LTE230系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

張瀚峰 普天信息技術(shù)有限公司高級工程師

閆淑輝 普天信息技術(shù)有限公司高級工程師

馮世英 普天信息技術(shù)有限公司高級工程師

LTE230系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

張瀚峰 普天信息技術(shù)有限公司高級工程師

閆淑輝 普天信息技術(shù)有限公司高級工程師

馮世英 普天信息技術(shù)有限公司高級工程師

介紹了基于TD-LTE技術(shù)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(yīng)用解決方案。該系統(tǒng)為用配網(wǎng)自動(dòng)化、用電信息采集、負(fù)荷控制等關(guān)鍵業(yè)務(wù)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(luò)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(shù)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(biāo)的必然選擇。因此，如何更好地應(yīng)用寬帶無線通信技術(shù)，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(hù)方便性好、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力強(qiáng)、業(yè)務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)、采用新一代技術(shù)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(dòng)通訊TD-LTE先進(jìn)技術(shù)的新一代電力無線通信系統(tǒng)（簡稱“LTE230系統(tǒng)”）為“堅(jiān)強(qiáng)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(fù)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備和終端設(shè)備的統(tǒng)一管理，具有數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)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(dòng)化、應(yīng)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(wù)，為其提供廣覆蓋、低時(shí)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(dòng)通訊LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全部優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合電力應(yīng)用需求，利用載波聚合技術(shù)，將230MHz頻段離散的窄帶頻點(diǎn)資源進(jìn)行統(tǒng)一整合形成寬帶資源以滿足行業(yè)應(yīng)用。同時(shí)，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(shù)，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(dòng)化、專變負(fù)控采集、視頻傳輸?shù)仍趦?nèi)的電力業(yè)務(wù)，并能根據(jù)電力用戶需求不斷進(jìn)行改進(jìn)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(fù)控終端、配電自動(dòng)化終端等電力終端設(shè)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(dòng)基站（車載）。每個(gè)基站單個(gè)扇區(qū)最多可接入2000個(gè)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(fù)責(zé)終端認(rèn)證、終端IP地址管理、移動(dòng)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(yīng)急搶險(xiǎn)等功能。

●網(wǎng)管eOMC

LTE230系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理單元主要包括兩部分內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備運(yùn)維。該中心支持對現(xiàn)存的電力信息管理進(jìn)行融合，并能利用各種多媒體手段、GIS技術(shù)，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(wù)上，可以作為電力光纖骨干網(wǎng)絡(luò)的延伸和補(bǔ)充。

3.1 用電信息采集應(yīng)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(jì)量點(diǎn)。

根據(jù)國家電網(wǎng)電能量采集系統(tǒng)建設(shè)的情況和營銷業(yè)務(wù)的分類調(diào)查，除電力用戶外，還有許多電能計(jì)量點(diǎn)（公用配變考核）尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jì)量點(diǎn)，如小水電、小火電上網(wǎng)關(guān)口、直調(diào)統(tǒng)調(diào)關(guān)口、變電站的各類計(jì)量點(diǎn)。在系統(tǒng)建設(shè)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(jì)量點(diǎn)。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(gè)樓道或箱變負(fù)荷范圍內(nèi)全部居民用戶、關(guān)口計(jì)量點(diǎn)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(gè)遠(yuǎn)程通信節(jié)點(diǎn)。

安裝在上述計(jì)量點(diǎn)的采集計(jì)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(yuǎn)端業(yè)務(wù)主站，如圖2所示。業(yè)務(wù)主站的下發(fā)指令也通過新型230MHz網(wǎng)絡(luò)傳遞到采集計(jì)量終端中，以控制電力采集計(jì)量終端的操作，實(shí)現(xiàn)安全可靠的雙向通信。

3.2 配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)應(yīng)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(shí)時(shí)監(jiān)控，采取削峰填谷的手段，通過有效轉(zhuǎn)移負(fù)荷，在現(xiàn)有網(wǎng)架基礎(chǔ)上配送更多電量，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)保護(hù)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(yùn)行中起著重要作用，更是智能化電網(wǎng)后臺應(yīng)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(luò)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電壓等級多、配電設(shè)備數(shù)量多、支線多、分布廣的特點(diǎn)。由此，也決定了配電網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有接線復(fù)雜、分布分散、通信點(diǎn)多、通信設(shè)備工作環(huán)境較差、單個(gè)通信點(diǎn)信息量僅幾百波特，但基礎(chǔ)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(wù)所要求的雙向通信問題。

配電自動(dòng)化終端的數(shù)據(jù)通過LTE230系統(tǒng)的專用通道送到遠(yuǎn)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(dòng)化終端中，以控制配電自動(dòng)化終端的操作，實(shí)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(yīng)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(dá)14.96Mbit/s的上行無線傳輸鏈路，具備優(yōu)先級設(shè)置功能，能按需分配業(yè)務(wù)帶寬，較好地滿足各類型配網(wǎng)業(yè)務(wù)順利開展對通信通道的要求，保障了業(yè)務(wù)可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性。LTE230電力無線寬帶通信專網(wǎng)建設(shè)速度快，可較好地覆蓋開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)等配電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化終端的通信接入。

3.3 輸電線路監(jiān)控業(yè)務(wù)應(yīng)用

我國的電網(wǎng)系統(tǒng)是集中發(fā)電、特高壓、高壓遠(yuǎn)距離輸電的大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用電負(fù)荷的不斷增加使得對遠(yuǎn)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(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。

隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對于電力堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)網(wǎng)架的需求，建設(shè)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(shè)在環(huán)境惡劣、人跡罕至的地區(qū)，首先在線路的建設(shè)上就增加了工作量和費(fèi)用，其次在線路的維護(hù)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(luò)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(bǔ)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(fù)雜環(huán)境，將施工現(xiàn)場的視頻信息實(shí)時(shí)傳送到工程指揮中心及相關(guān)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(zhǔn)確性和實(shí)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(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障時(shí)能夠在現(xiàn)場迅速建立通信網(wǎng)絡(luò)，為線路搶修提供臨時(shí)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(yuǎn)的變電站，為這些無人值守變電站提供應(yīng)急視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障告警接收，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度可視化管理，保障電網(wǎng)運(yùn)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(wù)需求出發(fā)，基于電網(wǎng)獨(dú)有的230M頻段離散頻譜，利用TD-LTE先進(jìn)無線通信技術(shù)，提出了具有深覆蓋、高速率傳輸、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、安全性強(qiáng)等特點(diǎn)的無線通信解決方案。解決了用電信息采集、配網(wǎng)自動(dòng)化、負(fù)荷控制等多業(yè)務(wù)對電力無線通信的需求。

1 吳文炤.TD-LTE 230MHz在配電線路全項(xiàng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)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(shù)在配用電通信中的應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù).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(yīng)用中的研究與實(shí)踐.電信科學(xué).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）