研究出一种通过 AdHoc 技术搭设自组织架构的应急通信系统,该通信系统具有功能性强且组网灵活的优点,可迅速而有效满足电力系统应急现场通信的需要。

  移动多跳 AdHoc 网络通信技术通过搭建设备组合方式来搭设多跳无线联通的点对点信息网络[4].我们可以将移动通信设备为媒介,利用 AdHoc 通信技术在应急现场起初时期快速建立稳定的应急通信网。以此项技术为基础,许多国家将其进行了深入研究,时机网络、Mesh 网络等即是利用多跳 AdHoc 应急通信技术组成特殊应急通信网的成功应用。这些应用在电力系统应急现场能起到至关重要的作用:采用 Mesh 网络应急通信技术可将应急现场仍然可用的通信设备进行无线业务功能补充;用 Manet 应急通信技术引申的应急通信车组网技术亦可实现救援通信;利用传感器网络可进行电力应急现场的数据监控、收集等等,应用效果都很明显。

  应急通信研究中,在无线技术方面,Fang Jia 等人在 2013 年对 Mesh 技术应用协议进行研究改进,提出一套应用性更强的网络功能整体拓扑应用方法,在此基础上实现了利用非全球定位系统的有效定位,实现了技术突破[5];R.R.Rao 和 R.B.Dilmaghani同样是在 2013 年,构建模拟应急环境,设计出一套搭建无线通信设施的方法,并对其应用性进行了验证;在 2014 年,Pirzada 研究小组重新规范了无线应急通信协议,完美的解决了其他无线路由协议在 Mesh 无线网络中信号不达标的弊端,更加提升了其应用性能[6].

  在应急通信技术的应急通信网研究中,为了提高应急通信网络互通的标准化、规范化程度,英国学者在 2012 年将广域网技术应用到应急通信 Ad Hoc 网络中,此项技术可以实现空中卫星与地面基站点对点的数据互通[7].Johan Bergs 在 2013 年提出一种可排除 802.11 无线干扰影响的多功能频段、不同接口的应急专用网络,在这种网络下进行通信极大提高了传输质量;2013 年,美国学者模拟应急场景,为了应对多种应急突发情况,设计出一套支持应对突发事件情况的智能外界环境服务系统,为该专业提供新的思想[8].

  可想而知,各种应急通信环境纷繁复杂,要在复杂环境下应对处理各种随机情况,就不得不考虑应急通信技术的应用特性。Kenichi Mase 设计出一个天空无线网络应急方案,该方案完美结合了卫星通信网络和 Ad Hoc 应急通信网络,为电力系统应急通信与公网通信提供了良好的传输载体[9].美国研究小组设计出一种综合复杂应急 Mesh 网络,由于其建设价格低廉、相应速度快,可被普遍推广应用。Azzedine Boukerche 等人通过研究试验总结研究出一种应急通信网络技术的框架,它可将移动协同虚拟环境下所有应用得以实现[10].美国学者通过对无线网络和移动通信网提出了一种适用于复杂环境下救援应急通信的多功能的无线移动网络,其应用测试效果也得到同行业专家的普遍认可。

  1.2.2 国内研究现状

  由于相对资金投入比重还不够大,研究起步的时间也较晚,相对于投入研究较早的欧美国家,技术先进性方面还存在一定距离,但我国应急通信技术研究进步却非常迅速。在应急通信理论技术研究方面,国内也进行了大量研究。许建等学者提出了地理信息系统技术在电力系统应急环境下通信技术的可行性研究及具体实施策略,明确将地理信息系统技术建立的应急系统可有效地对电力应急现场进行应急管控[11].罗成旭将应急通信的互联互通问题展开研究,并设计出一种基于网络技术的多功能互联网络信息平台,详细说明了建设方法,互联互通接口不规范问题得到解决。翟晓敏等参考辅助应急技术系统研究案例,结合数据库技术、继承网络技术等进行研究,为相关研究提供了有效依据[12].以孙燕为代表的研究小组,设计出一个可以将 Ad Hoc 网络通信技术、卫星通信技术等相融合的应急通信方案,其很好地解决了应急现场用户设备互通及应急现场场内与场外设备互通问题,为相关研究提供了很好的借鉴[13].阮建英等人设计出一种 WiMax 应急通信模型,并提出一整套应急通信网络的解决方案。在此研究基础上,设计出现场 WiMax 网络的搭设方法和对应急指挥中心与 WiMax 的长距离通信实施方法。刘玉藏为代表的研究小组通过归纳实际应急通信经验,将智能网通信平台优化,提高了智能网通信平台应急响应处理能力。张静研究小组将综合网络构造的动态频谱技术应用到应急通信技术中,是对 XGEN 应急通信技术的传承和发扬,为相关研究提供借鉴[14].

  当然,其他应急通信技术的研究也有一定成果,尤其是针对电力系统的应急通信研究。如一些应用性很强的技术:电力系统检测报警技术、应急网络处理能力评测技术等。这些技术在电力系统应急通信中发挥着重要的作用,如电力系统检测报警技术是一种针对网络损坏达到阈值报警的技术,一旦数值大于等于事先设定好的阈值,系统会自动判定为紧急事故,启动应急处理方法,同时发出告警提示[15].电力系统应急网络处理能力评测技术是针对电力系统应急网络的各项指标进行量化,对相关网络容灾性进行综合评估的一项技术,该技术可以及时发现一个不健康网络的危险节点,并及时告警[16].以上技术不但为电力系统应急通信救援提供了有效帮助,还为今后应急通信技术的发展提供了有利借鉴。

  1.3 本文主要研究内容

  应急通信是区别于以往常规形式通信方式的,在发生不可抗力或人为原因造成的突发事件时,已有通信设备因种种原因无法正常工作的前提下,为保证紧急救援或必需的通信手段和方法。而电力系统的应急通信是否安全可靠,将直接影响着电网的安全稳定运行,并关系到人民生活和国家安全。本文首先从电力系统应急通信现状和需求进行充分调研,并将应急通信先进技术引入到电力系统应急通信网的研究中,总结不足和突出问题,将重点放在对电力系统的应急通信技术的研究与应用上,其中包含了移动网络的关键技术、应急通信网络系统架构及相关内容以及有关无线网络规划有关的知识等。在对应急通信技术研究的基础上,讨论电力系统应急通信技术的具体应用。

  1.4 论文结构

  文章一共分为六个章节,首先是论文概述部分,介绍选题背景及国内外研究现状;然后在对需求充分调研的基础上讨论电力系统应急通信需求分析,从而引出电力系统应急通信技术应用研究与实现,并介绍电力系统应急通信技术的具体实例应用,最后提出论文的结论与展望具体论文结构为:

  第一章是论文概述,分别从论文选题背景,国内外研究现状和论文研究内容及论文结构等四个方面对文章加以概述。本章主要明确该文章的写作目的,目前国内外相关研究现状,并对整体研究内容和结构加以阐述。

  第二章对电力系统应急通信技术应用现状进行详细调研。首先对应急通信加以概述,分别介绍了常规应急通信方式和特殊环境的应急通信方式,其次介绍了电力系统应急通信技术应用现状及问题,具体以电力系统通信技术体系现状和电力系统通信应用技术问题调研两个方面展开讨论。

  第三章主要介绍电力系统应急通信需求分析,分别从电力系统通信技术需求分析、通信业务需求分析、通信安全需求分析等三个方面进行介绍,旨在为下一章的具体应急通信技术的应用研究提供理论基础。

  第四章研究内容为电力系统应急通信技术应用研究与实现,为整个文章的核心章节。本章将从移动互联网通信技术、微波通信技术和 VSAT 卫星通信技术等三个具体的核心应用技术展开研究,分别介绍每一个应急通信技术的应用研究和具体的实现方式。

  第五章是在对第四章具体应急通信技术应用研究基础上,介绍移动互联网通信技术、微波通信技术和 VSAT 卫星通信技术等急通信技术的应用测试结果进行考量,并对结果进行分析评估。

  第六章内容是论文的结论与展望。主要是对整个研究全文进行归纳总结,并为后续相关研究提出计划。

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  第 2 章 电力系统应急通信技术应用现状调研
  2.1 应急通信概述
  2.1.1 常规应急通信方式
  2.1.2 特殊环境应急通信
  2.2 电力系统应急通信技术应用现状及问题
  2.2.1 电力系统应急通信技术体系现状
  2.2.2 电力系统应急通信应用技术问题调研
  2.3 本章小结

  第 3 章 电力系统应急通信需求分析
  3.1 电力系统应急通信技术需求分析
  3.1.1 通信网络技术分析
  3.1.2 核心网交换技术分析
  3.1.3 承载网技术分析
  3.1.4 无线网络技术分析

  3.2 通信业务需求分析
  3.2.1 应急指挥需求分析
  3.2.2 语音业务需求分析
  3.2.3 数据业务需求分析
  3.2.4 多媒体务需求分析
  3.3 本章小结

  第 4 章 电力系统应急通信技术应用研究与实现
  4.1 移动互联网在电力系统应急通信中的应用
  4.1.1 概述
  4.1.2 移动互联网在电力系统应急通信中的应用研究
  4.2 微波通信技术在电力系统应急通信中的应用
  4.2.1 微波通信关键技术研究
  4.2.2 微波通信技术在电力系统的应用实现
  4.3 VSAT 卫星通信技术在电力系统应急通信中的应用
  4.3.1 VSAT 卫星通信技术原理
  4.3.2 VSAT 卫星通信技术在电力系统中的应用
  4.4 本章小结

  第 5 章 电力系统应急通信技术测试结果及分析
  5.1 微波通信技术测试分析
  5.1.1 测试原理
  5.1.2 测试工具
  5.1.3 测试方案
  5.1.4 微波通信技术测试结果分析

  5.2 VSAT 卫星通信技术测试分析
  5.2.1 测试原理
  5.2.2 测试工具
  5.2.3 测试方案
  5.2.4 VSAT 卫星通信技术测试结果分析
  5.3 本章小结

第 6 章 总结与展望

  6.1 总结

  电力系统的应急通信是否安全可靠,将直接影响着电网的安全稳定运行,并关系到人民生活和国家安全。而应急通信有别于常规意义的通信手段,各种应急通信环境纷繁复杂,尤其电力通信作为电网安全运行的重要保障,其对应急通信有特殊的需求。

  本文通过对电力系统应急通信技术的研究,主要进行了以下工作:

  1.对电力系统应急通信技术应用现状展开调研,着重对常规应急通信方式和特殊环境的应急通信进行讨论,并对电力系统通信应用技术的问题深入分析。

  2.分别对电力系统应急通信技术和通信业务进行了需求分析,在总结需求分析结果的基础上,重点对移动互联网通信技术进行研究,并以微波通信技术和 VSAT 卫星通信技术为例,分别进行了关键技术研究和相关技术在电力系统的具体应用实现。

  3.在深入研究几个关键技术及相关技术在电力系统的具体应用实现后,对其合理性与可行性进行测试、验证,并对测试结果进行分析、论证,形成结论。

  6.2 未来展望

  我国对于电力系统应急通信技术的研究着手较晚,所以在研究的深度和广度上可以深入挖掘,发展的方向笔者认为可以从以下几个方向开展:

  1.由于电力系统的特殊性,对于应急通信技术也有一定的要求,在已有的或者正在研究的应急通信技术中筛选出适合电力系统需要的是今后研究的重点。

  2.选好适合电力系统需求的急通信技术后,如何将二者有效结合,并应用到具体的电力系统的实践中,真正发挥应有的作用,将理论知识转化为实践应用,同样意义重大。

  3. 目前,许多新兴的应急通信技术正逐渐研究成熟,如:无线自组网技术、WiMAX技术、IP 微波技术等,相信在不久的将来,这些新兴技术会相继应用到电力系统的应急网络中,成为未来电力系统应急通信技术应用研究的热点。

  参考文献

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