智能通信技术范文

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第一代的移动通信技术最早是在二十世纪八十年代左右出现的，它经历了大概十几年的发展时间，在上世纪九十年展结束。它的技术特点主要有以下几个方面，它的智能化技术很差，业务量较小、没有很好的通信技术、安全性不高、运行起来很慢而且没有设定加密的功能。在这一代移动通信系统中，主要采用的是模拟传输技术，所以传输的效果很差，而且在传输中会被其他因素影响，抗干扰力很差。那个时期，人们的生活水平并不高，生活也不丰富。所以，只有一少部分人能够使用这种移动通信设备，并没有得到广泛的使用。因此，人们并没有十分关注这种通信技术的发展。

第二代移动通信技术的特征

第二代的移动通信系统即2G技术，最开始是从二十世纪九十年代初期出现的，这种技术的出现主要是为了弥补第一代移动通信系统中存在的缺陷，并且扩展相应的功能。第二代移动通信系统的主要内容是网络应用逻辑更强，采用立即计费的方式，支持最佳路由，00/1800双频段，话语编解码等是完全兼容的而且速率更强，频率结构使用的是更高的加密技术，并且在这一代的通信技术中还应用了智能天线技术和双频段技术等。这样就满足了人们日益增长的需求，使业务数量持续的增长。移动通信技术所存在的GSM系统容量不足的缺陷，使GSM功能不断地得到改善和增强，具备了初步支持多媒体业务的能力。虽然第二代移动通信技术，在发展的过程中不断地得到较好的完善，但是2G的移动通信系统，随着用户和网络规模的不断扩大，频率资源也己经适应不了，移动通信业务发展的需求，呈现供不应求的趋式，频率资源也占有率也接近于枯竭，移动通信的语音质量，也不能达到用户所要求的高质量的标准，对于数据通信速率太低，这个2G无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需求。

第三代移动通信技术

第三代移动通信系统技术，主要是在话音和数据通信速率等方面得到有效的改进，通信码率能够达到384kb/s，第三代移动通信系统，也就是通常所说的3G，是现阶段正在全力开发的移动通信的系统，这一代移动通信的系统，已经具备了最基本智能特征，应用了智能信号处理技术，智能信号处理单元，多媒体数据通信和话音支持的技术，能够提供跟前两代产品相比，所不能提供的多种宽带信息业务，第三代移动通信技术具备慢速图像、高速数据、电视图像等功能。传输速率也比前两代，移动通信技术有高质量的提高，传输速率在用户静止时，移动通信速率最大为2Mbps，在用户高速移动时，移动通信速率最大支持144Kbps，所占频带宽度为5MHz左右。但是，就目前的第三代3G移动通信系统，通信标准总共有三大类CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA，共同组成3G移动通信IMT2000的体系，它们彼此之间存在相互兼容的问题，这就意味着从根本上来说，当前已有的移动通信系统，并不是真正的个人通信和全球通信系统。再进一步地说，目前的3G移动通信系统的频谱利用率还相当地低，并没有充分地利用频谱资源，达到普及和推广3G移动通信的业务，留下了很大的发展智能移动通信技术的空间。根据移动通信市场发展的需要，和3G移动通信所存在的一些欠缺，目前国际上有不少国家，已经开始研究第四代移动通信系统。也就是我们将要面对的4G移动通信智能系统，这一代移动通信技术，将从根本上弥补前三代移动通信所存在的不足，成为移动通信系统又一个闪光的亮点，在不断地研究和发展中，让更多的用户认识和接受。

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2智能电网运行特点

智能电网在设计和运行过程中，利用高速双向通信通道进行信息传递，并利用传感器技术、测控技术等进行数据采集和指令的执行。总的来说，智能电网运行特点如下。

2.1自愈功能

智能电网的自愈功能是指当电网在遭受突发事故破坏时，例如雷击、地震、火灾或其他自然灾害以及人为破坏后，能够在短时间内对故障进行诊断、定位、隔离以及修复，以自身能力对电网进行保护，实现电力系统的安全运行。自愈功能发挥作用的基础是系统对电网实时状态的监控和掌握，能够在尽可能少的人工干预下，进行备自投、故障隔离等操作，实现电网的自我恢复。

2.2较高的兼容性和集成性

智能电网的标志之一是较好的兼容性和较高的集成性。智能电网的兼容性首先表现在数据格式的兼容，能够提供不同的数据格式的支持;其次，表现在设备的兼容性上，不同厂家、不同标准的设备能够与智能电网进行互通和运行;智能电网的兼容性还表现在对于不同用户的用电需求能够实现精确控制，满足不同用户的需求。高度集成的系统对于信息采集、处理以及信息安全的保障具有重要作用。

2.3安全性

智能电网的安全性除保证电网的供电安全外，还包括与变电站、客户、终端设备之间的通信网络的数据信息安全，智能电网通信技术目前应用较为广泛的是光纤通信，数据流量大，通信质量有保障。

3智能电网信息及通信技术关键问题

当前，智能电网信息及通信技术的研究热点，主要集中在通信技术、信息安全以及通信体系标准化建设等方面，这些关键技术的革新，将会给智能电网的建设及发展带来飞速发展的契机。

3.1通信技术问题

通信技术及通信网络，是智能电网信息输送的动力源泉以及大动脉，对于智能电网终端信息采集、数据传输以及保护、网络控制等意义重大。解决通信技术及通信网络的建设问题，是发展智能电网的基础保障。当前，以光纤通信为代表的信息通信技术是该领域的主流。

3.1.1光纤通信技术问题

光纤通信技术是以光纤作为信息传递的通道和载体，实现数据互通的技术。一般而言，光纤通信技术可以借助MPLS(Multi－ProtocolLabelSwitching，多协议标签交换)技术将传统光纤由2M带宽扩容到100M，可有效降低成本。目前智能电网光纤通信技术的主要问题是在架设以及更换加挂时光缆型式的选择。智能电网通常采用OPGW、OPPC、ADSS等光缆进行网络建设。OPGW光缆在敷设时具有以下两种优势:第一，OPGW光缆在敷设时与地线可复用架设，能够减少工程量，降低成本。第二，OPGW光缆能够将信号在传输过程中的损失控制到较小的程度，适用于智能电网长远距离信息传输使用，以确保通信质量。其主要缺点是易受雷击，需附设防雷击装置以对其进行保护。而ADSS光缆相较于OPGW而言，在防雷击方面具有明显优势;且由于其采用低密度材料，在敷设时更加便于施工，对输电线路影响更小;此外，该光缆敷设采用杆塔添加形式，维修和线路优化工作便于展开。该光缆应用的主要缺点在于电腐蚀情况较为明显。OPPC光缆目前主要在发达国家应用，其主要特点是能够与相导线复合使用，借助相导线的高压对光缆形成天然的保护，成为OPGW以及ADSS光缆敷设盲区的最佳替代品。三者相比，OPPC以及OPGW光缆主要适用于新建线路中，而ADSS光缆则主要用于老旧线路加挂时使用。

3.1.2电力通信技术问题

电力通信技术目前主要问题有两种:第一，电力线缆本身的射频干扰以及载波频率过低，都对其寻找合适的替代品带来较大难度，另外，新材料应用的技术难题也困扰着电力通信技术的发展。第二，互联网通用的TCP/IP协议无法兼容与电力线通信，许多新技术难以得到应用。针对目前电力通信技术的主要问题，一方面可以从开发新型信息承载材料入手，解决电力线缆的使用弊端;另一方面，BPL标准开发的发展，将为未来电力线兼容互联网协议提供标准体制上的极大助力。

3.2信息安全技术问题

智能电网从自身分布式的系统以及终端获取运行数据信息，实现数据的交换，因而，信息传输的安全与否直接关系到电网运行的安全，甚至能够影响国家战略部署和社会安定。因此智能电网ICS/MCS系统的安全问题显得愈发重要。ICS/MCS系统的安全问题主要包括物理安全、运行安全以及信息安全三个方面。而由于智能电网的数字化程度高，易遭受网络恶意代码的攻击，对电网造成极大威胁，这类威胁主要分为主观威胁和客观威胁两类。客观威胁主要来自电网内部，包括自身电力设备及网络设备的损坏或故障，由于工作人员的疏忽带来的威胁也属于客观威胁;而主观威胁则主要来自系统外部，主要包括商业间谍、犯罪分子以及网络黑客的攻击。智能电网信息安全防护的重点在于保证信息的完整性以及及时性，一旦信息完整性被破坏，无法及时进行传递，会造成整个电网运行的控制指令的错误甚至电网瘫痪。而传统信息安全中所指的私密性在电网信息安全中反而处于较低的优先级。为保证智能电网信息安全，需建立完整的信息安全方案，主要目的是:①设备接入控制:防止除系统许可的各类电气设备、网络设备等之外的设备接入系统。②数据信息认证:确认系统接收信息来源的合法性和信息完整性。主要技术手段可采用:第一，对终端各设备进行离线注册并分别分配密钥，并采用基于IBE策略的访问控制及认证，确保终端设备接入的合法性。第二，采用基于HASH函数的信息完整性确认技术，确保系统接收到信息的完整性。

3.3标准体系构建问题

目前，对智能电网的继续发展形成掣肘的主要问题之一便是标准体系迟迟未能完善。智能电网的建设牵涉到种类繁多的电气设备、网络设备，类型多样，需要构建一个统一的标准体系来确保各设备之间协调运行，形成这个标准体系的主要组成包括通信协议和标准。其中通信协议主要包括互联网TCP/IP通信协议，而通信标准除了包括BPL标准外，还包括BACnet、IECTC57、IEC61400－25、IEEE802和1588等。从电网的发电、输电、配电、送电和用电五大环节中，前三个环节目前在我国基本形成了比较完善的通信协议标准体系，以IEEE体系作为基本标准，对电网广域时间进行同步，同时借助PTP等协议对发电控制系统进行精确调节。但是，在送用电环节，由于涉及到的用户较多，用电设备种类覆盖面积大，因此尚未与电气生产商达成广泛共识，形成统一的送用电标准体系，该项工程将会是未来智能电网发展的重点。

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0引言

当今时代是物联网的时代，人们跟家居设备的互动将会越来越准确便捷，智能家居的一个巨大飞跃发展就是从有线网络到无线通信。在智能家居中，无线通信技术的应用不仅在第一个环节改变了家庭应用的方式，在安装过程中避免了开墙孔，很大的程度上简化了产品设备的调度方式。智能家居系统的安全性和稳定性直接受到无线通信技术优劣的影响。就目前来说，在智能家居的无线通信技术运用中WiFi、Z-Wave、蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线射频等五种技术比较常见。下面把这5种技术优缺点和用途进行介绍。

1理论概述

1.1无线通信技术无线通信(Wirelesscommunication)是指利用电磁波信号可以在任意空间中传播并且进行信息交换的一种通信方式。GSM、Infrared(IR)、CDMA2000、Bluetooth、UMTS/3GPPw/HSDPA、RFID、ISM、ZigBee、WiMAXWi-Fi和UWB等是目前主流的无线通信技术。各种各样的无线通信技术的适用频段、调制方式、最大作用距离、数据率和应用领域。数据率越高,作用距离就越短是以上几种无线通信技术的作用距离与数据率最明显的关系。1.2智能家居智能家居(homeautomation,smarthome)是指以住宅为平台，利用安全防范技术、网络通信技术、综合布线技术、音视频技术、自动控制技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的家庭日程事务与住宅设施的管理系统，提升家居舒适性、艺术性、安全性、便利性，并实现环保智能、节能的居住环境。

2主流无线通信技术在智能家居中应用的优缺点

2.1WiFi技术

优点：WiFi技术已经被广泛的应用在我们的日常生活中，它有着较高的传输速率，可以在射频技术指导下实现个人电脑或者手机等终端设备无线方式的有效连接，实现数据信息的高效传输。基于WiFi技术的智能家居产品是很常见的，其优势在于传输速率快，且产品成本低，在生活使用中最为流行。而且，对于用户来说，最方便的智能家居组合就是基于WiFi技术，它可以直接购买设备联网。WiFi是一种以太网无线扩展，成本较低；它有着更高的传输速度，可以达到54Mbps；传输速度很快，甚至可以达到11Mbps。缺点：无线稳定性弱、安全性非常低是WiFi技术最大的问题；其次，相对较高的功耗也是被广为诟病的缺点；最后，就目前的技术来看，16个设备已经是WiFi网络的实际规模的极限，组网能力不高，而实际智能家居系统中的设备远远多于16个，显然生长空间受到了一定的限制。

2.2Z-wave技术

优点：最初的时候，应用于智能家居的无线控制就是Z-wave无线通信技术的技术设计初衷。与其他智能家庭无线通信技术相比，Z-wave无线通信技术传输的数据量较小，传输频率低，保持在865.22-956MHz之间，所以无论是价格还是传输距离都有很大的优势。由控制节点进行分配的独立的网络地址存在于任意一个Z-wave网络中，通信距离范围之内的所有节点都可以被控制。设备完成后进入网内，用户可以使用全功能遥控器，在全触摸屏控制下使用辅助开关状态，对家中所有连接的智能家居进入网电控制。Z-wave无线通信技术可以利用远程网络对家庭中的电气设备实现更有效的监控和管理。缺点：Z-wave无线网络节点的无线节点不多，理论值为256，实际值可能只有150左右，树网络结构的同时，一旦被顶坏的分支，所有的底部的设备可能就无法与网关进行通信。此外，Z-wave无线通信技术无加密技术，安全性很低。

2.3蓝牙技术

优点：蓝牙通信技术作为一种典型的快速跳频短包技术和分布式网络结构，可以轻松实现一对多，点对点的通信连接，在一个2.4GH带的环境中工作，常规建立数据传输率为1Mhps。现在在智能家居中蓝牙技术的作用主要体现在两个方面：一方面，通过蓝牙技术监控用户家中的各种情况，这一监测涉及两部分，一是监测家庭环境，利用远程对用户家庭实现自动调节阳光，湿度和温度等，建立舒适的生活环境。二是监测能源，在这种情况下，具体的能源是指用户的水电，暖气、煤气等，监测家庭能源开关，消除安全隐患；另一方面，蓝牙技术可以实现自动计费服务。蓝牙无线通信技术对用户家庭电表、水表和煤气表等充电设备的流量进行精度监控，并计算出成本消耗。缺点：由于传输距离太短，所以组建庞大的家庭网络对于蓝牙技术来说并不适用，在智能家居的应用中有很明显的限制。

2.4ZigBee技术

优点：ZigBee技术在智能家居无线通信技术中是最常见的，它的性质是一个短距离的双向无线通信技术，具有高容量和低投资、低损耗等明显的优点，并具有自恢复和自组织网络的功能。由于独特的技术设计，ZigBee技术拥有较高的安全性：使用了比银行卡加密系统严格12倍的AES（高级）加密系统，；其次，采用蜂窝结构的ZigBee网络，每个设备可以通过多个方向与网关通信，保证网络的稳定性；每个装置还具有无线信号中继功能，可以中继传输到无线通信信息到1000米远的距离。此外，65300的网络节点容量理论，可以满足家庭网络覆盖的需求，甚至只需要一个主机就可以实现智能大厦、智能小区等的普遍覆盖；最后，ZigBee具备双向通信能力，不仅可以发送命令到设备，该设备还可以把正在进行的状态和相关数据反馈回来。此外，ZigBee采用低功耗设计，可以使用全电池供电，理论上来说，电池的电量足够使用2年以上。缺点：ZigBee技术研发和应用门槛较高，开发难度大，没有技术实力的企业无法涉足，国外的智能家居系统都是在运用这个技术，目前国内只有海尔、小米、紫光物联、深圳聪明屋等少数企业把此技术运用到了智能家居。

2.5无线射频技术

优点：无线射频技术是一种自动识别技术，基本系统主要包含卫星天线、电子标签、阅读器三大部分。电子标签上有可以被唯一识别的电子编码。阅读器通过无线射频的照射获取电子标签的电子编码，并进行识别。卫星天线就是收发无线射频的媒介，负责电子标签与阅读器之间的“交流”。无线射频技术是一种近距离的无线通信技术，具有低成本、低数据速率、低功耗、低复杂度的特点。这种技术应用于智能家居的的优点是，利用点对点的射频技术，实现对家电和灯光的控制，使一部分家居产品无需重新布线，设置安装都很便捷，主要应用于实现对特定电器或灯光的控制，成本较低。缺点：无线射频技术的遥控距离一旦超过一定范围，无线信号就会因为同频信号的干扰而变弱。在智能家居的应用中，无线射频技术的极限距离是30米（室内），如果超过了这个距离，无线信号会减弱，同时易受同频干扰，是无线射频技术最明显的缺点。另外，无线射频技术装置的家居系统功能比较弱，控制方式比较单一，受环境制约明显，只适用于新装修户和已装修户。

3结语

在通信技术以及网络技术飞速发展的今天，万物互联是必然趋势，在未来，人与人、人与物、物与物都会无处不在的互联，任何人、任何物、任何时间、任何地点永远在线，随时互动。物联网时代的智能家居系统必须具备互联互通，单纯的远程控制一下灯光和电器已经不能称为实质意义上的智能家居了，那样只能叫做遥控。智能产业不断发展的今天，在智能家居中如何更有效地发挥无线通信的优势是智能家居研究的重点。

参考文献：

[1]蒋波.基于ARM与Zigbee技术的嵌入式智能家居系统设计[D].广东工业大学,2014

[2]孙永坚.基于无线传感器网络的智能家居远程监控系统研究与设计[D].吉林大学,2014

[3]徐振福.ZigBee技术在智能家居系统中的应用研究[D].中国科学院大学（工程管理与信息技术学院,2014

[4]杨长龙.基于蓝牙技术的智能家居控制器的研究与设计[D].北京工业大学,2013

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智能化电网的中心点是设计和运行。实现电网智能化运行的关键是借助高速集成的双向通信网络技术，使用传感技术、测量技术、控制方法、决策系统等，使电网安全、可靠、经济、高效的运行。从整体上说，其运行特点主要如下：第一，智能电网具备自愈功能。通过对运行各种影响因素的分析与处理，实现电网运行进行恰当的安全性评估。一旦电网在运行过程中发现有不正常的情况，它便会直接将相关信息反馈给控制人员，而且还可以通过其自身的智能技术对来诊断、隔离和修复系统故障，即使是智能电网中出现的故障或者干扰比较严重的情况，它依旧可以进行自我隔离。智能电网自愈功能架构运行图见图1。图1智能电网自愈功能架构运行图第二，智能电网具备良好的兼容性和集成性。在信息技术高速发展的今天，智能电网通过使用相关的信息技术实现对各种数据的兼容，最终实现了智能电网的综合处理能力，满足不同数据需求和多样化用电需求。通过使用高科技的信息及通信技术平台，实现对信息的高度集成和共享，整合和调控各种数据，保障了用户接收信息的完整性。第三，智能电网具备良好的安全性。实际应用过程中，其信息与通信网络主要包含面向用户服务的通信网络与电力调度网络，涉及到的相关技术主要有无线扩频、光纤通信、电力线载波等,以此为基础实现了电力线路的实时监则，并能够较好的进行电力调度以及设备防盗监控等。

2智能电网应用信息及通信技术的关键问题

从智能电网当前实际使用情况来看，见表1，其运行中的关键技术就是信息和通信。因此，智能电网的建设部门应结合智能电网的实际运行情况，加大力度从信息和通信技术入手进行研究与设计，从而不断完善我国智能电网。表1智能电网各环节建设内容与关键技术

2.1层次模型的构建以及标准体系的设计

智能电网系统的构建是一项极具复杂性的工作，如图2所示，要实现智能电网与信息技术和通信技术顺利结合，就必须构建合理的层次模型和设计标准体系。一方面，构建人员要对电网的各个模块进行详细的分析及划分，并对每一个模块的功能以及运行特点进行研究。另一方面，要想使智能电网的运行始终保持高效状态，必须不断对智能电网进行优化调整，保证电网各个环节的运行始终处于最佳的状态。因此，在与信息技术和通信技术进行应用结合前，还必须预先设计设计科学合理的标准体系。图2向我们清晰的展示了本文研究的智能电网的具体设计层次，包括应用层、网络层和感知延伸层三大层次。

1）应用层主要是各应用平台的运行，包括现有电力平台和用户互动平台。通过应用层，管理者可以在电力应用管理平台上，管理电力生产、传输，营销等各项事务，实现电力生产有效管理；在感知互动平台上，用户可以登录系统管理自己专属账户，核查自己的账户信息，了解电力的政策、运营状况，查询反馈意见，管理当前的个人电力需求等，从而实现电网企业与用户的双向交流。

2）网络层主要是涉及传输中的网络，即电力通信主干网、电力接入专网以及具体应用的电力光纤网和宽带无线网，互联网和以太网。电力通信主干网用来远距离传输各城市间电力调度信息，生产、行政管理命令等信息。电力光纤网和宽带无线通信用来传输各类信息，包括行政管理、调度控制、状态监测、继电保护、安全防护等多种信息。通信传输主干网主要使用光纤，远距离传输光纤具有明显的优势。互联网和以太网则主要用来查询信息，了解当前的电力政策，跟踪市场前沿动态，学习最新电力技术知识等，当然感知延伸层部分信息数据也可通过互联网传输。

3）感知延伸层向上连接各专业网络，向下连接感知使用对象，主要用来采集状态信息、图像信息、电表度数等基础数据，传输智能家居、水、气、热等控制指令，实现智能管理。该层主要利用PLC短距离无线通信、多功能传感器、红外通信、射频、网络路由等技术的应用实现对各智能设备的感知。通过这些技术，提高其感知水平，扩展智能电网的覆盖范围，使智能电网的物理网络得到极大的拓展。

2.2各通信技术模块的开发

（1）电力线通信技术：这是一项传统的技术，分别为窄带和宽带电力线通信技术，后者传输速度更快，可达100Mbit/s。但无法使用TCP/IP通信协议，进而不容易实现与其他通信网络的连接；同时存在信号衰减强烈、用电负荷大、负载圈亢随机变化、载波频率低的问题。因此，如何设计通信标准，研发转换接口，实现与其他网络的有效互联，提高通信传输质量和速度等问题将是电力线通信技术的研究主要方向。随着科技的发展，我们对未来家庭插座可以通过宽带布线通信,实现即插即用。

（2）光纤以太网通信技术：一是光纤复合架空地线（OPGW）技术，二是自承式光缆技术（ADSS）。OPGW是电力通信系统的一种新型特种光缆，在传统的相线结构中将光纤单元复合在导线中，主要优势是比较容易进行施工,避免了在路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾；目前在电力通信主干网络中已经得到了应用,并逐渐向智能电网主要通信方式发展。ADSS优势在于其较低的安装费用，但是，在进行架空作业过程中，需要使用配套固定挂件，更适合于已架设好输电线路上,避免电网运行中出现重复停电作业的情况。

（3）无线通信术模块的开发。现在，基于多载波调制、码分多址技术、异步传输技术的3G技术已经实现了图像、语音、视频、数据等多媒体信息的提供。无线网络通信的关键问题是信息码格式、通信速率、传输环境和单片机干扰。其中接收模块已受到单片机时钟频率的倍频干扰，其中，51系列的干扰较大,PIC系列较小。所以，需要在单片机中加入隔离电路并降低其工作频率，降低干扰。随着无线通信技术的发展，已作为防风防汛等应急通信的一种重要手段，浙江、江苏等地电网开始使用无线通信的尝试。

2.3信息与通信安全

为了保障智能电网运行的安全性及高效性，就要采取措施优化电网通信网络环境，结合智能电网运行实际制定相关保障其安全性的措施。对此，笔者认为应该做到以下两点：首先，事先为智能电网的安全运行制定可靠的安全保护措施，制定信息安全规章制度，从而做到避免安全问题的发生。其次，从图2的智能电网组网结构分析，通过传感网络实现了互联网对感知对象的实时控制，采用最新的移动无线通信技术，保证通信网络能够连接到控制终端的计算机信息处理平台，实现各种数据科学的、及时的处理；同时需采用接入控制验证技术和信息加密技术，防止接入端的网络入侵，多重攻击，病毒传播等网络安全问题。

2.4电网不稳定

从目前智能电网中电力通信的运行和应用现状分析,电网不稳定也是最常见的问题之一。在电力通信的应用中,造成电网不稳定的主要原因是物理系统中潜在存在的功率不平衡问题,为了确保电力通信系统的正常运行,就需要找到一个相对稳定的平衡点,这其实是负荷母线上节点功率方面的平衡问题,节点无功功率、负荷耗能无功功率,可实现该种平衡,同时平衡点也能够起到有效抑制扰动的作用。