电力需求的增长和低碳发展的要求促使配电网向着智能化方向发展。智能电网的实施使得一次、二次设备增多，电网规模扩大，现场和IT设备间传输的信息量也大大增加。波动性分布式电源的大规模并网，储能装置以及主动负荷的接入将极大地影响供电可靠性和电能质量，使得电网的控制变得更加复杂，容易造成通信可靠性问题。通信系统作为智能电网中智能量测、能量管理、自动控制及保护等功能的支撑，面临很大的挑战。
在智能配电网中，现场总线主要解决智能电能表等现场设备之间以及现场设备和配电自动化等高级控制系统之间的信息传递问题。不同通信技术组建的网络有不同的优缺点。如何部署通信基础设施，在满足配电网对速率、时延和可靠性等需求的同时，尽量减少不必要的投资，是当前智能电网需要解决的问题。因此，有必要对当前主流的通信技术及其应用情况进行充分的了解，为我国配电网智能化的发展提供参考。
欧洲配电网智能化系列专题已经介绍了欧洲配电网智能化发展的驱动力和需求分析、应用场景及其功能、标准化工作及其控制技术，在此基础上，将继续介绍配电网通信技术、规划技术和数据仓库技术等相关智能化技术的进展情况，本文将详细介绍通信技术的发展趋势。
智能电网的区域网络为通信技术开启了一个独特的市场。本文介绍到目前为止现场总线部署中最流行的可应用技术，包括PLC(电力线载波)、BPL(宽带电力线)、专用无线(RF-无线射频)、公共无线(GPRS/GSM/3G/LTE)和WiMax 5种通信技术。
不同的通信技术在组网时需要的设备不同，而生产设备的厂商也有很多，智能电网中部署的种类繁多的设备之间要实现互操作，需要满足一定的标准。IEC 62357给出了电力设备间互操作的参考架构，见图1。
图1 用于电力设备间互操作的可用标准1.PLC(电力线载波)
电力线载波通信使用中，低压电线提供电信服务。在非专用信道中形成了窄带和宽带2种主要的应用模式。窄带PLC频率低、带宽窄，因而数据传输速率低、通信距离长;而宽带PLC则主要为互联网和多媒体提供高速短距的基本通信服务。
在此考虑的“窄带PLC”是一种在中、低压网中速率可达2～150kbit/s的技术。PLC技术可通过使用电力线来携带数据，从而不需要重新建设昂贵的网络基础设施。因此，PLC技术具有以下优势：①网络所有权：智能电网网络的建设和运营都由拥有物理设施的同一个公司负责;②网格拓扑结构：通信网和电网架构相同;③故障检测：可对设备的运行方式以及结构配置进行分析。此外，PLC网络跟随配电线路建设，从而可反映电网所处的地理信息。
欧洲智能电网的窄带PLC部署采用了欧洲电工标准委员会(CENELEC)预留给电力企业的3～95kHz频带，即CENELEC A频带。这部分频带极易受到噪声干扰，比如汽车驶过道路或者喷泉广场的声音。图2所示为由欧洲电工委员会 EN 50065-1定义的频带及其使用情况。
目前，根据调制技术的不同，已经用于部署的PLC技术主要有5种。
图2 欧洲的PLC网络频带分配2.BPL(宽带电力线)
BPL通常使用1MHz和50MHz之间的频谱，有大量的可用频段(比PRIME更多)，这使得当某些频率受到干扰时，数据包有更多的选择，因而其可靠性高于PLC。但是，高频率也使其通信距离及线路长度变短。BPL速率约为1～5Mbit/s，甚至在中压线上可达15Mbit/s。这远远超过了旧窄带PLC技术(1～2kbit/s)以及像PRIME这样较新协议(>100kbit/s)的速率。
BPL节点可以设置在网状网络中。由于BPL网络有如此高的带宽，因而可以容纳更多的设备以及增加除抄表以外的功能，也可以作为局域网和广域网之间的桥接技术，适合设备密度高的城市环境。其端点不是单一的设备，而是利用“网关”连接到多个电能表或传感器。BPL网关通过ZigBee或M-Bus(读表标准)等二次技术实现与电能表等设备通信。但是，由于BPL比其他通信方式更昂贵，且存在干扰和可靠性不高等问题，过去很少有供应商成功应用BPL。
专用无线(RF-无线射频)
专用无线是目前美国最具影响力的网络技术，由Aclara、Elster(埃尔斯特)、Itron、Landis+Gyr、Silver Spring Networks(银泉网络)、思科(CISCO)以及Trilliant等公司提供。其使用900MHz或2.4GHz频段(或其他授权频段)，采用网状或者星形拓扑结构。相对于电力线载波技术而言，专用无线技术对噪声和干扰不敏感，有更高的可靠性和更快的传输速度。星形拓扑结构便于移动终端切换，同时更适合高带宽的应用，见图3。
图3 星形拓扑结构
而网状拓扑可靠性更高，并通过可靠的多路径提供冗余保护，见图4。与星形网和公共蜂窝网相比，网状网更适合分布式控制，通常可实现自动搜索和动态路由，网络设置相对简单。
图4 网状拓扑结构4.公共无线(GPRS/GSM/3G/LTE)
在智能电网风力发电方面当前排行第三的通信方式就是公共无线技术，由美国AT&T和Verizon、欧洲Vodafone和Deutsche Telekom等移动供应商提供。公共无线的优点是不需要电网自己拥有、管理或者维护无线网络，可租赁现成的网络。而公网供应商可将网络的建设、维护和升级到费用分摊到多个用户身上。长期来看，公共无线技术可更方便的在现有基础上提供更多的功能。
但是，由于电网的设备分布广泛，典型的公共无线并不能覆盖到全部设备，所以需要增加少量的通信设施。而且，电信运营商需要定期更新通信系统，这也将产生额外费用。同时，公网的时延不稳定，城区用户掉线率高，可靠性低等问题还需要改善。电网也不愿在停电管理等关键应用方面依靠第三方运营商。
WiMax
WiMax与LTE一样也是一种4G通信标准。根据IEEE 802.16标准规定，其速率可达72 Mbit/s，支持不同的网络拓扑、多种传输模式和带宽，可满足不同的传播条件和用户需求。WiMax技术对视线(LOS)内的点对点通信采用定向天线，最远可达50km。而对于视线之外(NLOS)的宽带通信采用全向天线，覆盖范围为几千米。
WiMax系统可提供速率为30～40Mbit/s，未来有潜力发展到1Gbit/s。由于WiMax拥有充裕的带宽可支持数百个终端设备收发信息，因而常被用于“中继”通信。WiMax采用网状拓扑结构，可以通过建设专网来连接智能电能表和集中器。但是，电网公司要想在智能电网中部署WiMax专网，就不得不承担相应的许可费用。美国和澳大利亚的多数的试点工程采用的都是Alcatel-Lucent、AirSpan和GE Energy(通用电气GE在密歇根州和得克萨斯州进行的智能电能表项目)的无线技术。
结语
上述通信技术在各层采用的技术和标准有所不同，其特点也各不相同。由对比可以看出，电力线载波和公共无线技术初始投资较少，对于实现在现有电网设施基础上向智能电网的演进是很好的选择。尽管很多电力企业对公共无线存有戒心(尤其像美国这样喜爱“拥有和经营”自己的网络模型的国家)，公共无线技术还是很可能在智能电网AMI工程中胜出，运营商在智能电网领域将会更加主动。由无线网状网和PLC结合而成的混合网络可以成为AMI工程在复杂地形区域提供服务的选择。
由欧洲智能电网试点工程中通信技术应用的情况可以总结出以下几点：
①网状拓扑结构的通信网更适合智能电网。②现有通信技术都存在有待解决的问题，比如PLC的抗干扰问题、RF射频和WiMax的频段授权问题以及BPL和公共无线的运营费用问题。③从速率、成本和安全等单方面考虑，现有的通信技术能够分别满足智能电网的要求，但综合来看，还不能决定哪种组网方式最适合用于智能电网。
未来还需要根据智能电网中不同的业务、环境对通信的需求进行定量的分析，才能找到较为合适的选择。而通信技术一直在向着更高的速率、更可靠的通信方向发展，未来智能电网将会有更多的通信技术可以选择。
