TD－LTE 1.8GHz無線寬帶網絡助力智慧電網建設

孫 靜 李青昱 陸 旭 鄒 愚

1.國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院 內蒙古 呼和浩特 010010

2.國網遼寧省電力有限公司盤錦供電公司 遼寧 盤錦 124010

3.國網內蒙古東部電力有限公司電力調控中心 內蒙古 呼和浩特 010010

4.遼寧郵電規劃設計院有限公司 遼寧 沈陽 110179

引言

智慧電網需要對發電、輸電、變電、配電、用電等多個環節的進行智能化提升，實現整個電網的信息化、自動化和互動化，而這些都需要以高速穩定的通信網絡為基礎。此外，為了更好的保障相關業務的開展，以及考慮到電網運轉的經濟性，需要選擇成熟、合理的通信技術搭建電網的通信網絡，以支持智慧電網中不同類型業務的接入，穩定的進行各類業務數據的傳輸。所以，通信網絡的建設是整個智慧電網業務的關鍵和基礎[1]。

傳統的電網通信網絡都采用專網的方式進行建設，即鋪設光纜形成專用的通信網絡，這種方式投資巨大，搭建的時間周期較長且難度較高，適合于固定地點的大量數據傳輸。但電網相關設備及工作環境地點具有數量巨大、分布范圍廣泛的特點，固定光纖網絡難以全面覆蓋。因此，利用TD－LTE等無線網絡通信技術建設電力無線專網，作為光纖網絡的有效補充，正在成為電網通信網絡的主流建設方式，從而可以更加容易的實現廣闊的覆蓋范圍，并能夠支撐更多的寬帶網絡業務需求[2，3]。

寬帶無線專網在交通運輸、港口、環境、能源等行業得到了較為廣泛的應用，提升了安全應急管理、智慧調度等工作的效率。而且國家也出臺了相應的指導文件——《工業和信息化部關于重新發布1785～1805MHz頻段無線接入系統頻率使用事宜的通知》(工信部無[2015]5號)，明確各行業可以使用1.8GHz專用頻段。在電力行業中，輸變電自動化、輸變電設備在線監測、輸變電巡檢、應急調度音視頻傳輸、用戶用電采集等業務都需要寬帶無線專網[4]，從而可以實現高安全、高速度、高可靠和低延遲的數據傳輸。而且隨著智能電網的建設，以及電網業務量的增加，具有自主產權的寬帶TD－LTE技術逐漸成為構建電力無線寬帶專網的發展重點。

1 TD－LTE 1.8G無線專網的優勢

(1)TD－LTE是由中國主導的第四代移動通訊系統(4G)的國際標準之一，包含了大量中國自主的知識產權。TD－LET標準中有著完善的安全防護技術，除了傳統的安全防護技術外，其還在網絡自恢復、QoS自適應保障、業務數據加密鑒權進行了更多的提升，防止黑客的入侵及信息泄露。這些技術為電力專網的安全提供了更加堅實的保障，非常適合于電力這種對安全有著極高要求的行業[5]。(2)電網中存在非常大量的終端設備，分布也十分廣泛，傳統的GPRS、CDMA、230MHz等無線網絡難以滿足如此多的設備共同接入無線網絡[6]。相對于系統容量較大的HSPA＋技術，TD－LTE的網絡容量是其5－10倍，而且在構建基于TD－LTE的無線寬帶專網時，無需過多考慮網絡設計、安裝位置、設備布線等，可以方便、靈活、快速的部署接入點。(3)TD－LTE具有高速率、大帶寬、低延時的特點，能夠滿足電網數據采集、視頻監控、音視頻調度等業務需求，其單用戶下行100 M、上行50M的高速率，5ms的延時非常適合于視頻、語音信號的實時傳輸。并且TD－LTE可以對不同的業務按照不同的質量等級進行保障，可以更好的保障不同類型業務數據傳輸質量。(4)TDLTE 1.8G在國家政策的支持下，其頻段申請過程相對容易，僅需向地方無委會申請即可。另外，TD－LTE相比其他無線寬帶技術，在頻率、頻帶寬度等方面的使用更為靈活，頻率資源的利用率也更高。

2 TD－LTE寬帶無線專網系統架構

基于TD－LTE技術的寬帶無線專網首先應滿足終端業務節點和業務系統之間數據傳輸要求，即提供安全、穩定、可靠的數據傳輸通路；其次還應滿足大量的終端設備同時接入無線寬帶網絡；此外還應該提供終端設備、無線基站和核心網絡的配置與管理功能，其架構如圖1所示。

圖1 TD－LTE寬帶無線專網架構圖

在TD－LTE電力無線寬帶專網中，主要包括:(1)無線終端:連接業務節點和無線基站；(2)無線基站:在無線基站的覆蓋范圍內，使無線終端可以接入網絡系統；(3)核心網:負責終端的接入認證、終端的IP分配、移動性管理等，并實現業務節點和業務系統之間的對接、數據傳輸等；(4)網管系統:負責無線寬帶網絡中設備狀態的監控、運維等。

同時，為了提高TD－LTE無線寬帶專網資源的利用率，可以將無線基站設置為共享模式，使一個無線基站接入多個核心網節點，通過分析無線終端的接入信令選擇合適的核心網元，為多個核心網提供服務。

3 TD－LTE寬帶專網系統在智慧電網中的應用

3.1 變電業務自動化 變電業務自動化基于對各變電設備信息的采集，如采集各類開關、變壓器、逆變器的運行狀態信息，而這類信息的采集通常采用無線傳感設備，然后將采集到信息通過TD－LTE 1.8G無線專網進行數據傳輸。后端系統對采集到的數據進行分析計算，并與相關應用系統的信息進行集成，實現對變電系統的監測、控制，以及對變電站內設備的輔助科學管理。

3.2 輸電線路網格化視頻監控 輸電線路沿線部署了眾多的視頻監控設備，通常都是通過公共的4G網絡進行數據傳輸。TD－LTE寬帶專網則可以支撐輸電線路沿線監控設備的接入，實現專網內的視頻監控，使監控設備直接與視頻平臺及其他業務系統互通。同時，在TD－LTE寬帶專網的支持下，可以接入更多的監控設備，實現對輸電線路全線的網格化監控，將輸電線路的情況通過視頻方式實時回傳或存儲至視頻平臺。此外，還可以將實時回傳的視頻提供給智能分析系統，實現對輸電線路異常情況的實時分析和報警。

3.3 電網單兵作業無線通信 電網單兵作業終端設備利用TD－LTE 1.8G無線專網作為數據傳輸通道，用于支撐語音調度、視頻回傳、業務數據錄入、人員定位為一體的綜合智能巡檢業務。同時，還可以很好的支撐應急單兵搶修等智能巡檢管理業務。

3.4 電網安全應急處理 電網安全應急處理系統包括應急指揮車和調度中心。應急指揮車配備高清的監控攝像機和存儲設備，將攝像機拍攝的現場視頻存在在車內的存儲設備里，并通過1.8G車載終端設備將視頻傳回調度中心，實現現場情況實時監控。此外，應急指揮車還配備車內會議系統，通過網絡交換機與1.8G車載終端連接，實現和調度中心會議系統的音視頻傳輸。調度中心側，由于遠程監控攝像機、會議設備等均已接入TDLTE無線專網，調度員可以在調度中心直接對前端設備和人員進行調度操作。

當電網有突發事件出現后，應急處理人員隨同應急指揮車快速到達事件現場，指揮車作為現場臨時指揮所，利用車載監控攝像機或單兵手持終端，通過TD－LTE無線專網將現場視頻實時傳輸至指揮中心，同時還傳遞語音和其他數據信息。指揮中心根據現場傳回的數據，使用會議系統語音調度進行遠程指揮，并進行持續跟蹤。

4 結語

本文在梳理智慧電網無線通信網絡建設要求的基礎上，從網絡安全、終端設備容量、網絡帶寬等方面分析了TD－LTE無線寬帶專網的優勢，給出了TD－LTE寬帶無線專網的系統架構。在此架構上，分析了TD－LTE寬帶無線專網在智慧電網相關業務中的應用方式。隨著智慧電網建設的進一步深化，TD－LTE 1.8GHz無線寬帶專網將會發揮更加重要的作用，助推電網數字化轉型目標快速實現。