電力無線專網在抽水蓄能電站建設中的應用研究

李晉先 陳磊 張明儒 岳明奕

抽水蓄能電站在電網中承擔調頻、調相、調峰及黑啟動等重要作用。針對抽水蓄能電站位置偏僻、電站覆蓋面廣和洞室錯綜復雜等特點，首次將電力無線專網技術應用到抽水蓄能電站，有助于抽水蓄能電站更好的實現工程現場智能管控。系統以光纖傳輸為主，無線網絡傳輸為輔，選用eLTE技術，經多次仿真測試，結果表明系統滿足電站無線信號覆蓋需求。

1引言

絕大部分抽水蓄能電站地處偏遠、電站覆蓋面廣、電站區域山谷河流較多，海拔落差大，地理條件復雜，通信運營商網絡無法覆蓋整個電站，例如：隧道內、地下洞室、交通道路和山下庫區等諸多區域覆蓋效果不佳，無法滿足電站正常應急及安全智能管控系統等通信需求。

電力無線專網通過部署基站的方式，以光纖傳輸為主，無線網絡傳輸為輔，采用eLTE技術進行信號覆蓋。單個基站的覆蓋半徑可達5 ～15 km，覆蓋范圍廣、距離遠；數據時延小于50 ms，可實現應急通信指揮功能；吞吐量下行100 Mbps，上行50 Mbps，滿足視頻監控、視頻對講等業務的帶寬需求；CPE終端、生產調度終端、雙網手機（專網+運營商）和移動PDA等多種移動終端均可接入，滿足數據采集等多種業務場景的使用需求；安全性高，本身具備完善的安全防護措施。

2抽水蓄能電站業務需求

本文以河北豐寧抽水蓄能電站為例進行介紹，抽水蓄能電站無線專網技術應用的業務需求包括：

（1）集群通信

以eLTE應急指揮系統大網，將電站現場音視頻信息實時傳回指揮中心，實時通信高效保證安全生產；對突發事件，可緊急調度、快速響應；多媒體調度提高效率。

（2）視頻監控

包括實時監控、視頻巡檢以及對固定視頻監控補充，對視頻監控盲區，通過臨時架設無線攝像頭回傳系統，避免破路、挖溝和布線，實現快速部署；高清監控，可以用于短期突發監控需求。

（3）數據回傳

通過移動接入終端完成現場數據采集、數據回傳，包括對巡檢數據進行實時回傳；對分散在電站區域的傳感業務數據進行采集；對人員車輛定位等業務數據進行承載。

（4）移動通信

包括日常巡檢時的移動辦公、實時回傳；在建擴容時搭建臨時通信設施，方便拆裝；應急搶修搶險時的便攜移動、快速安裝。

3主要研究內容

3.1系統架構

業務應用層，部署各種應用服務器，為用戶提供應用業務。目前主要業務有視頻監控、移動辦公和集群調度等。

傳輸網絡層，部署核心網設備以及電站內部傳輸網絡。核心網設備部署在內部傳輸網絡的邊緣、電站的信息機房內。

無線覆蓋層，電站的無線覆蓋分為室外覆蓋和室內覆蓋。室外區域包括業主營地、上下庫區和道路，在室外部署無線基站進行覆蓋。室內區域包括洞室區、地下主廠房和隧道，采用部署基站+天線進行覆蓋。

終端接入層，包括移動辦公終端、移動巡檢終端、視頻監控攝像頭、寬帶數據終端和集群終端等。

3.2基站

（1）覆蓋范圍

電站基建期：為施工現場提供通信保障。

電站生產期：為整個電站區域提供通信保障。

（2）覆蓋設計

結合抽水蓄能電站的覆蓋需求，做到重點區域全面覆蓋，部分區域選擇性覆蓋。

①上水庫區域

經過現場勘查，水庫區域位于多個山頂的頂部，整體區域比較開闊，需要全面覆蓋的大部分區域無遮擋物阻擋無線信號覆蓋，且在西北方向有一座較高的山體，適合布點基站。

②下水庫區域和業主營地

經過現場勘查，下水庫區域和業主營地區域由幾座山相鄰，最遠直線相距2.8 km，中部有幾座山相隔，覆蓋區域比較分散，而且下水庫部分覆蓋區域有山體阻擋無線信號覆蓋。業主營地位于山腳平地，比較開闊、無山體阻擋。選擇拉遠RRU進行分別覆蓋。

③地下洞室

經過現場勘查，主廠房和主變洞區域正在開挖，只能根據設計圖紙進行了解，該區域為設備安裝區域，廠房墻體堅硬，金屬設備比較多，對無線信號衰減和屏蔽大；其他洞區域（通風洞、交通洞），進行現場勘查，這洞室寬約6 m，高約7 m，有部分區域存在60°以上的拐彎和上下起伏，整體無線覆蓋環境比較復雜，且安裝條件比較困難。

3.3核心網

業務引擎負責數據轉發，采用eLTE核心網平臺，集成鑒權用戶管理功能（部分SAE-HSS功能單元）、MME功能單元、S-GW、P-GW功能單元和PCRF功能。

3.4終端

（1）CPE終端

CPE承擔eLTE無線廣域網數據和本地數據之間的轉換任務，具備回傳功能，可獨立使用，用于室外部署。

（2）生產調度終端

高端寬帶集群手持大屏終端，是專網行業應用中功能強大的集群終端，能同時支持私密呼叫、組呼、短信彩信、寬帶數據接入、視頻調度業務及多業務并發。支持4.5英寸高亮觸摸屏，Android智能操作系統，可廣泛應用于公共安全、能源和交通等非特殊要求行業，實現專業集群調度、多媒體調度及寬帶數據功能。

3.5網管

網管系統提供統一運維管理能力，對網絡和業務質量進行監視和分析，管理范圍包括：基站設備管理和業務引擎設備管理。

基站設備管理功能包括：設備接入、告警管理、性能管理、拓撲管理、網元管理器、設備軟件升級、MML客戶端和配置數據同步。

業務引擎設備管理功能包括：設備接入、告警管理、拓撲管理、網元管理器、MML客戶端和配置數據同步。

4仿真測試

4.1覆蓋目標

基于現階段無線專網業務主要為視頻監控回傳業務、集群應急通信業務等，本項目的覆蓋目標按如下要求取定：

CPE終端速率上行50 Mbps、下行100 Mbps，邊緣速率下行/上行均大于2 Mbps，重點區域覆蓋率不低于95 %，非重點區域覆蓋依據重點區基站建設情況盡可能覆蓋最大面積。

4.2參數取定

（1）系統設備參數

系統制式：TD-LTE；

系統頻率：1.8 GHz；

系統帶寬：10 M（1 785～1 795 MHz）；

TDD上/下行時隙配置：3：1；

特殊子幀配置：3：9：2；

設備形態：4T4R，發射功率為20 W×4（49 dBm）。

（2）定向天線參數

天線類型：定向天線；

基站天線：天線增益19.5 dBi，半功率角65°；

基站天線掛高：25 m最低要求（實際部署站址高度更高，覆蓋效果更好）。

（3）拋物面天線參數

天線類型：拋物面天線；

基站天線：天線增益19.5 dBi，半功率角65°；

基站天線掛高：10 ～15 m最低要求。

（4）終端參數

終端類型：CPE終端，1T2R；

終端最大發射功率：200 mW（23 dBm）；

終端天線增益：12 dBi；

終端天線高度：1.5 m最低要求（實際部署高度更高，覆蓋效果更好）。

4.3實驗仿真測試

根據研究方案，分別對室外和室內進行軟件仿真。從軟件仿真測試結果可以看出，距離RRU1.8公里的終端，傳輸帶寬為2 MHz，滿足抽水蓄能電站智能管控的需求。將eLTE技術應用到抽水蓄能電站專網中，仿真測試結果表明，系統滿足電站信號覆蓋需求。

5建設效益

為電站基建期及永久期各種移動業務提供良好的業務承載能力，為各階段業務系統的靈活接入和穩定高效使用提供網絡支持，部署無線網絡系統后可開展基建智能化、指揮通信、應急調度和物聯網承載等業務，避免由于沒有網絡接入導致業務不可用，對電站的建設和生產管理和工作效率起到不可或缺的支撐作用。

5.1經濟效益

自建與租用成本對比分析：采用無線專網自建方案采用一次投入方式，按照目前電站租用運營商設備的建設方式對比，其建設成本與4 ～5年設備租賃費用與維護費用相當，考慮固定資產的全生命周期，這種自建方式更為節省成本。

避免多次重復建設：無線專網一次建設完畢后，由于其性能滿足未來擴展階段業務需求，在新的業務系統部署時可提供靈活及時的網絡接入能力，無需再次增加其他業務系統的基礎網絡建設投入，避免由于基建期轉生產期部署多個業務系統時大量的網絡建設投入成本。

5.2社會效益

提供業務支撐能力，提升生產管理效率：從基建期及生產運營期全階段來看，無線專網部署均對生產管理、質量監控和安全保障具有重要的作用。確保信息系統更好為電站業務系統服務。

目前在電站大部分區域無法提供有效的網絡接入能力，包括無法提供4G網絡接入信號，導致大量的現場基建管理采用傳統方式完成，有時無法實現即時通信保障，從生產管理效率提高方面來看，無線網絡專網的建設將實現網絡接入，確保先進可靠的現代化管理手段可以迅速開展，提高工作效率和質量。

從網絡安全的角度來講，電站大量生產業務、監控業務屬于內網核心數據，如果采用運營商4G網絡實現數據傳輸，存在嚴重的安全生產管理隱患，甚至存在被黑客實現非正常接入及遠程控制的風險，造成無法估量的安全風險。

為業務模式創新提供網絡接入：無線專網的部署，可以改變傳統的業務模式，例如業務巡檢，通過無線專網實現物聯網傳感器自動巡檢，即實現了無人作業，又保障了監控頻度和效率，為電站的業務擴展提供了基礎網絡支撐，為實現電站生產管理智能化提供業務擴展平臺。

6結束語

電力專網已具備從終端、系統、核心網端到端和完善的商用產業鏈布局，已經開始規模商用部署，發展迅速；大容量、低時延、高并發和上下行時隙比配置靈活，支撐視頻監控、集群和數據回傳等多種業務，實現一張網絡多種業務并存，節省投資；維護方便，不容易受到市政施工等影響；建設周期短，節約時間。在抽水蓄能電站應用有助于電站更好的實現工程現場智能管控。