張瀚峰 普天信息技術有限公司高級工程師

閆淑輝 普天信息技術有限公司高級工程師

馮世英 普天信息技術有限公司高級工程師

LTE230系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應用

張瀚峰 普天信息技術有限公司高級工程師

閆淑輝 普天信息技術有限公司高級工程師

馮世英 普天信息技術有限公司高級工程師

介紹了基于TD-LTE技術的新型電力專用230MHz頻段的無線通信系統(tǒng)，并給出了該系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的多種應用解決方案。該系統(tǒng)為用配網(wǎng)自動化、用電信息采集、負荷控制等關鍵業(yè)務提供了高性能、高安全、高可靠的無線通信支撐。

LTE230系統(tǒng) 智能電網(wǎng) 無線基站

1 引言

通信網(wǎng)絡是智能電網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng)，是智能電網(wǎng)的基石，其中寬帶無線通信技術以其特有的優(yōu)勢在智能電網(wǎng)中發(fā)揮著越來越不可替代的作用，是解決配用電側(cè)全覆蓋、全采集發(fā)展目標的必然選擇。因此，如何更好地應用寬帶無線通信技術，選擇一種兼具信息安全性高、信息傳輸帶寬高、系統(tǒng)可靠性高、維護方便性好、網(wǎng)絡擴展能力強、業(yè)務適應性強、采用新一代技術的無線通信系統(tǒng)為智能電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的通信保障，已成為電力通信發(fā)展的必然選擇。

基于電網(wǎng)230MHz專用頻段，結(jié)合第四代移動通訊TD-LTE先進技術的新一代電力無線通信系統(tǒng)（簡稱“LTE230系統(tǒng)”）為“堅強智能電網(wǎng)”提供優(yōu)質(zhì)的通信保障，該系統(tǒng)能提供完全符合電網(wǎng)規(guī)范的集中器、采集器、負控終端通信模塊，可便捷地與GPRS模塊互換；可為電網(wǎng)定制圖形化界面的網(wǎng)管，便捷地實現(xiàn)系統(tǒng)設備和終端設備的統(tǒng)一管理，具有數(shù)據(jù)采集、遠程控制、圖像或視頻傳輸、語音、調(diào)度等多種功能；該系統(tǒng)可用于用電信息采集、配電自動化、應急搶修、生產(chǎn)調(diào)度、營銷核算、視頻監(jiān)控、新能源接入、智能臺區(qū)等多種業(yè)務，為其提供廣覆蓋、低時延、安全可靠的雙向無線通信信道。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本文提出的TD-LTE230系統(tǒng)是為電力行業(yè)量身打造的寬帶無線接入系統(tǒng)。系統(tǒng)集成第四代移動通訊LTE網(wǎng)絡架構(gòu)的全部優(yōu)點，并結(jié)合電力應用需求，利用載波聚合技術，將230MHz頻段離散的窄帶頻點資源進行統(tǒng)一整合形成寬帶資源以滿足行業(yè)應用。同時，該系統(tǒng)引入了OFDM、高階調(diào)制、高效編碼、頻譜感知等新技術，一方面提高了頻譜效率，另一方面使系統(tǒng)具有優(yōu)越的解調(diào)性能，提升了系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保證了與數(shù)傳電臺系統(tǒng)在230MHz頻段的共存。該系統(tǒng)能夠支持包括用電信息采集、配電自動化、專變負控采集、視頻傳輸?shù)仍趦?nèi)的電力業(yè)務，并能根據(jù)電力用戶需求不斷進行改進與定制。

LTE230系統(tǒng)主要由無線終端UE、無線基站eNodeB、核心網(wǎng)EPC及網(wǎng)管eOMC構(gòu)成，具體參見圖1。

●無線終端UE

LTE230系統(tǒng)的無線終端模塊，直接與集中器、負控終端、配電自動化終端等電力終端設備通信。終端與監(jiān)控單元能夠無縫連接，即插即用。

●無線基站eNodeB

LTE230系統(tǒng)的無線基站，能夠接入多路用戶。包括固定基站以及移動基站（車載）。每個基站單個扇區(qū)最多可接入2000個電力數(shù)據(jù)用戶。

●無線核心網(wǎng)EPC

LTE230系統(tǒng)的核心網(wǎng)，負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，直接連接智能電網(wǎng)主站。通過核心網(wǎng)，電力終端能夠完成數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、調(diào)度指揮、應急搶險等功能。

●網(wǎng)管eOMC

LTE230系統(tǒng)的網(wǎng)絡管理單元主要包括兩部分內(nèi)容：網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)控和設備運維。該中心支持對現(xiàn)存的電力信息管理進行融合，并能利用各種多媒體手段、GIS技術，完成統(tǒng)一集成的多媒體調(diào)度指揮系統(tǒng)。

圖1 LTE230系統(tǒng)架構(gòu)

3 基于LTE230系統(tǒng)的智能電網(wǎng)解決方案

LTE230系統(tǒng)主要定位在電力配用電業(yè)務上，可以作為電力光纖骨干網(wǎng)絡的延伸和補充。

3.1 用電信息采集應用

電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的采集對象為所有電力用戶，包括各類大中小型專變用戶、各類380/220V供電的工商業(yè)用戶和居民用戶、公用配變考核計量點。

根據(jù)國家電網(wǎng)電能量采集系統(tǒng)建設的情況和營銷業(yè)務的分類調(diào)查，除電力用戶外，還有許多電能計量點（公用配變考核）尚未實現(xiàn)自動采集。電力用戶信息采集系統(tǒng)的統(tǒng)一采集平臺，支持多種通信信道和終端類型，可用來采集其他的計量點，如小水電、小火電上網(wǎng)關口、直調(diào)統(tǒng)調(diào)關口、變電站的各類計量點。在系統(tǒng)建設需求的研究中，將用戶分為6大類：大型專變用戶、中小型專變用戶、三相一般工商業(yè)用戶、單相一般工商業(yè)用戶、居民用戶、公用配變考核計量點。居民用戶用電信息采集以小區(qū)樓道、柱上變或小區(qū)箱變（公變）為單位，完成單個樓道或箱變負荷范圍內(nèi)全部居民用戶、關口計量點的用電信息采集。安裝于樓道的采集器、農(nóng)村柱上變或小區(qū)箱變處的集中器即為一個遠程通信節(jié)點。

安裝在上述計量點的采集計量終端將用電信息數(shù)據(jù)采集后通過新型230MHz電力無線專網(wǎng)的專用通道送到遠端業(yè)務主站，如圖2所示。業(yè)務主站的下發(fā)指令也通過新型230MHz網(wǎng)絡傳遞到采集計量終端中，以控制電力采集計量終端的操作，實現(xiàn)安全可靠的雙向通信。

3.2 配電自動化業(yè)務應用

配電作為直接面向客戶需求的環(huán)節(jié)，通過對用戶用電情況的實時監(jiān)控，采取削峰填谷的手段，通過有效轉(zhuǎn)移負荷，在現(xiàn)有網(wǎng)架基礎上配送更多電量，實現(xiàn)對電網(wǎng)保護和控制的優(yōu)化，提高電網(wǎng)的工作效率，它在電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運行中起著重要作用，更是智能化電網(wǎng)后臺應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。

相對于骨干電網(wǎng)，配電網(wǎng)特別是10kV及以下電壓等級網(wǎng)絡具有結(jié)構(gòu)復雜、電壓等級多、配電設備數(shù)量多、支線多、分布廣的特點。由此，也決定了配電網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務具有接線復雜、分布分散、通信點多、通信設備工作環(huán)境較差、單個通信點信息量僅幾百波特，但基礎數(shù)據(jù)庫的信息量非常龐大的特征。采用新型230MHz電力無線寬帶通信專網(wǎng)可以較好地解決智能電網(wǎng)對低壓配網(wǎng)業(yè)務所要求的雙向通信問題。

配電自動化終端的數(shù)據(jù)通過LTE230系統(tǒng)的專用通道送到遠端監(jiān)控主站系統(tǒng)，監(jiān)控主站的下發(fā)指令也通過專網(wǎng)傳遞到配電自動化終端中，以控制配電自動化終端的操作，實現(xiàn)安全可靠的雙向通信，如圖3所示。

圖2 用電信息采集應用

LTE230電力無線寬帶通信系統(tǒng)提供在農(nóng)村地區(qū)超過30km半徑的覆蓋，以及最高達14.96Mbit/s的上行無線傳輸鏈路，具備優(yōu)先級設置功能，能按需分配業(yè)務帶寬，較好地滿足各類型配網(wǎng)業(yè)務順利開展對通信通道的要求，保障了業(yè)務可靠性、實時性、安全性。LTE230電力無線寬帶通信專網(wǎng)建設速度快，可較好地覆蓋開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關等配電設備，實現(xiàn)配電自動化終端的通信接入。

3.3 輸電線路監(jiān)控業(yè)務應用

我國的電網(wǎng)系統(tǒng)是集中發(fā)電、特高壓、高壓遠距離輸電的大型互聯(lián)網(wǎng)絡，用電負荷的不斷增加使得對遠距離輸電線路的傳輸容量需求不斷增大，智能電網(wǎng)對電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。

隨著堅強智能電網(wǎng)對于電力堅強基礎網(wǎng)架的需求，建設由1000kV交流和±800kV、±1000kV直流構(gòu)成的特高壓骨干電力傳輸網(wǎng)架，成為電網(wǎng)公司構(gòu)建智能電網(wǎng)的必要手段。骨干輸電線路往往架設在環(huán)境惡劣、人跡罕至的地區(qū)，首先在線路的建設上就增加了工作量和費用，其次在線路的維護上很不方便，會對電力傳輸系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性造成影響。

電力無線通信系統(tǒng)可以為電力輸電網(wǎng)絡提供大容量、廣覆蓋的雙向、可靠的通信解決方案，是電力光纜通信的良好補充。

新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)能很好地覆蓋塔上塔下、塔間、大跨越兩岸以及周圍復雜環(huán)境，將施工現(xiàn)場的視頻信息實時傳送到工程指揮中心及相關管理部門，為現(xiàn)場施工指揮人員提供清晰的、圖像化的指揮調(diào)度視頻，從而提高了施工過程中的安全性、可靠性、準確性和實效性。對于已建好的骨干電網(wǎng)網(wǎng)架，通過新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)實現(xiàn)重點區(qū)域的實時視頻監(jiān)控，當輸電線路出現(xiàn)故障時能夠在現(xiàn)場迅速建立通信網(wǎng)絡，為線路搶修提供臨時通信保障，如圖3所示。

另外，依托新型230MHz電力無線寬帶通信系統(tǒng)可以覆蓋偏遠的變電站，為這些無人值守變電站提供應急視頻監(jiān)控、遠程故障告警接收，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度可視化管理，保障電網(wǎng)運行的安全可靠。

4 結(jié)束語

本文從智能電網(wǎng)的通信業(yè)務需求出發(fā)，基于電網(wǎng)獨有的230M頻段離散頻譜，利用TD-LTE先進無線通信技術，提出了具有深覆蓋、高速率傳輸、實時性強、安全性強等特點的無線通信解決方案。解決了用電信息采集、配網(wǎng)自動化、負荷控制等多業(yè)務對電力無線通信的需求。

1 吳文炤.TD-LTE 230MHz在配電線路全項在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用.電力通信系統(tǒng).2012,10

2 歐清海,謝杰洪,曾令康,李祥珍,曾巖.TD-LTE 230技術在配用電通信中的應用.現(xiàn)代電子技術.2012,11

3 周建勇,田志峰,李艷,陳寶仁.廣覆蓋LTE 230系統(tǒng)在電力配用電應用中的研究與實踐.電信科學.2014,3

Application of LTE 230 System in Smart Grid

The paper proposes an innovative power wireless communication system using TD-LTE technology and power industry authorized radio frequency in 230MHz and some application solutions of smart grid based on the system.The system supports high performance,high security,high reliability wireless communication for the key services in smart grid such as distribution network automation,electric energy data acquisition and load control.

LTE230 system,smart grid,base station

2014-12-25）