城市配電信息寬帶無線接入系統(tǒng)研究

問 娜

（荊州供電公司信息通信中心，湖北 荊州 434007）

城市配電信息寬帶無線接入系統(tǒng)研究

問 娜

（荊州供電公司信息通信中心，湖北 荊州 434007）

智能電網的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網和分布式管理的智能化網絡系統(tǒng)，可對電網與用戶用電信息進行實時監(jiān)控和采集。建立高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網的基礎，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網的特征都無法實現(xiàn)。筆者借助荊州供電公司配電網系統(tǒng)來對城市配電信息寬帶無線接入系統(tǒng)進行研究。

城市配電；寬帶；無線接入

國家電網科［2009］1535號文件頒布Q/GDW382-2009《配電自動化技術導則》（以下簡稱《導則》）提出了配電通信網骨干層和接入層的相關技術要求，骨干層原則上建議采用光纖，不具備條件時，考慮采用其他通信方式作為補充。接入層采用光纖、無線專網、載波、無線公網等多種通信方式結合，因地制宜，但是需要統(tǒng)一接入、統(tǒng)一接口規(guī)范和統(tǒng)一管理，應支持標準串行接口和以太網等。

1　荊州供電公司配電網現(xiàn)狀

荊州供電公司配電終端現(xiàn)狀：經統(tǒng)計，荊州市城區(qū)現(xiàn)有3.5萬用戶，2009年共有各類配電終端約5 000臺，其中各類設備終端2 000臺，專變負控終端2 700臺，低壓集中器260臺。2011年底，預計供區(qū)內約有終端2萬個點。其中計劃新裝低壓集中器830個，用電現(xiàn)場約13 600個，10kV聯(lián)絡開關108臺。

目前配電終端接入方式采用GPRS無線公網接入，其中2010年新購的設備，在接口模塊方面可以選用GPRS模塊或者以太網模塊，部分設備同時擁有2種接口。

2　無線公網存在問題

不斷上升的高昂通訊成本：2009年，配網設備終端4 860臺，年通信費為60萬元。2011年，配網設備終端計劃增至19 290臺，按單個終端年通信費120元計算，通信費預計將達到240萬元。運行成本逐年增高，成本高昂。若采用3G方式，單個終端包年約為800元，通訊費用還將增加。

網絡性能不高：一是GPRS信號不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸時延長、數(shù)據(jù)容易丟失；二是GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在30kbps左右，僅能滿足窄帶需求，擴展功能有限，不利于在網絡上實現(xiàn)更多功能如視頻傳輸、移動辦公等，數(shù)據(jù)傳輸速度慢。

安全性能較差：GPRS是公眾無線網絡，無法克服內外網隔離帶來的系統(tǒng)整合困難。

3　接入層典型方案的技術比較

國網公司的規(guī)定：按照《導則》規(guī)定，接入層通信網可采用光纖網、無線專網、電力載波和無線公網。因為國內載波抄表技術正處于發(fā)展過程當中，其組網技術已經由第二代的靜態(tài)組網向第三代的動態(tài)組網發(fā)展，目前僅限于窄帶數(shù)據(jù)應用，因此不予重點考慮，見圖1。

3.1三種方案的技術比較

光纖接入方案：SCADA實時數(shù)據(jù)通信、遠動、保護、電視會議、圖像監(jiān)控信號傳輸、視頻會議、調度電話、行政電話語音、IP、安全自動裝置和電力市場化所需的寬帶數(shù)據(jù)等。優(yōu)點：從技術角度上說光纖方式是最優(yōu)的選擇。缺點：部署安裝復雜，建設成本高；建設周期長、維護工作量大；不能靈活組網。

無線公網接入方案：GPRS分組無線移動數(shù)據(jù)通信提供移動環(huán)境下的高速無線IP，可實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)采集交互等。優(yōu)點：投資成本低，建設周期短。缺點：接通率低，安全性、穩(wěn)定性低，無法滿足內外網物理隔離要求，運行成本高。

圖1　多種配電通信方式綜合應用示意圖

表1　技術分析對比

寬帶無線專網：提供數(shù)據(jù)業(yè)務、VOIP語音業(yè)務、視頻業(yè)務等。優(yōu)點：組網靈活易接入，性價比最佳。缺點：頻點資源稀缺。

3.2技術分析結果對比（見表1）

電力系統(tǒng)配用電側信息采集點種類多、數(shù)量多、單點傳輸數(shù)據(jù)率不高，有些采集點處于地下，網絡改造較多、變動頻繁，與之相配套的通信網絡必須是網絡覆蓋范圍廣、組網靈活、接入方便、傳輸可靠、網絡管理配置方便、維護簡單、擴展性、生存性很強的網絡。

光纖方式（PON無源光網絡）傳輸可靠，實時性、安全性好。但是光纖到配電臺區(qū)及各個配用電信息采集點需要敷設大量的光纜，施工難度較大，加之城市光纜的管道及物業(yè)協(xié)調成本日益增加，導致使用光纖網絡進行多點、短數(shù)據(jù)信息傳輸一次性成本及傳輸維護成本太高。

無線公網GPRS/CDMA/3G不能夠為電網配電系統(tǒng)通信傳輸提供大帶寬的專用數(shù)據(jù)通信網絡，不能夠保證專網業(yè)務的QoS（服務質量），僅適用于無控制要求的配電終端基本數(shù)據(jù)信息采集，其中3G可以實現(xiàn)設備終端遠程視頻監(jiān)控，但對于配電自動化、調控一體化以及智能電網的功能支持仍十分有限，功能擴展不便。

無線專網（WIMAX全球微波互聯(lián)接入）更適合企業(yè)的互動智能網建設，方便管理和配置，組網靈活；安全性能較高，支持內外網物理隔離；在功能擴展方面具有無線公網不可比擬的優(yōu)勢。

結論：無線寬帶專網（WIMAX）綜合性價比最高。

4　WIMAX技術簡介

WIMAX是一個全IP的網絡，具有按需分配帶寬的能力，合理分配帶寬資源。WIMAX作為無線寬帶領域的重要技術，憑借更低的成本、更大的帶寬、更靈活的部署等一系列優(yōu)點成為了眾多新興寬帶市場和發(fā)達國家發(fā)展無線寬帶的首選技術。國內早有WIMAX技術應用案例，2008年奧運會帆船賽事中，我國奧運組委會成功利用部署的WIMAX網絡進行報障及應急處置，見圖3。

圖3　國內WIMAX應用

WIMAX是開放的技術：IOT（Interoperability Test，互操作測試）是多廠商運營環(huán)境形成的技術基礎。各設備制造商要通過IOT測試來驗證不同廠家的無線接入網與核心網的互聯(lián)互通，保證WIMAX技術體系開放。

WIMAX是先進的技術：它是準4G技術，WIMAX 16e可以通過軟件升級、替換模塊平滑演進到16m或者是LTE。它采用了12種先進的關鍵技術：OFDM、Scalable OFDMA、Spectrally-Efficient TDD、Frequency-Selective Scheduling、Fractional Frequency Reuse、Fine Quality of Service （QoS）、MAC Security、HARQ、AMC、MIMO、AAS、Flat network architecture。

全球各大廠商共同的選擇：目前全球一些電力服務公司如San Diego Gas&Electric（圣地亞哥電氣）、Southern California Edison（南加利福尼亞愛迪生）等已經表示，將采用WiMAX技術來發(fā)展智能電網。英特爾、通用電氣（GE）等廠商也認為，就未來技術發(fā)展與應用服務需求來看，相對成熟的WIMAX技術將可作為連接智能電網中各個終端裝置的主要網絡技術。

WIMAX同現(xiàn)有3G技術相比，在下行上行的速率、容量等關鍵參數(shù)上全面領先，且具備LTE所沒有的較成熟的產業(yè)鏈，并可以通過較小的成本平滑過渡到4G，因此從工程實施的選擇上來說，WIMAX是目前技術領先的最佳選擇。

安全性問題：WIMAX支持先進的加密、認證和安全機制，使用終端和用戶認證來確保網絡接入的安全，防止服務盜取。

內外網隔離問題：利用現(xiàn)有城市骨干光纖網絡，通過添加和改造部分光端設備和光纜，可完全滿足國網公司提出的安全要求。

網絡性能：在理想接入環(huán)境下，單載波5MHz頻率提供下行8.28Mbps、上行2.93Mbps的接入速率，即1×3×3配置的單基站可以提供24.82Mbps、上行8.79Mbps的最大接入速率。經過精密測算測試，容量和帶寬滿足荊州智能電網需求。

5　荊州供電公司的嘗試

通過近半年的艱辛努力，在多方通力協(xié)助下，荊州供電公司已建設了一張覆蓋荊州市部分中心城區(qū)，具有示范效益的技術試驗網絡，可滿足覆蓋區(qū)內配網自動化、調控一體化、以及智能電網其他領域的試點及技術驗證工作需求，見圖4。

圖4　荊州WIMAX試驗網基站分布圖

試驗網功能應用：一是視頻監(jiān)控功能，通過自行組建專用無線寬帶網絡，建立配網調控一體化中心與各監(jiān)控點間的無線傳輸鏈路，實現(xiàn)現(xiàn)場圖像信息、運行數(shù)據(jù)的實時動態(tài)傳輸，為電力安全生產的提供準確及時的第一手資料，以使調度、運行人員迅速、準確的處理問題。二是無線遠程抄表，能夠實現(xiàn)遠程抄表功能，進行遠程數(shù)據(jù)采集、交互和控制，滿足未來智能用電的需求。三是負荷控制，能夠實現(xiàn)配電網大用戶的負荷控制，實時監(jiān)測用戶的負荷數(shù)據(jù)，根據(jù)電網負荷情況對用戶負荷進行調整控制，及時準確發(fā)送配電線管理信息，平滑負荷曲線，達到節(jié)能增效目的。四是配電自動化，能夠實現(xiàn)對變電站配電終端設備設備的自動化管理，提高配電系統(tǒng)運行的可靠性，對于事故實現(xiàn)提前預告，提高供電質量與生產管理效率，達到經濟運行的目標。五是企業(yè)信息化，能夠實現(xiàn)移動辦公，能夠使用內部網絡資源，如登錄PMS（國家電網生產管理系統(tǒng)）。

6　結　語

城市配電信息寬帶無線接入系統(tǒng)采用WIMAX技術組建電力專網具有很好的應用前景，符合國網公司建設智能電網要求。該技術國際國內標準體系完善，技術先進，組網靈活，綜合性價比高，能滿足電網配用電側多種業(yè)務需求。

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.08.080

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1673-0194（2015）08-0104-02

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