宽带接入技术综述

2024-05-11|版权声明|我要投稿

宽带接入技术综述(共5篇)

宽带接入技术综述 篇1

一、宽带接入的主要驱动力

近年来,以因特网为代表的新技术革命和电信体制改革,正在深刻地改变传统的电信概念和体系架构。传统电话网将不可避免要过渡到以数据业务特别是IP业务为中心的下一代电信网。这种下一代电信网的基本特征将是宽带化和IP化。接入网正在经历有史以来最剧烈的变化,主要的驱动力有五个:

(1)由于电信市场的全面开放以及有些国家电信公司和有线电视公司的分离,电信公司已经或即将面临来自有线电视公司在数据和电话业务方面的激烈竞争,为了保护其已有用户,电信公司不得不开始大规模敷设宽带接入网。

(2)目前核心网的实用化波分复用系统的容量已达1600Gb/s。另一方面,用户端终端的速率也在突飞猛进,其CPU的性能每18个月就翻一番,低成本吉比以太网将局域网的速率提高了一个量级。然而,面对核心网和用户侧带宽的快速增长,中间的接入网却仍停留在窄带和模拟的水平,而且仍主要是以支持电路交换为基本特征,与核心网和用户端的发展趋势很不协调。显然,接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈,接入网的宽带化和IP化已经成为接入网发展的主要趋势。

(3)由于数据,特别是IP业务的分流,传统电信运营商固定网中与话音有关的一切,包括接入、资费等都在走下坡路,为了增加新的业务增长点,宽带接入正成为固定网的出路和未来。

(4)政府的管制和政策的影响也会在相当程度上影响宽带接入的发展,政府在宽带接入发展领域可以作的事不少,诸如消除法规障碍、放松管制、制定产业鼓励和税收鼓励政策、加速折旧政策等。例如韩国将发展宽带接入作为国策,大力倡导并给于各种政策倾斜,于是几年内,韩国就成为宽带接入发展最快的国家。又例如,用户环路的非绑定政策的实施也肯定会在一定程度上刺激ADSL的发展。

(5)技术进步和技术创新的驱动,近几年来,由于微电子、光电子、软件技术、系统技术(例如以太网技术)方面所带来的巨大进步,使各种宽带接入技术的实现成为可能,而且其成本在继续下降,这就在客观上为宽带接入的发展准备了条件。

二、宽带接入方式

上世纪70年代末80年代初,国外出现数字用户环路的概念。随着光通信技术和高速调制技术的突破,以及用户对高速数据业务和多媒体业务需求的推动,接入网技术在90年代飞速发展。总的特点是,设备的标准化程度更高,接口更开放,用户接口速率更高,对不同业务的支持能力更强。

宽带与窄带一般的划分标准是用户网络接口上的速率,即将速率超过2Mb/s的用户接入称为宽带接入,对最低接入速率则没有限制。窄带接入系统是基于支持传统的64kb/s电路交换业务的,对以IP为主流的高速数据业务支持能力差。宽带接入系统则是以分组传送方式为基础,具有统计复用功能。宽带接入网适合用来解决高速数据业务接入。

我国接入网的建设始于90年代中期,到目前为止网上运行的接入网设备绝大部分是窄带接入系统。1999年开始出现较大规模的宽带接入网试验。

由于市场需求的推动,宽带接入技术这几年有了较大发展,呈现百花齐放的状态。基于铜线(缆)的接入技术有xDSL (如HDSL,ADSL,VDSL等),Cable Modem等;基于光纤的接入技术有有源光接入和无源光接入等;另外还有固定无线接入技术。这给运营商增加了技术选择余地。宽带接入方式分为有线方式和无线方式:

⊙有线接入方式包括:ADSL/VDSL (电信),HomePNA(电信),HFC (广电),FTTX+LAN (电信、IP运营商),以太网,光纤接入。

⊙无线接入方式包括:LMDS (电信),无线局域网。

1. ADSL/VDSL

这是基于PSTN的接入技术,即借助已有的电话线路,采用各种先进的调制技术和编码技术来提高铜线的传输速率,实现宽带(或准宽带)接入。

(1) ADSL (非对称数字用户环线),利用一对现有的电话线,为用户提供上、下行非对称的传输速率,下传速率可达1.5Mb/s~8Mb/s,上行速率为640kb/s~1Mb/s,其实现时的具体差异主要由所用的ADSL Modem、局端ADSL设备性能、传输方式、传输介质(物理链路)的好坏及传输距离所决定。

由于ADSL的用户线路主要由电话线(一种低标准的UTP)组成,数字信息的衰减主要与传输和信号频率有关。在相同的传输速率下,线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。随着传输速率的提高,ADSL的有效传输距离将随之缩短。考虑到我国电话网络的实际情况;电话电缆的抗干扰性能较差,易串音,线路转接头过多,线径不一致造成阻抗不匹配,故ADSL的实际应用通常在2Mb/s速率以下、3.5km范围以内。电信部门对一般家庭用户提供的多为512kb/s的速率。

由于ADSL技术是一种比较成熟的技术,在进行数据传送的同时,还保留着普通电话的业务,是一种“两网合一”(电话网、宽带网)、用户独享宽带的“在线”接入方式,也是当前欧美发达国家常用的宽带技术之一。在美国目前已有8000万左右用户的电话网地区有ADSL接入服务,其中约6000万用户可申请ADSL接入。

(2) VDSL (甚高速数字用户环线)是xDSL技术的新一代产品,它比ADSL有更高的带宽、使用上也更为简便。与ADSL一样,VDSL也采用频分复用方式,将POTS及VDSL的上、下行信号分配在不同的频带内传输,但它的传输速率却远高于ADSL,可以支持13Mb/s~27Mb/s的下行速率和3Mb/s的上行速率。根据传输介质和速率的不同,VDSL传输距离可以从300m~1500m,从目前的设备状况来看,一般传播距离在500m以内。由于传播距离的限制,使得VDSL技术的应用受到一定的制约;另一方面VDSL尚未出台正式的国际标准。

2. HomePNA

这也是基于PSTN的接入技术,是一种同时提供电话业务和宽带业务的“二合一”网络,该组网方式与ADSL技术相类似,也是利用用户已有的电话线路(铜缆双绞线)作为传输介质,可为每个用户同时提供电话业务和高速数据服务。Home PNA(Phone line Network Alliance)可在一对铜芯电话线上支持对称的上、下行1.0Mb/s (1.0标准)一10Mb/s的高速数据传输,有效传输距离在300m~500m左右。目前,国内已有少数几个城市(如深圳)的电信部门开展了此项业务。在HomePNA方案中,小区内的布线均为电话双绞线,每个用户终端通过一块带RJ11口的HomePNA网卡接入网络,每户电话双绞线的另一端通过大楼或小区内的通信电缆与小区中央机房内集中设置的HomePNA集线器相连。而多个HomePNA集线器连接到一个LAN Switch,而后通过光纤(155Mb/s或622Mb/s或更高)接入城域宽带主干网。这种方案实质上是FTTZ+HomePNA方式,该方案的特点是:

O直接利用小区现成的电话网络线路,无需重新布线,故工程量少线缆成本低。

⊙网络为星形结构,一对电话线可同时提供窄带(电话)和宽带接入服务,用户独享1Mb/s带宽。

⊙HomePNA集线器的端口有隔离功能,能确保网络用户的安全隔离。

3.HFC(光纤同轴混合网)

该种组网方案是广电部门大力推荐的方案。HFC网由光纤干线和同轴电缆分配网络组成。在住宅小区内,HFC网络拓扑基本上仍保留着原CATV网的结构形式,即为树形-分支型(总线式)同轴电缆网,而不是星形网络结构。HFC网络的频率带宽可达870MHz,其中,50MHz~550MHz频段用于模拟电视信号的传输,而550MHz~750MHz (也可达870MHz)频段用于下行数据传输。我国一般采用北美标准,以16/64/256QAM调制方式传输数据,当采用64QAM调制方式时,传输速率为可达27Mb/s,若采用256QAM调制方式时(此时要求高质量线缆),传输速率可达40Mb/s。上行传输则采用5~40MHz频段,以QPSK调制方式上传数据,一般最高速率可达5Mb/s,每个用户只要在原有电视终端插座上加插一个Cable Modem就可实现边看电视边高速上网。

然而需要指出的是,与电信的ADSL/VDSL或HomePNA方案不同,HFC网提供的27Mb/s (或40Mb/s)下行速率和5Mb/s的上行通道是由全体小区住户们共享的,小区住户上网人数越多,每个用户动态分配到的带宽就越窄、传输速率就越低,而电信方案中ADSL/VDSL或HomePNA提供的512kb/s (或640kb/s或1.OMb/s)通道是独享的。此外,由于原有的CATV网络大多是单向传输(广播式)网络,不符合双向交互式服务的要求,必须进行双向HFC网改造。在经过多年的研究和试验后,Cable Modem技术已趋于成熟,工业标准也已经完善,用HFC技术构造宽带接入网已经进入商业化推广应用阶段。在美国,到1999年底为止,大约有300万用户采用了双向HFC网提供的宽带服务。在我国,目前以HFC构造宽带接入网的成功案例并不多,这主要是由技术和经济两方面的原因引起的。一方面,双向HFC网的建设(或改造)需要较大的投资,使用户的宽带接入成本偏高。其二,由于国情的不同,我国住宅小区的住户密度较高,使得树形-分支型(总线式)HFC网络的“固有”缺陷,下行共享带宽和上行的“漏斗效应”较为突出。此外,网络本身的安全保障也还亟待加强(HFC网各用户间的隔离较差)。

4. FTTX+LAN

这是基于Ethernet的宽带接入技术,也是目前电信部门和IP运营商(它们无法提供ADSL/VDSL或Home PNA式的宽带接入)大力推荐,并展开激烈竞争的宽带接入方式。在这种接入方式中,传输介质是由光纤和铜芯UTP线两种材料构成的。其中FTX可以是FTTC (光纤到路边)、FTTZ (光纤到小区)、FTTB (光纤到大楼)、FTTF (光纤到楼层)或FTTH (光纤到户)。从目前情况来看,FTTH的成本太高且需求有限,除少数高级别墅区可以考虑外,在一般住宅小区中很少采用。FTTF的情况也与FTTH相类似,它更适合于每层平面用户较多的办公写字楼的场所,在住宅小区应用较少(通常住宅楼层每单元的住户仅为2~6户)。

在住宅小区中,主要采用FTTB (或FTTZ)+LAN方式,由于LAN多采用快速Ethernet组网方式,所使用的铜缆多数是五类或超五类甚至六类UTP (至少也是3类UTP),其数据传输性能和抗干扰能力远优于普通的电话电缆。若采用千兆位以太网组网技术,可轻松实现10Mb/S到户100Mb/s到楼的宽带接入服务,小区光纤的出口可直接接至城域光纤主干网、ATM主干网或经相关网络设备接入因特网。

由于采用光纤到大楼(FTTB)或光纤到小区(FTTZ)的方式,从而解决了五类线缆传输距离的限制。光纤到楼后接入网络端口分配单元(NPPU),由光电转换设备(O/E)和楼层交换机等构成网络端口分配单元,分配后的网络端口为10BASE-T.通过五类UTP送至每户的高速数据插座(RJ45)。通常楼层网络设备多设在底层的弱电小室内,但当住宅楼较高时(如100m左右),需考虑楼层网络设备安放位置,以满足最高层用户五类UTP线缆长度的要求。

该方案的特点是:

⊙LAN能为每个家庭提供10BASE-T的端口,可达10Mb/s速率。

⊙LAN也支持小区物业管理信息平台。

O网络端口数扩展和性能提升较方便。

⊙因为采用共享式网络技术,有潜在的网络安全问题。

⊙需要在小区实施PDS布线,初期投资成本相对较高(但有较明显的降价空间)。

⊙如果不能解决小区光纤的出口带宽,则无法保证整个小区的高速上网(这一点需特别提请房产开发商和小区住户注意)。

由于FTTB (或FTTZ)+LAN的方式可以提供每户10Mb/s的宽带接入服务,而且网络设备及线缆的降价趋势明显,所以是一种升级潜力大、扩容成本低的宽带接入方式。国内许多新建的住宅小区都已采用了这种宽带接入技术。

5. 以太网

以太网是一种物理层和数据链路层标准,传统以太网技术不属于接入网范畴,而属于用户驻地网(CPN)领域。然而其应用领域却正在向包括接入网/城域网在内的公用电信网领域扩展。目前,无论是5号缆上的有线以太网,还是基于802.1 1b标准的无线以太网发展势头部很猛。按照IDC的统计(July,2001),2000年以太网端口占全球销售数据端口的91%,目前已成为仅次于供电插口的第二大住宅和办公室公用设施接口。从各类以太网看,10Mb/s以太网交换机已经基本退出市场,被10/100Mb/s自适应以太网交换机所代替,吉比以太网交换机的份额迅速上升,目前已经占到整个以太网市场的26%。其应用范围也逐渐从企业网为主转向服务提供商为主。一旦IEEE 802.3ae 10吉以太网标准最后通过以及技术稳定,10吉以太网将成为重要的新增长点。

采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是已有巨大的网络基础和长期的经验知识,目前所有流行的操作系统和应用也都是与以太网兼容的。其初始成本和运营成本均较低、扩展性好、容易安装开通以及高可靠性。以大网接入采用异步工作方式,很适于处理IP突发数据流,技术已有重要变化和突破(LAN交换,星形布线,大容量MAC地址存储以及管理性等),与传统的以太网相比,除了名字以外,仅剩的特征只有帧结构和简单性仍然保留,其余基本特征已有根本性变化。容量分为10/100/1000Mb/s三级,可按需以64kb/s的带宽颗粒逐步提供所需的带宽直至1Gb/s,用户真正实现按需付费。特别是1Gb/s和10Gb/s以太网技术直接与光技术结合后,由于省掉了中间的ATM层和SDH层,可以使总的投资成本减少30%,而总的所有权成本(Ownership cost)降低40%。

目前全球企事业用户的90%以上都采用以太网接入。已成为企事业用户的主导接入方式。然而,由于认证计费、服务质量、可管理性、信息安全、可靠性以及实装率低等多种因素,以太网作为公用电信网接入方式尚需进一步改进。主要问题是:

(1)目前以太网还没有机制保证端到端性能,无法提供实时业务所需要的QoS和多用户共享节点和网络所必须的计费统计能力。

(2)以太网尚不能提供电信级公用电信网所必须的硬件和软件可靠性,特别是由于以太网交换机的光口以点到点方式直接相连,省掉了传输设备,不具备内置的故障定位和性能监视能力,使以太网中发生的故障难以诊断和修复。

(3)以太网也不能像SDH那样分离网管信息和用户信息,安全性不如SDH网。事实上以太网原来就根本没有也无须网内安全机制,而一旦用于公网,情况就完全不同了,安全机制成为必不可少的关键要求。

(4)以太网原来主要用于小型局域网络环境,操作管理维护和供给(OAM&P)能力很弱,且只有网元级的管理系统,其管理工具也不足以支持公用电信网所必须的网络范围的管理和视野。而在公用电信网中,必须有效地运行和维护大规模的地理分散的网络,需要有很强的OAM&P能力和网络级的管理能力和视野。

(5)以太网没有内置保护功能,主要靠路由器来实施保护,需要大约1秒的时间才能使数据流重新定向,使以太网无法传送电信级的语音数据流。

(6)以太网最适合高密集用户区应用,然而其低成本通常是在用户实装率至少超过30%时才有意义,而目前我国多数新敷设地区的用户实装率不到10%,这些地区敷设以太网的成本并不低,不如ADSL技术。

(7)以太网中光纤线路成本随节点数的增加而迅速增长,其网络成本对于复杂的大型电信级网络是否合算还是个未知数。因此,以太网主要适用于节点数不多的局域网环境。

只有妥善地解决了上述主要问题后,传统以太网才能顺利地应用于公用电信网的高密集用户环境。

以太网的一个最新发展是利用已有的电信网中的双绞线来传以太网信号,避免重新敷设较贵的5类线,IEEE802.8h小组已经开始制定相关标准。长距离以太网(LRE)就是这项技术的早期应用例子,可以分别在1000m,1200m或1500m距离上传输15Mb/s,10Mb/s或5Mb/s对称速率的以太网信号。这样就可以在不改变现有电信基础设施的条件下提供高性能比的以太网业务。

6.光纤接入

光纤接入网正越来越受到运营商、设备商、甚至是政府的重视。特别是作为光纤接入最有发展前景的宽带无源光网络(PON)技术正面临前所未有的机遇。这里所说的宽带PON技术,指的是基于以太网技术的EPON技术和具

有Gb/s传送能力的GPON技术,曾经风云一时的APON由于技术复杂、设备价格高,加之ATM网络在市场的萎缩,很难在将来的光纤接入市场中占据一席之地。

EPON是在一些设备商的推动下产生的,旨在将目前最为简单和应用最为广泛的以太网技术与PON系统相结合,以点对多点的方式解决以太网接入问题。EPON采用8B/10B码型、利用以太网控制帧来传送信息,是基于以太网帧结构、TDMA方式的宽带PON技术。EPON支持1.25Gb/s对称速率,支持10km和20km两种最大传输距离,支持的用户分支数为32路或16路。EPON技术相对简单、速率高、可扩展性强,能够以较低成本高效率地传送IP业务,与APON相比,具有更宽的带宽、更低的价格和更强的宽带业务能力。有些厂商还对EPON系统进行了改造,通过类似TDM方式定时发送分组信号来传送实时性要求强的信号,从而很好地支持TDM业务。

GPON是由运营商驱动的解决方案。在GPON标准制定初期,将FSAN中运营商成员的业务要求收集起来形成GSR (GPON业务要求)文件,并作为提交给ITU-T的标准之一,编号为G.GPON.GSR,GSR文件是GPON标准形成的基础。为了按照GSR中所描述的运营商业务需求定义一种传输速率更高、能高效支持多种业务,包括电路业务(TDM,PDH和SONET/SDH)、ETHERNET (10/100Mb/s)业务、ATM业务、专线业务等,并具有强大OAM功能和扩展能力的宽带PON技术,GPON引入了一个新的传输汇聚(TC)子层,采用ITU-TG.7041定义的GFP (通用成帧规程)协议用于多种业务的映射封装,将任何类型和任何速率的业务保持原有格式封装后由PON系统传输。根据帧封装格式,GPON可以支持622Mb/s,1.25Gb/s和2.5Gb/s上下行对称速率以及2.5/1.25Gb/s非对称速率;支持的物理传输距离不低于20km;支持的用户分支数不小于64路。GPON技术类似于MSTP技术,试图通过一个平台解决多种信号的传送与QoS问题。

目前EPON技术已经比较成熟,在国内外已有较多的厂商推出了EPON解决方案,并在国内开展试验和获得了少量应用。而GPON技术仍不十分成熟,目前只有国外的FLE×LIGHT宣称能提供GPON解决方案。GPON技术虽然是运营商所企盼的能高效综合各种业务的光纤接入技术,但是价格问题仍是运营商对这项技术感到困惑的关键要素,甚至有人认为,对于纯数据业务的接入而言,选择简单经济的EPON就足够了。

7. LMDS(本地多点分配业务)

这是基于微波通信的宽带接入技术,LMDS采用类似蜂窝通信方式,将一个住宅小区设为一个或多个服务区,在每个服务区内建通信基站,基站设备采用点到多点的无线链路实现与用户端的通信。LMDS工作在毫米波波段,主要工作波段有24GHz,26GHz,28GHz和38GHz,最常用的是28GHz波段。由于这一频段的技术实现难度很大,因而过去很少应用,频谱较为宽松,可用频带至少1GHz。若采用64QAM调制,则1GHz意味着4Gb/s的速率,十分可观。

LMDS是一种高速固定无线接入技术,可同时解决高速数据和话音业务的接入。它不需要市政管道资源来敷设光缆或电缆等线路设施,因此它是新兴电信运营商的最佳选择。

完整的LMDS网络包括3个组成部分:中心站、用户站和骨干网。中心站以蜂窝状进行配置,每个中心站以点到多点的无线链路和本中心站服务区内的用户通信。根据系统可用度的要求,每个服务区的覆盖半径为2~15km,各服务区之间可相互重叠。每个服务区又划分出许多扇区,可根据用户需求在该扇区内提供特定业务。各中心站通过光纤或者高速微波连入骨干网。LMDS系统调制方式主要分为PSK和QAM两种。

相对其他接入技术而言,LMDS有其固有的优势。首先,建设LMDS时,不像敷设有线接入设备那样需要市政管道资源;其次,LMDS安装调试容易。因而LMDS具有建设周期短、提供业务速度快的特点。LMDS的推广同样存在一些障碍,如高频段的收发信机成本较高、雨衰的影响等。还需要注意的是,LMDS需要视距传输,因而可能需要频繁调整LMDS收发设备,以避开新的建筑物,这必将增加运营维护成本。

LMDS可以提供从电视分配业务和电话到全交换式宽带多媒体业务在内的所有业务。但最有利的是为企事业用户提供数据业务和高速上网。LMDS不仅可以提供高速因特网接入,而且可以用来互连局域网,从而可望在企事业用户市场上获得部分市场。只用于单向模拟分配电视业务时,其成本可望小于MMDS的一半。如果仅用于话音则可以支持至少6万个电话用户。由于LMDS提供多点传输技术,新增用户时无须增加基站射频设备,便于快速扩展用户,加上成本较低(其E1成本可以比有线系统低30%),最适于新的电信运营公司。

LMDS系统尚处于现场试验和小规模商用阶段,能否大规模发展在很大程度上取决于能否开发出低成本的28GHz收发机来,这不仅取决于技术,也与缺乏统一标准有关。另外,还必须能妥善解决雨雪影响、视距传输和抑制信号干扰。总的看,在很多场合,LMDS更适宜于提供应急、备份、补充等应用,而非主要业务应用。

8. 无线局域网(无线以太网)

无线局域网(WLAN)又称无线以太网。这是一种计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它利用射频技术来提供传统有线局域网的全部功能,是一种能支持较高速率(11Mb/s乃至54Mb/s),采用微蜂窝或微微蜂窝的自我管理的计算机局域网技术,基于IEEE 802.11协议族(包括802.11,802.11a,802.11b,802.11g),其中802.11速率为2Mb/s,802.11b为11Mb/s,802.11a和802.11g可达54Mb/s。无线以太网主要使用2.4GHz ISM (工业、科学、医疗)频段和5GHz频段(802.11a使用5GHz频段),其中2.4GHz频段属于开放频段,各个网络使用者可根据需要,在不干扰其他合法系统的前提下自行建设。

无线以太网技术与有线网络技术相比,具有灵活性、建网迅速、个人化等特点。将这一技术应用于电信网的接入网领域,能够方便、灵活地为用户提供网络接入,适合于用户流动性较大且有较多的数据业务需求的公共区域(如机场、大型会展中心、高级宾馆等),需要临时快速建网的场合,以及难以采用有线接入方式的环境等。

无线以太网接入涉及一个无线与有线的混合网络,在技术上需要解决与(有线)以太网接入相同的问题和由于无线传输引入的新问题。无线以太网作为一种局域网技术,通常应用于企业内部。将这种技术应用于公用电信网的接入网领域,提供基于IP的多业务数据接入通道,适应可运营、可管理的目标,必须妥善解决认证计费和用户管理、用户漫游、用户和网络安全、用户切换、设备和网络管理、用户接入控制等多方面的问题。

总的看,尽管各国情况不同,无线以太网在世界范围内呈现良好发展势头。特别是3G的推迟给这种技术的发展和成熟提供了所需的时间。

三、宽带接入技术优缺点比较

每一种技术都有其优缺点,都有其适用的环境。对于网络运营商来说,在宽带接入手段的选择上不能就技术论技术,而应以市场、效益为中心。只有满足用户需求,适应市场需要,低成本、高效益的技术才有生命力。因此,运营商在发展宽带业务时应结合自身的特点,充分发挥已有的优势,以不过多地增加成本和降低服务质量为前提,努力寻找技术、市场与效益以及功能、性能与成本的平衡点。

Cable Modem接入方式对传统的有线电视公司来说,成本较低,功能和性能却不尽满意,但如果针对一些IPTV、视频电话、视频会议和在线观看的一些多媒体业务也是一种很不错的选择。当然,采用Cable Modem接入方式需要考虑的一个问题是用户不能太集中,否则每个用户的带宽没办法保证。

xDSL接入方式对传统的电话公司来说,成本低,对中国宽带用户来说,也比较适应原来的使用习惯,虽然上下行速率不对称,但能最大限度地利用传输线路资源。即使对视频电话和视频会议等流量对称的多媒体业务,其上行速率640kb/s也可以提供较为满意的效果,而且这种流量对称的视频业务占网络总流量的比例并不大。也就是说,经常使用这类视频业务的用户并不多,所以对中国宽带用户来说,xDSL是一种非常合适的接入方式。建设可运营、可管理的宽带接入网络必须解决一系列技术问题,包括用户管理、用户和网络安全、服务质量控制、网络管理等。Cable Modem对这些要求的满足都显得力不从心。只有xDSL接入方式采用星形的拓扑结构,才能为解决以上问题提供必要的基础。

以太网接入方式的使用成本很高,而且它起源于企业内部网,对所有网络用户都是信任的,并没有考虑安全方面的问题。利用它来建设一个互不信任的公共网络,还需要解决用户管理、用户和网络安全、服务质量控制等问题,这又加大了网络建设的成本。以太网适用于一些新生的网络运营商,他们没有有线电视网络和电话网络,开展业务时必须重新布放线路。这类运营商的目标用户群往往是一些商厦和住宅小区,用户非常集中,这样能充分体现以太网在局域网方面的优点。所以以太网接入方式对大客户、集团用户来说仍然是一个很好的选择。还有WLAN随着移动用户的增加和移动习惯的日趋形成,也是一种不可忽视的接入方式。

光纤接入虽然有了一些应用,但高成本依然限制了技术的应用,特别是光器件、光纤、光接续等技术和成本能否快速降低,在很大程度上决定了光接入技术的发展。FTTH光纤接入成为主流技术还需要时间。但无论如何,光纤应该最大程度地贴近用户,增大光单元(ONU)数量,减少铜缆长度,一方面可以开通更高速率xDSL,另一方面也为向光纤入户FTTH过渡作准备。

摘要:本文首先介绍了宽带接入的主要驱动力,接着是宽带接入方式的简介,简单介绍了ADSL/VDSL,HomePNA, HFC,FTTX+LAN,以太网,光纤接入以及LMDS和无线局域网技术,并对几种宽带接入技术优缺点进行比较,最后对宽带接入技术进行简单地总结。

关键词:宽带接入,ADSL/VDSL,HomePNA,HFC,LMDS,以太网,无线局域网

动态频谱接入技术综述 篇2

随着无线通信技术的飞速发展, 原本有限的无线频谱资源被划分给越来越多的用频用户, 致使用户可用的频谱资源日渐紧张。频谱紧缺的局面正是由传统的频谱分配方法所导致的, 传统的静态频谱分配模式将频段固定分配给用频用户, 只有被授予频谱使用权的用户才可以使用, 频谱利用率有待提高。动态频谱接入技术通过灵活利用授权用户空闲的频谱空穴, 使认知用户伺机分配到所需的频谱资源, 使频谱资源在时域和空域上得到充分利用, 提高了频谱利用率。

动态频谱接入研究现状

国外研究现状

现有动态频谱接入技术研究针对不同的研究目标, 提出了不同的研究方法。本文将多种技术通过抗干扰、提高频谱利用率、吞吐量最大化、公平性、延时性、能耗最小化、网络连通性这七个方面进行归类, 分别介绍新技术的特点, 并分析其优缺点。

1) 抗干扰

抗干扰指在有干扰的电磁环境中保障通信质量, 研究方法有:a) 2003年FCC推荐了干扰温度模型, 该方法通过制定干扰温度门限, 达到复杂电磁环境抗干扰的目的;b) A.Hoang和Y.Liang利用干扰图的方法来捕捉一对通信节点之间的是否存在干扰, 当动态干扰图上出现两个节点相连式, 可判定存在干扰情况;c) A.Hoang等利用信噪比的大小作为判断依据, 当信噪比值大于门限值时, 则判定可以正常通信, 该方法的缺点是当信噪比大于等于门限值与安全余量之和时才允许传送信息。

2) 提高频谱利用率

提高频谱利用率指将频谱最大限度地分配给认知用户, 研究方法有:a) X.Li等定义频谱效率为数据速率和信道带宽的比值, 通过最大化每个节点的发射功率以达到提高频谱利用率的目的, 该方法的缺点是会导致网络中更多的干扰;b) S.Byun等提出尽可能公平分配空闲频谱的方法, 但公平的方式并不总是达到最大化频谱利用率;c) L.Yu等提出最大化总的频谱利用率并最大化瓶颈用户的频谱利用率的方法。

3) 吞吐量最大化

吞吐量最大化指最大化网络或者单个节点的吞吐量, 研究方法有:a) X.Mao等采用节点为不合作方式的分布式频谱分配算法, 缺点是会导致在访问信道出现争用或者导致不公平;b) J.Wang等将所有节点总的吞吐量作为目标, 并可采用分布式或者集中式频谱分配算法以最大限度提高网络性能, 但缺点是会导致不公平, 使得一些节点无法传输信息;c) T.Kim等针对OFDMA认知无线网络, 通过认知节点从主用户网络借上行链路子载波上数据传输的最大化以实现吞吐量最大化。

4) 公平性

提高认知用户之间的公平性, 可以避免频谱分配的不公平现象, 研究方法有:a) S.Byun等利用集中式方法最大化每个认知用户的最小平均吞吐量, 但它没考虑高需求量应用用户的最低吞吐量的要求;b) Y.Ge等提出协同最大比例公平方法, 将认知用户根据的服务质量或不同吞吐量需求进行分组, 解决最低吞吐量的问题。

5) 延时性

延时的研究分为端到端延迟和切换延迟两种, 路由结合的频谱分配中通常需要考虑端到端延迟, 切换延迟时间是认知用户从一个频谱切换到另一个频谱的时间, 另外在切换过程中, 认知网络的发送或接收中断, 会导致在数据传输的额外延迟, 其研究方法有:a) G.Cheng通过合理的给节点分配频谱以使得路由内累积的延迟 (节点延迟与路径延迟之和) 最低;b) W.Lee提出了一个频谱决策框架, 考虑了切换延迟因素, 其目标是找到一个频谱分配方法, 将认知用户的归一化容量的总和最大化, 缺点是它使用固定宽度的频谱带, 与实际多数情况不相符;c) J.Wang提出了累积干扰和切换延迟最小化的度量, 允许权衡不同的干扰和切换延迟之间的权重, 在每一跳上分配信道和路径, 存在的问题是该方法只考虑了信道切换次数, 而不是在该路径上数据流的切换时延。

6) 能耗最小化

最小化认知用户能量消耗可以最大限度地提高总容量和最小化系统的总功耗, 研究方法有:a) S.Gao等, 提出了一个分布式频谱选择和功率分配算法, 并提出了一种分布式能量有效性频谱接入方案, 目的是最小化在所有子载波上每个比特的能量消耗, 因此目标就转换为找到次用户可选择的最佳信道数, 在保证其数据速率的要求时采用发送最小功率;b) L.Yu等提出了一种认知无线电Ad Hoc网络能量有效性频谱分配的方法, 利用信道最小化发射功率的思想, 将能量有效性问题转化为一个功率控制和信道优化相联合的问题;c) X.Li从能量有效性的角度研究了认知无线传感器网络中的信道分配问题, 提出了一种预测剩余能量的系数的方法, 但该算法并未考虑优于节点感知频谱所消耗的能量。

7) 网络连通性

为了保证用户服务质量 (Qo S) , 保持网络连通性至关重要。影响网络连通性的要素主要有通信链路使用频率、发射功率、节点距离和认知用户间干扰。针对网络连通性的研究方法有:a) A.Abbagnale等针对认知无线电Ad Hoc网络连通性的研究, 提出节点的距离、发射功率和频率选择会对网络连通性产生影响;2) Y.Li等利用图形着色规则, 提出认知用户之间的干扰对CRAHNs连通性有很大影响;b) M.Ahmadi和J.Pan建立了一个网络图, 以显示网络流量和认知用户之间的连接, 将信道分配给认知用户, 并最大限度地降低网络内的干扰。

国内研究现状

近年来国内也不断深入在动态频谱接入方面的研究, 针对不同的动态频谱接入研究目标, 提出了不同的研究策略。

以减小认知用户之间频谱共享时的干扰为目的, 贾蕴提出了认知无线电动态频谱接入的竞争与干扰规避策略, 减少认知用户的信道切换次数, 提高网络的稳定性。以能耗最小化为目的, 张旭等人提出了基于排队论的集中式频谱分配策略, 以授权和认知用户共存的复杂网络环境为背景, 基于排队论模型, 提出了一种效率高、能耗低的集中式频谱分配方案。以实现对认知网络的功率控制为目的, 张龙等人提出基于微分博弈的分布式非合作功率控制算法, 提出了一种认知网络的分布式动态功率控制方案, 控制平均功率门限, 提高认知用户通信质量。以提高认知用户吞吐率为目的, 彭晓东等人提出了一种鲁棒机会频谱接入策略, 较好的利用优质信道机会, 提高认知用户的吞吐率。

总结

本文简要介绍了国内外动态频谱接入技术的研究情况, 根据研究目标的不同将研究方法归纳分类, 并分析了各种研究方法的优缺点。可以看出, 动态频谱接入技术可以采用接近实时的频谱管理方式, 灵活分配频谱资源, 以适应不断改变的电磁频谱环境。但是现有研究方法仍存在不同程度的局限性, 因此进一步开展动态频谱接入技术研究具有较强的现实意义和应用价值。

宽带接入方式综述 篇3

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)又叫非对称数字用户环路技术,是利用现有的电话铜线资源,在一对双绞线上提供上行最高理论值640Kbps、下行最高理论值可达8Mbps的宽带。它是目前中国电信力推的一种宽带接入方式,可利用电话的双绞线入户,免去了重新布线的问题,优点是采用星型结构,保密性好,安全系数高,可提供512K到2M的接入速率。中国电信各地公司基本上都在本地的电话局端加了DSLAM设备。但这种模式受制于用户端和电话局端的线路长度,应小于5000米,否则无法享用服务。另外,由于ADSL采用的是专线的连接方式,也就是说,ADSL调制解调器与网络总是处于连接的状态,这样就免去了拨号上网的步骤,当然也就不会遇到占线的情况了,而且ADSL可以同时进行数据和电话的通信。

到目前为止,我国已经具有近1.4亿的固定电话用户规模,而且以每年近2 000万门的速度增长。覆盖广泛、数量众多的用户双绞线为电信业务的开展奠定了基础,也成为当前电信部门实现宽带接入的主要手段。利用ADSL技术开展宽带接入业务的优势非常明显:比如可以充分利用电信网现有的铜缆资源,保护这一巨大投资,并充分发挥铜线的潜力;用户可同时上网和打电话,每个用户都可以独享高速通道,不存在阻塞问题;ADSL接入保密性好,安全可靠。但是目前大规模应用ADSL还存在一些问题:如ADSL信号从服务商所在地发送到用户家庭的的传输距离必须小于5000米;ADSL对电话线路的质量非常敏感,而已经敷设的电话线却存在着不同程度的线路老化问题;并且ADSL产品标准尚待完善,其所能够提供的最大速率仍然有限。

2 Cable Modem接入

Cable Modem是一种适用于HFC的调制技术,具有专线上网的连接特点,允许用户通过有线电视网进行高速数据接入的设备,其理论下行速率约为30Mbps,上行速率为8Mbps。

现在有线电视网络普遍采用同轴电缆/光纤混合网结构(HFC),即使用光纤作为有线电视网的骨干网,再用同轴电缆以树型总线结构分配到小区的每一个用户。这种网络结构意味着在同一光节点下的所有用户共享光纤的带宽资源,而当用户数量激增时,其速度就有可能下降。

由于其采用频分技术所具有的局限性,回传噪声问题目前还无法得到很好的解决。同时,因为有线电视的同轴电缆是按单行道模式设计的,因此只允许信号从有线电视台传送到用户家中,并不允许信号从用户家中反馈到有线电视台。所以有线电视网必须将单向传输改制为双向传输才能实现因特网功能。不过,目前新型的有线电视网络系统,基本上都是双向传输系统。

目前,Cable Modem接入技术在北美的发展快,每年用户数以超过100%的速度增长,而在国内普及将要面临的首要问题是体制问题,广电和电信在政策上的业务分工一直是制约广电进入电信领域的一大瓶颈。从技术角度讲,HFC也存在一些问题:HFC采用的是模拟频分多路复用技术,而主干网络和交换机都是采用数字技术,中间需要数模转换,增加同步、网管和信令的技术难度;目前尚无国际统一的标准,升级时比较困难;HFC的同轴电缆部分采用树状结构,不仅安全保密性能不好,而且容易产生噪声积累,影响系统质量;HFC系统可用于双向数据通信的带宽相当有限。而且由服务区内所有用户共享,因此不利于发展交互式宽带业务,而且随着用户传输容量增加,系统指标会越来越坏;改为双向网络后,低频段(上行)和高频段(下行和上行)频率干扰问题不容忽视,使滤波技术难度加大;由于HFC网络上传输的数据来自于各种不同的数据源,必然给系统同步造成一定困难。目前除了双向改造问题得以初步解决外,回传噪音和安全隐患问题都处在探索中。

3 以太网接入

以太网遵循星形拓扑结构,采用无屏蔽双绞线连接,在数据链路层仍然沿用载波侦听多路访问冲突检测协议(CSMA CD)。先后经历了共享型以太网(10Base-T以太网)、交换型以太网、百兆以太网(100BSAT-T)、千兆以太网,而且目前正在对万兆以太网进行研究。它沿袭了公司的局域网建设模式,把一栋大楼或一个小区的住户看作成一个公司用户,用户的计算机需安装网卡并通过五类线接入到楼内的交换机,再通过专线与城域网或互联网相连。其优点是建设成本低,用户理论上入户速率可达10M;但缺点是需要重新布线,而且交换机和用户网卡距离之间不能超过100米,否则信号衰减很厉害,只得加中继放大设备。另外,由于小区用户开通率一般很低,造成运营商为了节约成本,开通的专线速率往往很低,这就制约了LAN的普及。同时,由于同一幢楼的用户使用同一交换机,安全问题也很值得考虑,目前市场上从事这种接入方式的运营商主要有网通、长城宽带和蓝波万维,中国电信和各地广电也有部分的宽带小区采用这种方式。

4 无线的宽带接入

无线上网方式是近年来新兴起的一种互联网接入方式,由于其摆脱有线的束缚,使人们可在任何地点以任何方式移动上网,因此受到越来越多人的青睐,大赶有线上网之势头。目前国内应用比较成熟的无线上网技术主要有LMDS、宽带IP WLL接入方式、移动IP接入方式。

(1) LMDS(本地多点分配业务)是Local Multipoint Distribution Services的缩写,是一种微波宽带接入方式业务,属于无线固定接入手段。LMDS最大的特点在于宽带特性,在进行数据传输时可支持的速率为1.2K-155Mbps,并支持多种协议,包括帧中继、ATM、TCP/IP等。

LMDS无线上网是由美国开发的一种宽带无线接入系统。该系统不支持移动业务。与MMDS系统相比,LMDS具有更高带宽和双向数据传输的特点,可以提供多种宽带交互式数据业务及话音和图像业务。该系统采用小区制技术,服务范围约为1-3英里。同时由于融合了电话和高速数据业务,因而具有很大的市场潜力。运营商利用这种技术只要购买所需的网卡就可以向用户提供无线宽带服务。LMDS是面对用户服务的系统,特别适用于突发性数据业务和高速Internet接入。但是由于其工作于毫米波,受气候影响大,抗雨雪性能差,降低了在经济发达的东南沿海地区的可用度。目前,许多厂商已相继推出了LMDS产品。世界许多地方也陆续建立了它的商用网。

(2)宽带IP WLL接入方式:WLL(无线本地环路)由无线基站和用户单元组成。无线基站侧提供了面向交换机V5标准的网络接口和面向用户侧的空中接口,把交换机侧送来的数字信号转换成数字空中接口信号,并完成空中接口的认证保密、资源管理、协议转换等功能。用户单元具有面向基站的无线接口和面向用户的传统接口(如RJ11、RJ45等),接收基站传送来的无线信号,并将其转换成用户所需的数字信号或模拟信号。传统接口可以完成认证、协议转换、代码转换等功能。交换机和基站系统间以标准的以太网接口连接,同时通过路由器实现宽带访问Internet。宽带IP WLL主要提供数据业务,可支持H.323协议,实现VoIP。

(3)移动IP接入方式:移动接入目前主要有两种手段:一种是采用WLAN(无线局域网);另一种是借助公用移动通信网,如GSM网上的GPRS(通用分组无线业务)。WLAN采用IEEE802.11协议或ETSI的HiperWAN标准,具有1~11Mbit/s的数据速率,工作在2.4GHz的ISM频段,传输距离100m,可在一定范围内(如校园、企业或大建筑内)提供低移动性的高速数据业务。WLAN保持了现有局域网高速率的特点,它更适合于应用在需要在移动中联网和在网间漫游的场合,并对不易布线的地方和远距离的数据处理节点方面提供强大的网络支持,可以作为有线局域网的补充,在一定场合甚至可以替换有线局域网,特别是在一些特殊行业中,无线局域网将会有非常大的发展空间。GPRS(通用分组无线业务)是适用于GSM系统的无线数据业务,它将分组交换模式引入(叠加)到GSM网络中,从而提高了无线网络的资源利用率。GPRS可以提供高达115 kbit/s的传输速率,并且能支持Internet的IP业务以及X.25业务。

综上所述,结合当今市场现状可见,ADSL因为充分利用了世界上第二大网络系统(电话系统)作为传输介质而成为普及率最高的一种宽带接入方式;Cable Modem因其巨大的带宽和相对的经济性使其市场占有率不断提高;以太网凭借高速、高效、高性能等优点,是金融、商业、教育、政府机关及厂矿企业等集体用户的最佳首选;无线宽带接入因其可突破限制地实现随时随地上网畅游而成为最具发展潜力的宽带接入方式。笔者通过下表(表一)对目前市场上宽带上网的各种接入技术作出归纳和总结,以作为个人用户和集体用户选择宽带上网接入方式的依据和标准。

参考文献

宽带薪酬管理综述 篇4

关键词:宽带薪酬设计,弊端,适用性,扁平型组织结构

一、薪酬管理概述

所谓宽带薪酬或者薪酬宽带 (Broadbanding) 实际上是一种新型的薪酬结构设计方式, 它是对传统的那种带有大量等级层次的垂直型薪酬结构的一种改进或替代。根据美国薪酬管理学会的定义, 宽带型薪酬结构就是指对多个薪酬等级以及薪酬变动范围进行重新组合, 从而变成只有相对较少的薪酬等级以及相应的较宽薪酬变动范围。一般来说, 每个薪酬等级的最高值与最低值之间的区间变动比率要达到100%或100%以上。一种典型的宽带型薪酬结构可能只有不超过4个等级的薪酬级别, 每个薪酬等级的最高值与最低值之间的区间变动比率则可能达到200%~300%。而在传统薪酬结构中, 这种薪酬区间的变动比率通常只有40%~50%。

宽带这种概念来源于广播术语, 而宽带型薪酬则始于20世纪80年代末至90年代初。在美国经济1987年开始走下坡路, 至1990年正式进入衰退期后, 宽带型薪酬结构作为一种与企业组织扁平化、流程再造、团队导向、能力导向等新的管理战略相配合的新型薪酬结构设计方式应运而生。宽带薪酬最大的特点是压缩级别, 将原来十几甚至二十、三十个级别压缩成几个级别, 并将每个级别对应的薪酬范围拉大, 从而形成一个新的薪酬管理系统及操作流程, 以便适应当时新的竞争环境和业务发展需要。比如, IBM公司在20世纪90年代以前的薪酬等级一共有24个, 后来被合并为10个范围更大的等级。

二、宽带薪酬的特点及其作用

与企业传统的薪酬结构相比, 宽带薪酬具有以下几个方面的特征和作用:

1. 支持扁平型组织结构。

20世纪90年代以后, 企业界兴起了一场以扁平型组织取代官僚层级型组织的运动, 而宽带薪酬结构可以说正是为配合扁平型组织结构而量身定做的, 它的最大特点就是打破了传统薪酬结构所维护和强化的那种严格的等级制, 有利于企业提高效率以及创造参与型和学习型的企业文化, 同时对于企业保持自身组织结构的灵活性以及迎接外部竞争都有着积极的意义。

2. 能引导员工重视个人技能的增长和能力的提高。

在宽带型薪酬结构设计下, 即使是在同一个薪酬宽带内, 企业为员工所提供的薪酬变动范围比员工在原来的五个甚至更多的薪酬等级中可能获得的薪酬范围还要大, 这样, 员工就不需要为薪酬的增长而斤斤计较职位晋升等方面的问题, 而只要注意发展企业所需要的那些技术和能力, 做好公司着重强调的那些有价值的事情 (比如满足客户需要、以市场为导向、注重效率等) 就行了。

3. 有利于职位的轮换。

由于宽带型薪酬结构减少了薪酬等级数量, 将过去处于不同薪酬等级之中的大量职位纳入到现在的同一薪酬等级当中, 甚至上级监督者和他们的下属也常常会被放到同一个薪酬宽带当中, 这样, 在对员工进行横向甚至向下调动时所遇到的阻力就小多了。此外, 企业可因此减少过去因员工职位的细微变动而必须做的大量行政工作, 如职务称呼变动、相应的薪酬调整、更新系统、调整社会保险投保基数、更新档案等等。

4. 能密切配合劳动力市场上的供求变化。

宽带型薪酬结构是以市场为导向的, 它使员工从注重内部公平转向更为注重个人发展以及自身在外部劳动力市场上的价值。在宽带型的薪酬结构中, 薪酬水平是以市场薪酬调查的数据以及企业的薪酬定位为基础确定的, 因此, 薪酬水平的定期审查与调整使企业能把握其在市场上的竞争力, 同时更有利于企业相应地做好薪酬成本控制工作。

5. 有利于管理人员以及人力资源专业人员的角色转变。

实行宽带型薪酬结构设计, 即使是在同一薪酬宽带当中, 由于薪酬区间的最高值和最低值之间的变动比率至少有100%, 因此, 对于员工薪酬水平的界定留有很大空间。在这种情况下, 部门经理就可以在薪酬决策方面拥有更多的权力和责任, 可以对下属的薪酬定位提出更多的意见和建议。这种做法不仅充分体现了大人力资源管理的思想, 有利于促使直线部门的经理人员切实承担起自己的人力资源管理职责, 同时也有利于人力资源专业人员从一些附加价值不高的事务性工作中脱身, 转而更多地关注对企业更有价值的其他一些高级管理活动以及充分扮演好直线部门的战略伙伴和咨询顾问的角色。

6. 有利于推动良好的工作绩效。

宽带型薪酬结构尽管存在对员工的晋升激励下降的问题, 但是它却通过将薪酬与员工的能力和绩效表现紧密结合起来, 更为灵活地对员工进行激励。在宽带型薪酬结构中, 上级对有稳定突出业绩表现的下级员工可以拥有较大的加薪影响力, 而不像在传统的薪酬体制下, 直线管理人员即使知道哪些员工的能力强, 业绩好, 也无法向这些员工提供薪酬方面的倾斜。因为那时的加薪主要是通过晋升来实现的, 而晋升的机会和实践却不会那么灵活。此外, 宽带薪酬结构不仅通过弱化头衔、等级、过于具体的职位描述以及单一的向上流动方式向员工传递一种个人绩效文化, 而且还通过弱化员工之间的晋升竞争而更多地强调员工们之间的合作和知识共享、共同进步, 以此来帮助企业培育积极的团队绩效文化, 而这对于企业整体业绩的提升无疑是非常重要的一种力量。

三、宽带薪酬的弊端

相对于传统的薪酬设计, 宽带薪酬制度的弊端表现得相当突出, 以下仅从组织文化和管理的角度在五个方面进行浅显的探讨。

1. 易于显现逐利性。

宽带薪酬基于人性假设“经济理性化”, 导致文化的逐利性突现。在宽带薪酬设计思想中, 当无法解决员工实现职务晋升的同时取得较高薪酬这一难题时, 则退而求其次, 专注于追求经济获益, 以满足员工匹配的付出获得。相对于传统薪酬设计, 不失为一种员工总体收益公平解决的较好的方法。但是, 面对晋升与薪酬取得, 当员工只要自我感知无法实现前者时, 该薪酬设计就把员工利益的满足几乎全面导向经济利益。宽带薪酬设计试图以经济收益掩盖人的全面发展的本质要求的缺陷也因此成为它的“跛足”, 必然使其激励员工的目的成为“独轮车”。

2. 可能加剧归属感下降。

薪酬取得绩效化, 会使员工的心理造成极强的不稳定感, 从而对组织缺少归属感。由于宽带薪酬的评估主要来源于员工对公司的绩效, 绩效就成为衡量员工工作状况的最重要方面。只有良好的绩效才能意味着薪酬的提高。但显然, 绩效管理中, 最需要避开的误区就是绩效纯粹化, 也即对员工的衡量仅以绩效为标准。而宽带薪酬制度强调员工为组织贡献了多少经济效益, 员工就能依据组织的分配制度得到相应的经济收益, 舍此别无所获。这种认识必然走向“以人为本”的现代管理思想的反面, 其结局也只能是员工对组织的归属感几近于无, 只是把组织作为谋生的手段而已, 文化的价值归依的管理理想荡然无存。这样的组织最终的归宿就是死亡。

3. 导致向心力离异。

内部竞争个体化, 导致离异性增加。基于绩效的宽带薪酬设计, 本质是关于个体绩效的认定。即使在绩效管理中注入“团队绩效”的因素, 对员工而言, 也是被动而为, 只是为了提高自己的绩效而被迫参与团队绩效的增加。这种文化的直接后果就是个人绩效竞争的加剧, 企业的向心力与凝聚力减弱, 直接破坏组织的对外竞争力。

4. 控制式管理内涵成为根本性假设。

宽带薪酬设计要求组织结构形式扁平化程度较高, 对组织文化的控制性要求反而会因此而提高。其一, 对管理层人员素质要求较高, 一般兼具直线与职能的双重功能, 并且在宽带薪酬思想的整合下, 管理幅度较大, 工作量大, 负担重, 管理人员处于较大的压力之下。其二, 这种组织结构形式民主化程度较高, 趋向于宽松管理模式, 倡导创新思维与行为, 其核心在于学习型文化的确立与发展, 由此而产生管理思维的维度、模式多变, 而因此组织在特定状况下失控的可能性也就急剧增加, 所以会迫使组织的管理哲学倾向于内在的、严密的反向约束, 也即看不见的控制力反倒迅速提升。这两点导致组织内部的控制功能加强, 不利于创新型、开拓型组织文化的形成与发展。

5. 易于导致追求高层次需求的激励力明显下降。

宽带薪酬制度下, 员工乐于通过相关职能领域的职务轮换来提升自己的能力, 进而可能形成员工能力提升的“世外桃园”。宽带薪酬更多将员工的职业发展限定在横向, 而倾向横向职业发展的空间得以扩大的同时, 无形中就人为确定了组织中员工能力纵向向上的极限, 或者通俗的说, 出现了“职业发展的玻璃顶板”, 可望而不可即。长期如此, 则员工会安于当前的工作状态, 追求高层次需求的激励力下降。

四、总结

薪酬宽带不是解决所有薪酬管理问题的万用灵药, 运用这种薪酬结构设计的企业中有成功者, 也有失败者。并且薪酬管理人员对薪酬宽带的意见也是不同的, 有的管理者认为薪酬宽带管理起来可能比较容易, 因为在调整职位之间的薪酬差异方面所花的时间减少了;但有的管理人员却认为, 花在对职位进行评价上的时间少了, 但是花在对人员进行评价上的时间却增加了。最后, 薪酬宽带也并不适用于所有的组织。它在那种新型的“无边界”组织以及强调低专业化程度、多职能工作、跨部门流程、技能工种的团队型组织中非常有用, 因为这种组织所要强调的并非只是一种行为或者价值观, 它们不仅要适应变革, 而且要保持生产率并且通过变革来保持高度的竞争力, 因此它们希望通过一种更具有综合性的方法, 将薪酬与新技能的掌握、能力的提高、更为宽泛角色的承担以及最终的绩效联系在一起, 同时还要有利于员工的成长和多种职业轨道的开发。

宽带接入技术综述 篇5

随着经济发展与环境污染、能源危机之间矛盾的日益凸显,降低能耗、减少对石油资源依赖,是亟待解决的问题[1,2]。发展在环保、清洁、节能等方面有着明显优势的电动汽车是缓解这些矛盾的重要举措。目前,插入式混合电动汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)和纯电动汽车(Battery Electric Vehicle,BEV)由于具备接入电网进行电能补给的能力而得到广泛的关注。

世界各国政府纷纷出台相关政策推动电动汽车产业的发展。美国能源部将设立20亿美元政府资金资助下一代纯电动汽车需要的电池和部件开发,并通过免费为电动汽车用户建设家用充电桩等举措来推广电动汽车的使用[2]。我国也制定了适合国情的发展规划,科技部牵头实施了“十城千辆”计划[3],在国内部分城市推广电动汽车的示范运营,制定对包括电动汽车在内的新能源汽车的补贴扶助政策,不断推进电动汽车产业化进程。

日益提升的电池设备、充电技术以及充电设施也促进了电动汽车不断普及。研究表明,在中等发展速度下,到2020、2030和2050年,电动汽车占美国汽车总量的比例将分别达到35%、51%和62%[4]。根据我国可持续发展战略的要求以及电动汽车产业发展的条件,预计到2030年,我国电动汽车保有量也将占汽车保有量50%以上,初步估计,年生产销售量将达1000~1950辆[5],电动汽车充放电站数量将达万座,慢充装置将达数十亿个,充电设施的规模将非常庞大。

受电动汽车发展规模、电池特性、充电设施与控制方式、用户使用习惯和出行需求等诸多因素影响[4,6],电动汽车充电负荷具有复杂的特征,如在时间上和空间上均具有不确定性等。电动汽车对电力系统的影响集中体现在充电负荷特征上,充电负荷建模是电动汽车接入电网研究的重要方面,国内外许多学者做了相应工作,但还未形成系统的标准和方法,文献[4]对此做了总结。当前,电动汽车充电负荷建模主要有2种方法。

(1)基于出行需求的方法。假定电动汽车对传统车辆的替代不会影响用户的出行特征,利用用户出行特征统计数据,通过确定分析法、Monte Carlo模拟法等确定满足一定误差水平的各个时段充电负荷的期望值。此方法可获取具有时序特征的全系统充电负荷,但难以解释充电负荷空间分布特征。

(2)基于充电站充电负荷概率分析法。从充电站角度出发,基于抵达充电站的电动汽车数量和充电功率需求在本质上是一种随机过程这一事实,对充电负荷进行概率性分析。该方法能够计及充电负荷的空间分布特征,但在计算系统总体负荷方面具有一定困难。

电动汽车大规模接入电网充电,将不可避免地给电网的运行、规划和电力市场运营带来影响。电动汽车作为电力系统的一种新型、大容量负荷,将对电力系统发、输、配电容量提出更高要求。在输电网层面,虽然研究表明现有电网一般能承受电动汽车接入的负荷需求[7],电动汽车接入也不会引起输电线路和变电站主要设备过载等问题[8],但随着负荷的不断增长,充电负荷的时空不确定性势必会增加输电网安全、经济运行以及输电网规划的难度。电动汽车接入对电力系统的影响主要在配电网层面,研究表明,电动汽车负荷集中在某些局部区域,会引起发配电负荷局部过载[7];充电时间叠加或负荷高峰时段的充电行为将会增加负荷峰谷差、加重配电网的负担;充电负荷在影响配电网损和电压水平的同时,还会对配电网三相负载平衡、配电变压器寿命产生影响;电动汽车充电负荷属于非线性负荷,引进的电力电子设备将产生一定的谐波,可能引起电能质量问题。

另一方面,电动汽车的接入为电力系统提供了大规模可控储能装置。通过合理的充电控制,不仅能够抑制、消除电动汽车对电网的不利影响,还可以减少和延缓用于发、输、变、配电设备的投资,有效提高现有电力设备以及能源的利用率和供电可靠性,降低发电煤耗、供电线损等。已有研究表明,电动汽车与电网互动技术(Vehicle to Gridm,V2G)利用空闲时间电动汽车的储能资源,调整充放电时间,在调频、旋转备用、电压控制等方面为电网提供辅助服务,同时利用电动汽车的储能功能平抑可再生能源的间歇性,可促进电网对可再生电源的吸纳能力。随着电动汽车的不断普及,其接入电网的经济效益不容忽视。

电动汽车的发展在为电力系统带来了许多问题的同时,也为电网调度、控制提供了新的机遇。本文在分析电动汽车大规模接入对电网影响的基础上,总结电动汽车并网的经济效益研究现状,探讨存在的问题,并展望可能的研究方向。

1 电动汽车接入对配电网经济运行的影响

城市配电网是电动汽车充电负荷增长和接入电力系统的主要影响层面。对此,文献[6,7,9]从不同角度进行了总结。目前主要研究内容涉及配电网的可靠性、电能质量、配电网规划和经济运行等方面,如图1所示。

1.1 对配电网电能质量的影响

电动汽车接入对配电网电能质量的影响主要包括谐波污染[10,11,12,13,14]、电压水平[15,16,17]三相不平衡[18,19,20,21,22]等。

文献[10]主要研究电动汽车充电产生的谐波可能对变压器寿命、电缆以及继电保护装置造成的影响。文献[11]利用商用电动汽车充电机收集的数据对谐波电流进行计算,研究多个电动汽车充电机产生的谐波电流及其概率特性。文献[7,14]总结了谐波污染治理对策:1)贯彻执行与谐波相关的国家标准,从总体上控制供电系统谐波水平;2)增加换流装置的相数;3)增加无功补偿装置,提高系统承受谐波能力;4)加装滤波装置。现场经验证明,现阶段的治理手段能有效控制充电机负荷对系统造成的谐波污染。

文献[15]针对英国典型低压配电网,研究了电动汽车的聚集程度和接入点对电压的影响。文献[16]针对电动汽车充电行为可能引起的过载、电压偏差和功率损耗等问题,提出了一种考虑车主选择充电时段习惯和充电站、典型日常住宅负载模式等约束的智能负载管理方法,仿真证明该方法能有效改善电压波形,并最大限度减少功率损耗。文献[17]提出了一种线性规划方法来解决电动汽车接入引起的电压下降问题,研究表明,在合理有序充电控制下,现有住宅网络可容纳电动汽车高渗透率接入,并且很少甚至无需升级配电网基础设施。现有的研究主要集中在改善电压水平的优化方法上,且多基于一些简单网络进行仿真,虽然有一定效果,但在实际网络中可能遇到全新的问题。

文献[18]针对电动汽车随机充电带来的电压不平衡问题,提出了不平衡敏感性分析方法,并用基于Monte Carlo的随机评估方法来估计不平衡电压的故障指标。为了研究并补偿充电站对电压波形及稳定性的影响,文献[21]提出了一种鉴定24 h内最脆弱总线的方法,并针对多相不平衡系统做了相关仿真。文献[22]以负序电流与正序电流的比值来表征配电网节点的三相不平衡程度,仿真结果表明,只有在电动汽车大规模接入情况下会出现三相不平衡问题,电动汽车充电负荷应在三相之间合理选择。

有关电动汽车接入对电能质量影响的研究比较全面,现有补偿方法和改善措施理论上可以保证电网对电动汽车的接纳,但现阶段研究对充电负荷规模增长可能引发的新问题考虑不充分,离工程实际应用还有一定距离。

1.2 对配电网规划的影响

电动汽车充电负荷接入电网后,其在时空上的不确定性必然对配电网规划提出新的要求。文献[23]分析了影响电动汽车充电站规划的几方面因素,并对其布局规划提出了原则性建议。文献[24]综合考虑电力网络和交通网络因素,建立了集中型充电站的定址分容模型。文献[25]建立了综合考虑充电站特性、电动汽车充电需求分布、电网及城市规划的多目标充电站规划模型。文献[26]提出了以投资和运行成本最小为目标,在满足电动汽车用户充电需求前提下,协调配电网拓展规划与充电站布局的方法。文献[27]综合考虑电动汽车充放电时负荷和输出功率与分布式电源(DG)输出功率的不确定性,构造了以DG的安装位置和容量为优化变量的机会约束规划模型。

传统的配电网规划方法基于现有配电网络的基本结构,以配电设备最大利用率为目标,在满足规划期内最大预测负荷的条件下,确定未来配电网络系统建设方案。在未来配电网规划中,除了研究电网建设项目本身的风险、投资、建设规模以及经济评估等问题,还必须考虑交通信息流及城市规划等因素,兼顾电动汽车车主驾驶习惯、充电方式和电动汽车发展规模,权衡电网、车主和电动汽车运营商各方利益。

1.3 对配电网经济运行的影响

在配电网经济运行方面,主要研究电动汽车大规模接入后充电负荷对配电网网络损耗[28,29,30,31,32,33,34]和配电变压器寿命[37,38,39,40]的影响。

文献[28]采用蒙特卡罗仿真方法分析在25%和50%渗透率下电动汽车充电对2个岛屿配电网网损的影响。文献[29]将一定规模的电动汽车作为一个全新的负荷,分别仿真分析无序和有序充电条件下该负荷接入系统对电网损耗的影响,结果表明,制定一定的充电控制策略对减少网络损耗十分必要。平滑负荷曲线对降低网损具有重要意义[30],通过对电动汽车车主进行适当引导,对集中型充/换电站进行合理充电控制,有利于改善配电网络负荷曲线,减少甚至消除电动汽车接入引起的配电网网损的增加。文献[31]提出了在负荷不确定方法下计及电动汽车造成的配电网网损的计算方法,比较接入和未接入电动汽车以及接入容量的大小对配电网的影响,为电动汽车负荷可行接入点、电动汽车接入的最优时间的确定提供了依据。文献[32]在研究馈线网损、负载因素、负载波动三者关系的基础上,提出了3种尽可能使电动汽车充电对电网影响最小化的充电控制策略。文献[33,34,35,36]针对不同控制目标和条件给出了电动汽车充电控制策略的算法或方案。网络损耗多作为配电网规划或充电控制策略研究考虑的一个方面,而不是作为重点的研究对象,如何定量评估网损增加背后的经济问题,进而为配电网增容、改造和提升供电可靠性提供有力依据,是亟待深入展开的研究方向。

电动汽车充电负荷是一种非线性负荷,其接入电网产生的谐波将对变压器空载损耗、热点温度(Hot-spot Temperature)和变压器寿命等造成影响。文献[37]建立了电动汽车充电对配电变压器潜在影响的分析模型。文献[38]研究了电动汽车充电对配电变压器寿命的影响,仿真结果表明,电动汽车的接入将减损配电变压器的寿命,尤其当电动汽车用户使用240 V充电且不施加任何控制措施时,对变压器的负面影响将更加突出。适当的充电控制有益于改善非线性充电负荷对变压器的影响。文献[39]在保证电网安全运行前提下,以对变压器寿命影响最小为目标函数,建立了电动汽车充电管理优化策略。文献[40]也用到了类似的充电管理算法,还考虑了对电动汽车车主的服务质量这一条件。

对变压器寿命影响的研究只停留在定性分析的层面上,还未形成电动汽车充电负荷对变压器影响需考量的具体指标体系。

1.4 电动汽车接入对配电网影响评估

电动汽车充电负荷在配电系统中随时间和空间而变化,对其进行细致模拟并不现实,目前的研究多采用理想化的等效或粗略估计的手段。电动汽车集群效应(Aggregator)把一定区域的电动汽车看作1个负荷集合,依此研究其接入电网的相关影响,这在一定程度上回避了对电动汽车逐一模拟的复杂性。随着电动汽车规模的不断增大,电动汽车集群效应是一个值得注意的研究方向。

在评估电动汽车对电力系统的影响时,既要考虑电动汽车渗透的范围和程度,也要考虑所研究的电力系统的具体情况。文献[41]建立了电动汽车充电负荷对配电网影响的基本构架。文献[42]集中研究了电动汽车以较高渗透率接入电力系统时对配电网的影响。文献[43,44]对比研究了不同渗透率水平下,电动汽车接入对低压配电网的影响,文献[43]仿真结果表明,要全面分析电动汽车接入对配电网的全面影响需要对各相逐一评估,而不能对某一相进行单独研究。

因电动汽车对电力系统影响的复杂性和不确定性,目前对其评估大都侧重于某个具体的方面,还未形成统一的数学模型和方法来分析这些影响以及诸多影响之间的关系。另外,目前也没有很好的数学量化方法来评估电动汽车接入引起的电能质量治理、电网运行、配电网增容改造(包括充电设施建设等)等方面增加的经济成本。

2 电动汽车大规模接入电网的经济效益

V2G技术是指电动汽车作为分布式储能单元,以充电和放电的形式参与电网的调度控制。不断增长的电动汽车将为电网提供大量可控的储能装置,通过切实有效的充放电管理,不但可以消除充电负荷对系统的负面影响,还能够丰富电网运行控制手段,产生巨大经济效益。国外在这方面的研究起步较早,目前关于V2G的研究主要集中在电动汽车与电网互动的方式、控制策略、成本效益分析以及硬件研发等方面,文献[45]对此进行了总结。

电动汽车大规模接入电网的经济效益大致分类如图2所示。

2.1 电动汽车接入电网的静态效益

静态效益主要包括容量效益和电量效益。容量效益为充电站的建设所能减少的其它电源(如火电)的容量投资费用,这主要体现为充电站与其它电源泉之间同等容量投资规模下单位容量投资成本之差;电量效益的焦点集中于节煤效益,节煤效益则为有无规模化充电站储能参与的2个方案之间整个电力系统的燃料消耗之差。电动汽车选择负荷低谷时段充电或在低谷时段充电、在高峰时段放电,能实现负荷削峰填谷,提高负荷率和设备利用率,在减少机组投入以节约发电成本和推迟对承担高峰负荷的发电机组投资的同时,还可充分挖掘现有电力系统供电(特别是支撑电动汽车运行)能力。文献[46]较早地分析了电动汽车作为系统调峰电源的经济效益。文献[47]论述了电动汽车电池参与电网调峰应用的技术优势和可行性。文献[48]计算了电动汽车的充电容量和可调度放电容量,提出了一种电动汽车参与电网调峰平衡的模型。文献[49,50]提出了考虑电动汽车V2G过程的机组组合模型,并使用粒子群算法进行求解。在设定汽车总量、停车场容量限制和每天总的允许充放电频率的条件下,算例仿真评估了停车场内电动汽车V2G对降低系统发电成本的贡献。文章通过机组组合的优化制定电动汽车的充放电计划,但没有考虑电动汽车充电行为的随机特性。

通过切实有效的充放电控制不但可以改善负荷曲线,还可以增加电力系统可容纳的电动汽车数量。文献[51]的仿真结果表明:若无序充电,电动汽车渗透率可达9%(50 000辆);应用延迟充电策略,电动汽车渗透率可达18%(100 000辆);若应用智能充电策略,则电动汽车渗透率可达36%(200 000辆)。文献[52]中引入填谷的充电控制使系统可容纳的电动汽车数量由汽车总数的20%提升至50%。

2.2 电动汽车接入电网的动态效益

动态效益是通过调节发电机组(如抽水蓄能电站)状态和出力,承担系统调频、调压、负荷调整和紧急事故备用任务时,满足系统“动态”运行需要而产生的经济效益。电动汽车聚集体(Aggregator)具有一定规模的可调度负荷和储能容量,将成为电动汽车充电控制、参与电力市场的重要形式。

2.2.1 为系统提供辅助服务

电动汽车的大规模接入解放了电网中提供调频、备用等辅助服务的部分火电机组,降低了这部分火电机组的燃料运行费用,减少了电源点的建设,不但有效地提高了机组的发电量和发电效率,还在一定程度上提高了一次能源的利用率。电动汽车与抽水蓄能水电站相比,不仅具有调峰、调频的灵活性,还避免了水电站对选址的严格要求,而且具有较高的能量转换效率。另外,电力储能技术可实现电网的可持续发展,解决电力供需不平衡的矛盾,有利于新能源发电并网运行,保证电网的电能质量,提高网络运行的经济性和可靠性。

目前有关电动汽车为系统提供辅助服务的效益主要集中在调频调压(负荷备用)和事故备用(旋转备用)2个方面。文献[53]以2003年加州电力市场为背景,基于电池容量分析计算了V2G技术在调频、旋转备用和调峰3种辅助服务在电力市场中可能的应用。文献[54]建立了电动汽车参与负荷频率调整的模型,仿真研究了其控制作用和效果,论证了集中电动汽车为系统提供快速的系统备用参与负荷频率控制的可行性。但该频率调整模型只是定性分析了V2G参与调频的效果,并没有给出定量的评估标准或结果。文献[55]计算了电动汽车参与电网调节时可能的收益,计算方法里考虑了能源、备用、调度控制等几个因素。文献[56]提出了调节服务和旋转备用服务的费用和收益计算方法,该算法考虑了驾驶习惯引起的不确定性,计算结果表明,V2G参与频率调节的收益要比作为旋转备用的收益大。文献[57]综合考虑了V2G的调节和旋转备用功能,以控制架构(Aggregator)和用户的收益最大化为目标,针对2个不同的集中控制V2G架构分别建立了目标函数,比较了2种算法的不同之处。文献[58]在文献[57]的基础上,考虑到电动汽车用户的违约行为,在算法上加入了弥补因子,求得的模型使得供电单位、充电站和用户的利益同时最大化。参与系统调频、调峰的容量受电动汽车规模大小影响,还必须考虑车主驾驶习惯等不确定因素。文献[59]考虑汽车车主的流动性,采用一种动态仿真的方法取代日平均费用算法(静态方法),仿真结果表明,动态方法计算得到的从电动汽车获取的可支配储能要比静态算法的减少40%;通过对比分析月平均费用、日平均费用和平均每小时费用可以得出结论:电动汽车规模达到10 000辆时,个人驾驶习惯对供能的影响几乎可以忽略不计。

参与调压的应用和研究相对较少,文献[60]针对电动汽车充电引起的电压偏移问题提出了一种智能负荷管理方法。文献[61]研究表明,电动汽车储能满足电压调节的响应要求。通过无功管理可以增加电动汽车和电网的效益,而且充电设施对电网进行无功转换时几乎不影响电池输出流量(downstream flow of batteries)。文献[62]提出了一种有功、无功功率管理方法来调节配电网的馈线电压,并且给出了电动汽车与配电网运行人员之间的通信方案,以提高电压调节的效率。在此基础上,文献[63]提出了方案的算法,并进行了仿真。

2.2.2 提高系统对间歇性能源的吸纳能力

传统电力系统在运行中,通过调度、控制发电机出力满足预测负荷,以维持系统平衡。可再生能源的大规模并网使发电侧出力具有一定的随机性,对系统平衡提出巨大挑战。电动汽车规模化充放电管理与间歇性能源(如风电、太阳能发电)的协调互补作用,可增进电网对间歇性能源的吸纳能力。美国纽约电网调度中心(NYISO)的研究证明,风电功率与电网电动汽车充电功率波动之间存在明显的相关性,并提出了风电一电动汽车协同性的问题。文献[64]基于一个典型的英国配电网结构,用MATLAB/Simulink搭建了风机和电动汽车的能量转换模型。文献[65]以丹麦一个年平均接纳20%风电的配电网为例,分析认为应该加强价格激励机制诱导车主参与电网运行、调控。文献[66]建立了考虑风电机组和电动汽车的不确定性的随机经济调度模型。文献[67]针对区域电网建立了多时间尺度的电动汽车一风电协同调度数学模型。文献[68]分析评估了电动汽车对丹麦电力系统(以风电为主)提供功率平衡支撑服务的可行性,分析结果显示,当丹麦电网风机渗透率为50%时,只需10%的电动汽车即可为之提供足够的调节服务。文献[69]在电动汽车充电与风电协同调度模型的基础上,提出了协同调度碳减排效益的测算模型,定量分析了电动汽车充电与风电协同调度在电网和交通领域的碳减排效益。

电动汽车作为大规模可控储能装置,未来还将在微电网运行中发挥其功效,这是电动汽车规模化接入电网可预见的经济效益的重要方面。文献[70]描述了一个包含V2G和光伏电源的城市配电网运行控制系统。研究表明,该系统最大限度地减少了电动汽车碳排放量,整合间歇性可再生资源,可以降低配电损耗和成本,提高服务的可靠性。针对电动汽车能量的双向流动性,文献[71]提出了包含风、光、储、电动汽车等的微电网经济调度策略和模型,以分析电动汽车的加入对微电网经济性的影响。仿真结果表明:电动汽车的加入不仅可以节约微电网中静态储能设备的投资,减小微电网的运行费用,还可以节省电动汽车车主的费用。文献[72]中的随机调度模型还考虑了换电站。但以上调度模型均未考虑车主驾驶习惯的不确定性。微电网孤岛运行时,储能装置可补充短时功率缺额,同时也可作为其它分布式电源电压、频率的主控单元。但受容量限制,孤岛运行时间一般不会太长,将电动汽车换电站接入微电网将会充分发挥两者的优势,起到互补作用。文献[73]建立了含电动汽车的微电网孤岛运行优化调度模型,对换电站接入电网模式与储能电站接入模式在间歇性能源接纳能力、供电可靠性及经济性等方面做了比较。

2.2.3 丰富系统调节控制手段

电动汽车的大规模储能和方便迅速的控制方式可丰富电网运行控制手段。通过控制各节点电动汽车的充电行为,可以改变电力系统潮流分布,从而改善系统电压质量。通过充电控制在时序上对电容器投切、变压器分接头调整进行优化,可以降低配电网网络损耗。电动汽车V2G技术在柔性交流输电(FACTS)系统中也能发挥调节、控制作用,并替代某些电力电子设备实现相应功能。电动汽车的某些调度控制手段在配电网中的应用在研究中得到了证实。

2.3 电动汽车接入电网的经济效益评估

电动汽车参与系统调频调压、提供旋转备用、提高电网对可再生能源接纳能力以及其它方面调度控制的效益有许多相似、甚至重叠的部分,其建模和仿真分析方法也彼此联系却又不尽相同。私家车和电动汽车集合(包括充电站)在负荷特征及管理手段上也很难统一,使得在进行经济效益分析时难以面面俱到。目前还不存在严格的分析工具来评估电动汽车接入电网的经济效益。针对调频调压、提供旋转备用等丰富系统调度手段方面的效益,评估的难点是电动汽车提供的可调度储能容量。在不同间歇性可再生电源(风能和太阳能等)组合与渗透率情况下,不同的电动汽车分布与渗透率对电力系统的经济价值,主要体现在电力系统运行和投资成本的潜在节约方面,如何量化并评估其效益是一个亟待研究的问题。

2.4 抽水蓄能电站经济效益评估的借鉴意义

在储能效果上,电动汽车/换电站与抽水蓄能电站有诸多的相似性,后者的经济效益分析、评估方法具有一定的借鉴意义。但它们也有诸多不同之处,概括起来主要集中在以下几个方面:

(1)抽水蓄能电站的经济效益主要分为静态效益和动态效益,动态效益分为事故备用效益、负荷备用效益(调频效益)、调相效益和黑启动等。V2G的经济效益主要体现在:1)削峰填谷节能(静态效益);2)参与电网动态调度,主要体现在调频和旋转备用的效益。

(2)相比抽水蓄能电站,现有的电动汽车/充电站规模作为负荷备用、旋转备用参与电网调节的容量有限,在借鉴抽水蓄能电站经济效益算法时需考虑电动汽车的未来增长规模。

(3)电动汽车/充电站主要分布在城市,影响的更多是城市配电网的规划和调度,而抽水蓄能电站一般为建在偏远地区的水库,相当于1个电站,是大电网的1个节点,参与大区域电网的规划、调度,在对它们的经济效益分析时也应针对具体网络特征而有所区别。

(4)抽水蓄能电站的能量储备体现为水的重力势能,在调度时几乎可以完全控制,而电动汽车的能量储备是以蓄电池的形式分布式储能,进行经济性分析时,在考虑充电站效益、充电特性的同时,还必须考虑车主驾驶习惯等不确定因素。

3 结语和展望

发展电动汽车是缓解环境污染、减少对石油资源依赖的重要途径之一。随着政府有关支持政策的相继出台,随着充电设备和相关技术的不断进步,电动汽车正在不断普及。电动汽车规模的不断增长,对电力系统安全运行各方面提出了新挑战,也提供了新机遇。本文分析了电动汽车充电负荷对配电网电能质量、配电网规划及经济运行等方面的影响,总结了电动汽车接入电网在系统调频调压、提供旋转备用、提高系统对间歇性能源接纳能力等方面潜在的经济效益,并探讨了评估负面影响和潜在效益的方法。

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