基于TD-LTE230系統電力單表用戶用電信息采集到應用

孔曉昀

【摘要】 計算機和網絡云技術的應用促進了電力系統的智能發展，在具體應用的過程中，網絡一體化在電力系統中發揮著重要的角色和作用。隨著國家電網的逐漸成熟和建設，在近年來已經逐漸形成了具有一定規模和效用的光纖通信網絡系統。隨著用戶需求和國家的投資力度，光纖網絡的覆蓋面積已經能夠全面覆蓋國家標準的電網調度控制主域、音效機構管理、110kv或更高電壓級別的出輸電網絡。光纖網絡能夠在智能電網的構建中起到至關重要的作用。

【關鍵詞】 TD-LTE230系統 電力單表用戶 用電信息 采集與應用

一、前言

智能電網的運行離不開網絡系統的媒介和載體。在電力通信的體系中擁有骨干網和接入網等兩大布局。這兩大布局都具有獨立而重要的作用和特點。通信骨干系統的主體結構和傳輸方式主要以光纜為主，通過數字同步的傳送系統（SDH）為主要前提，結合光傳送網（OTN）重要技術，構成了聯組網絡模式。電力通信在骨干網運行的基礎上，對于接入網的具體定位能夠進行有效的延伸，可以最終實現1～10公里距離的延伸信號覆蓋。

光纖通信網絡在應用（≥110kv）骨干網絡中性能卓越。與之相比，在面對多點應對和環境復雜的輸電系統中的（≤35kv）低壓配電網絡還需要技術和性能的提升?；诖朔N功能和技術不足，需要引入寬帶無線通信技術對真題光纖通信系統進行功能性補足?？梢钥闯觯罱ǜ咚?、穩定、靈活的電力通信接入網絡能夠有效的解決配用電系統的全面覆蓋和采集中的問題，同時也是電力系統各個功能布局發展的主要趨勢和方向。

二、電力采集系統的現狀

2.1用電信息系統采集的構架

我國電力系統的信息采集技術已經普及。主要系統體運行結構為：電表采集終端、采集點控制集中器、通信通道傳輸網、電網數據主站[1]。這些結構設施組成電力信息采集系統的主要體系。其中以數據主站、集中器和終端電表為主要構架，通信通道為傳輸媒介，其結構可以詳見圖1。

2.2傳統電力采集系統的弊端

1. RS-485由于傳輸速率低、傳輸距離受電力線狀態影響大

在目前傳統電力信息采集系統中的，電表終端到采集器之間的運行模式主要還是以RS-485收發器進行信息采集平衡和差分接受。雖然收發器的檢測功能能夠達到200mV的電壓，可以實現雙絞線多站聯網以及可以對長距離通信[2]進行傳送。但是，其技術和性能還是受到地理位置和傳送速度的限制。特別是在郊區、農村區域以及單戶之間庫里遠和承載數據傳輸的電力線老化、破損等原因導致的一些用戶數據進行無法完整上傳至集中器的現象。最終會導致上傳到主站的集中管理系統出現問題。

在自動化領域的建設中，具有多種系統的的發展過程中具有適合遠距離的通信功能。RS-485標準采用平衡的發送，根據收發的數據收發器進行總線驅動[3]。包括其規格：接收器的輸入電阻RIN≥12kΩ；驅動器能夠輸出±7V的工模電壓；進行輸入端的電容≤50pF；節點標準為32個，進行120Ω的終端電阻配置。驅動器進行進行輸出的電壓1.5V；接收器的靈敏度200mV；因為RS-485的遠距離多點傳輸能夠降低系統成本，使其在一段時期內成為數據傳輸的主流配置。但是在實際應用的過程中RS-485的總線運行仍然存在著很多問題和不足，在一定程度上，限制電力工程體統的質量和進展。

2.“采集器——電網數據主站”[4]之間通信通過運營商GPRS網絡傳輸劣勢

運營商GPRS在網絡傳輸中的速率相對偏低，安全性也無法完全保障，在處理故障的時間安排上存在不可操控性。從發展事態來看，2G～4G網絡將逐漸被新的技術和功能過取代。因此，針對目前優秀的TD-LTE230電力無線專網系統可以確認其樂觀的發展前景和解決問題的重要地位。

三、TD-LTE230系統簡介

3.1 TD-LTE230系統

TD-LTE230 無線寬帶系統是采用LTE核心技術，并用正交頻分多址技術。運用CA等窄帶頻譜聚集原理，進行合理的系統和終端信息吞吐。實現同時運控不同帶寬需求業務的無線通信標準[5]。智能電網的電信采集功能可以顯現物聯網模式的供求需要。表現在采集點數量多，而每次傳輸的數據量相對較小。該系統針對數據傳輸的標準開始半靜態調度設計簡化命令，簡化終端進行節約能耗的目標操作。根據TD-LTE230系統的標準進行電力行業的寬帶無線接入。在對系統集成的第四代通信LTE網絡構架進行優化，并結合電力的應用標準進行載波聚合技術應用。將230MHz頻段離散的窄帶頻點進行寬帶資源的行業標準對接。在該系統引用的OFDM[6]、告誡調制、高效編碼等新技術，可以在系統整體提升頻譜效率，還能對系統進行優化的性能調整，增強整體的抗干擾能力。

在很大程度上確保數據系統與230MHz頻段的共存。對系統應用的支持包括用電信息的采集用和自動化配電以及電力業務的傳輸能力為用戶提供全方位的服務。綜合上述論述， LTE230系統的主要由無線終端UE、無線基站eNodeB、核心網EPC以及網管eOMC四大體系構成，詳見圖2。

3.2 TD-LTE230系統特點

TD-LTE230系統先進的性能和實用性的應用帶來了電力信息采集方面極強的行業發展動向。（1）具有覆蓋面積廣泛信號繞射能力強勁的優勢，密集區域的覆蓋可以達到3km以上，鄉村在30km左右。（2）安全性能較高，其設計原理在LTE的規定范圍之內，在實現3GPP的合格機密鑒權機制的同時，能夠支持IP地址的相應過濾與數據過濾協議[7]。（3）數據傳輸平穩，能夠充分支持Turbo信道編碼、HARQ、AMC等高端物理層技術，為數據穩定提供有效的技術支撐。（4）設備可靠性高，在設計的過程中及時進行了大量的標準設計規范，在產品應用的產品進行合理的可靠性驗證。（5）可維護性較強，在操作維護中心的OMC可實現對LTE230系統的EPC、eNodeB、UE進行集中化統一標準的管理，在遠程的通信和實地網元設備和網絡系統中進行，配置。拓展、故障、性能、報表、軟件、日志、安全等管理模式。（6）延展性較強，全IP網絡架構、支持軟件的無線電技術。（7）深度制定效果，上行為主、支持已有的QOS的制定、形成實時性較強的終端產品[8]。

四、基于TD-LTE230技術的用電用戶單表采集方案

4.1 LTE230系統的配用電自動化方案應用

基于TD-LTE230技術的優秀特點，可對在關于電力信息采集系統中的先進方案進行詳細的分析和論述。我國在電力信息配電和用電過程中，出現了很多網絡拓撲復雜、變化快和終端階段較多的現象，還有繁多的種類和復雜的空間分布等諸多外在因素。在不同類型的配電業務當中進行信息傳輸[9]和不同要求的標準形成。在配電業務之間的額信息傳輸和要求進行不同的定向。在配電網絡的區分和差異以及標準范圍之內進行短信通信的多種通信方式研究。在以光纖為骨干網系統、無線通信網作為全面覆蓋的組網模式進行有機的系統融合。

LTE230的終端能夠測定電業業務的需求標準和安裝連接邊控采集系統的信息。通過合理的連接配合完成自動化終端運行[10]。在通過230MHz無線鏈路接入系統的LTE230基站系統后。LTE230能夠在變電站的樓頂運行自身的設備功能和標準。在應用電網光纖標準的同時對資源進行有效的利用和銜接。在對LTE230的核心標準的網絡技能管理過程中進行有效部署。在電力大廈的與電力主站之間進行精準對接，實現域內LTE230基站和終端的有效管理和調控。詳情請見圖3。

在LTE230的電力無線寬帶系統建設中，農村地域的覆蓋面積大約能夠超過30公里左右的標準。最大能夠支撐2000個左右的電力業務終端同時在線?？梢赃_到14.96MbPs上行無線傳輸鏈路標準。在優先級的設置中，可以根據分配業務的帶寬大小，對各類配用電業務進行通道分配和供給。能夠標準的達到業務的可靠性和實時性，同時也能充分控制全方位的安全性能。LTE230的電力寬帶通信建設速度較快，在實現專變負控終端技術和集中器的用電信息采集中，進行有效的接入。在封閉的場所和環網柜以及柱上開關等配電設備的完整調控，實現配電自動化終端的標準接入，為自動化的電力信息采集打好堅實基礎。

4.2光纖到臺區的微基站方案應用

對于LTE230電力無線寬帶系統設置無線信息數據標準采集方案，可以通過對配電區進行小型和簡單化的LTE230基站來完善電力信息信息采集的構架。需要在電力數據中心機房的設置中進行一套有效的LTE230核心網絡（EPC）標準。對于管理和應用的每個地域，進行基站終端設備監督和管理。關于臺區無線采集的相關設備以及運行系統如圖4所示。

此項方案在應用的過程中，能夠對臺區的變壓器以及相關附件進行有效銜接。在在對于臺區的光纖接入口進行連接。對于臺區變壓器1km范圍之內的電力采集終端進行無線覆蓋。對于供電方式的域內可以規定220V/380V電壓標準[13]。對于AC/DC的轉換模塊進行跳幀，使其達到基站需要的-48V的直流電壓。

此項方案能夠綜合光纖和無線通信的有點，進行寬帶無線技術的合理延伸和應用，針對“最后1km”的設施部署難題記性有效的應用解決，在針對光纖網絡的延長和無線信號的傳播距離進行合理的電力連接和網絡管理。

4.3地下覆蓋環節的應用

LTE230系統在終端天線的拉遠技術應用中能夠對地下室等區域的覆蓋進行有效的改良和信號技術加強。通過創新性質的470MHz的近距離無線增強系統的配合，對混合組網的構建進行處理。在LTE230的電力地下室無線覆蓋方案的實施中，進行有效的電力信息采集標準應用。這項方案的遠距離接觸能夠對電力信息的采集進行新的技術標準應用。即230MHz的LTE技術，對于近距離的傳輸狀態470MHz的ZigBee無線技術，能夠進行自組網絡技術標準?？梢灾С侄嗵鴤鬏數膽梅秶?。具有較強的網絡靈活性和數據準確性。而且在系統運行方面的系統功耗較低。能夠很好的解決LTE230無線網路在大面積覆蓋上的控點不足問題。

地下室覆蓋解決方案能夠在應用的過程中進行有效的LTE230基站以及核心網絡和網管的構成。通過對地下室墻體信號減弱現象的實地情況研究，可以對電力應用終端的安裝部位盡量安排在靠近墻體的位置。簡單易行的施工流程完成后，可以通過對信號的測試，在區域內進行直接LTE230信號覆蓋，通過信號的強度對需要采集的230射頻天線進行拉遠技術處理。在地下室的安裝設施過程總，通過發現地下室墻體信號衰減較大甚至需要跨越多個墻體，則需要根據實際情況進行信息傳輸的230終端接入點（AP）、在短距離無線增強模塊的應用（RE）、短距離的無線通信終端節點（ED）三部分組成，在其中的AP負責遠距離的LTE230信號與470M近距離信號的銜接和轉換。完成RE歸屬的e470信號的路由轉換功能，ED負責最后環節和電力終端連接。在流程過程中，路由節點可以根據網絡的復雜程度進行適當增加，對于終端節點可以根據電力終端的數量進行增設。

在方案的室內設施標準運行中，采用標準的近距離無線增強通信方式，排除額拉線等技術環節的施工難題。對物業實施的破壞程度較小，協調性容易，并且支持220V市電標準，而且有應急備用電池，能夠提供可靠的穩定性和容災性能。一定程度上節約了設施的人力物力成本。

五、實際應用場景

5.1浙江省嘉興市海鹽縣電力寬帶無線專網建設情況

基于相關電力系統建設和數據分析的需求。針對海鹽縣供電系統的實驗情況進行詳細的調研和分析。海鹽縣電力系統的覆蓋、容量以及吞吐性能進行無線系統的額共存方面都進行了充分的實際應用驗證。

1.覆蓋性測試

在對小區調研和搜索以及隨機接入業務的標準覆蓋指標過程中，進行有效實況跟蹤。

（1）小區區域搜索。對電力小區的信號覆蓋情況進行測試。完成標準的單元測試點信息收集，對小區內進行搜索成功率測試，在記錄用戶的設備和基站的距離。其結果顯示，小區的最遠搜索距離為14km。

（2）隨機性接入。在小區的實驗過程中，對拉遠距離進行有效的測試，在單元測試中進行隨機接入測驗，在統計隨機接入的成功率測試過程中進行有效的技術性接入如RSRP和UE進行基站的信息距離對位。繼續結合結果的隨機接入顯示，記錄其最遠覆蓋距離可以達到13.6km。

（3）業務覆蓋距離。在針對業務范圍的測試和研究過程中，需要對UE的的布置遠離基站的不同位置。參照最低碼率QPSK的調制方式進行數字業務傳輸。在保持一段時間以后，進行記錄該項位置的RSRP、BLER和系統吞吐量的數值記錄。直到塊誤碼率達到10%，測量出UE的正常業務最遠離，這就使業務覆蓋面積的最大實際有效距離。詳情調查參見表1。

2.吞吐量研究

在系統的頻譜利用率指標測試中，進行小區的RSRP=-80dBm點標準選擇，對其進行OPSK配置、16QAM、64QAM等相關調試方式整合。在UE的測試過程中對2M數據包的速率進行定位跟蹤，統計出10min，算出平均值，作為基站最大傳輸速率的標準。TD-LTE230無線寬帶通信系統的傳輸效率較高，最大的頻譜效率可達到2.44bps/Hz，相比傳統的電臺的頻譜提升了幾倍。

3.容量的衡量

電力信息的重點速度直接影響整個電力信息采集系統的效率和質量。在海量用戶的大形勢下，通過TD-LTE230無線寬帶信息系統的拓展和應用，能夠有效解決用戶傳輸的不足和堵塞。在網絡容量測試其核心網絡處理能力的TDLET230無線寬帶通信系統的支持可以到達60000個終端的穩定運行。

4.測試結論評定

關于相關技術和數據的對接和總結測試，對于TDLTE230無線寬帶西戎的郊區環境進行最遠覆蓋距離的應用，對于12km的標準范圍進行適當的而條件規范和數據分類。對于室內環境、遮擋環境、雨天、霧天等特殊情況的應用中進行有效的整理和專業對應設施調整[10]。TD-LTE230無線寬帶系統采用的先進調制編碼功能對于高頻譜效率的應用運行非常出色。在針對傳統數傳電臺提升數倍的成績參考中，對載波聚合技術的應用體現了先進技術的優勢。在離合40多個頻點資源的環境下能夠使小區的吞吐量達到1.75Mbps。完全適應了配電網的整體業務需求。

5.2關于單表用戶用電信息在海鹽縣電力專網上的實際應用

在對海鹽縣進行試驗網測試的過程中，基于抄表等數據業務的重點跟蹤能夠對喝多測算的具體數據業務、視頻監控以及圖像再現進行合理的規劃和具體應用。在進行長期的穩定的運行中進行TD-LTE230系統高端技術的綜合運用。從整體上體現高端電力配用電網業務額價值和研究方向。

1.抄表業務

在城市試驗網點電力數據系統的連接中，可以看出，很多集中器抄表業務和符合控制等功能已經完全實現了終端自動化處理。對于很多調查內容的總結，已經證實了具體系統和用電信息系統采集的需要。在應用具體功能和抄表工人進行每日工作規劃和工作意向處理。在針對階段性內調查的抄表總戶次數和總樣本樹進行統一統計。

2.視頻圖像業務

海鹽縣的eTD-LTE230系統部署在沈蕩和通元供電所，用于電力設備監控和應急指揮作業。其對電力設備和路線進行了實時畫面監控，并且支持遠程電力維護故障處理等功能。

5.3運行效果對比

TD-LTE230提現了優秀課科技成果和電力信息采集系統的進步。通過對海鹽縣各區域的階段性數據研究和試驗證實了TD-LTE230系統的優越性。以表2為數據總結進行對比。

六、結語

綜上所述，在LTE的核心技術發展和應用的過程中，總結了很多重要的數字應用方向和具體電力系統的運行需求。LTE技術結合230MHz頻譜資源特點進行全面功能開發。針對電力系統應用TD-LTE230無線寬帶系統，經過相應的定點試驗和城市電力系統工作環節的實際應用，完成電力系統的功能配備和任務需求。

參 考 文 獻

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