基于特高頻無線技術變電站自動化數據通道的探究及應用

段振英

（中國電子科技集團公司第三十四研究所，廣西 桂林 541004）

0 引 言

在碳中和建設浪潮中，新能源需求日益劇增，為了快速實現新能源電廠并網發電，保證電力系統平穩調度和安全運行，必須加強新型智能電網建設。特別是新能源新增變電站的建設，其中變電站投運前的自動化數據業務調試是新能源并網前必須完成的技術驗證工作。一般情況下電力調度通信網的光纖通道大都采用OPGW 復合架空地線承載，把光纖放置于架空高壓輸電線的地線中，隨高壓線路同步架設，往往到變電站投運前幾天才完成光纖線路的熔接貫通，由于高壓輸送線路建設的滯后性，通常自動化數據通道必須等到變電站配套光纖通道開通后才能正式調試試驗，留給電氣自動化試驗的時間極為緊迫。為此相關的光纖通信、電氣自動化調試技術人員均需要加班加點趕工期，若調試過程中遇到預想不到的遺漏項或隱患整改項，就會耽擱投產進度，進而影響項目并網發電。同時由于項目工期短、工作壓力大，有可能給項目后期運行帶來安全隱患。為解決以上問題，本文深入研究了一種基于UHF 特高頻無線技術的臨時通信鏈路的實現方案，并通過現場系統調試驗證了UHF 特高頻無線技術在新型變電站建設的自動化無線數據通道試驗中靈活部署的實用性和推廣價值。

1 基于UHF 特高頻無線技術搭建無線數據通道的簡析

依照相關技術部門此前遵循的智能變電站建設項目快速并網調試要求，變電站從主體建設到內部電氣自動化系統設備調試試驗都有一套標準操作，其關鍵步驟不僅包括生產廠家的系統參數配置，控制模擬聯調和出廠驗收測試，還包括現場硬件設備安裝調試。在變電站投運前必須按最嚴格檢驗標準要求，一絲不茍地完成投產試驗技術驗證工作，確保新建變電站的自動化系統與電力調度中心完成系統遠程聯動，而現場調試和投產試驗是由電網公司技術主管部門協調組織相關專家在新建變電站現場調試驗證的，只有通過此項考核才能說明智能變電站做好了投運前的技術準備工作，一旦時機成熟變電站就可以投入運行。

現場調試和投產試驗往往是同步進行的兩者密不可分，是變電站電氣自動化控制系統的一次全方位產前體檢，按系統功能又可分為單機調試和系統聯調；其中系統聯調需要提前使用自動化數據通道傳輸電力調度系統控制指令，完成電力調度控制中心與變電站的遠程控制通信鏈路搭建，保證調度控制指令的準時傳達與執行結果反饋。此數據傳輸通道一般為ETH 接口或E1 接口。為了把項目投運前的基礎技術工作做牢做實，驗證站內自動化控制技術精準執行電力調度指令，我們深入探討一種基于UHF 特高頻無線技術搭建新建變電站自動化無線數據通道的設計方案。

2 特高頻無線通信技術的工作原理簡析

2.1 無線通信技術的實現

無線通信技術的實現是利用某種編解碼技術加載到特定頻率的電磁波信號里，讓電磁波在特定空間自由傳播的方式進行有效信息傳輸交換的通信手段。無線通信技術的實現原理圖如圖1所示。

圖1 無線通信技術原理示意圖

一般無線通信技術所使用的電磁波頻率資源是由國家無線電管理局規劃制定的，按無線通信技術發展趨勢及行業應用拓展，頻率資源劃分范圍如表1所示。

表1 無線通信頻率資源劃分

2.2 特高頻無線技術與COFDM 調制相結合的優勢

新建變電站與相鄰老變電站空間距離一般不超過幾十公里，前方不可避免出現建筑物、樹木等遮擋物，為了能使無線電磁波順利繞射超過這些高大的障礙物，我們優先選擇特高頻段的電磁波來完成有效信息的傳輸任務；還要保證兩個站點之間的可靠傳輸帶寬達到16 Mbps。針對以上兩個特征要求，強烈推薦基于特高頻無線通信系統用于新建變電站自動化數據通道用于投產試驗，該無線通信系統應具有以下優勢。

2.2.1 無線頻段資源劃分及應用范圍分析

目前340 MHz～5 850 MHz 無線頻段資源基本被各大運移動營商以拍賣方式獲得專營權，只有狹小的340～470 MHz 頻段尚未充分開發，這部分頻段資源還可以申請使用。經過以上頻段資源分析及綜合考慮，UHF 特高頻段的無線電磁波資源尚未充分開發，通過無線電頻率資源劃分表得知特高頻電磁波具備超強的繞射能力，可以搭建兩個變電站之間的無線數據通道。

2.2.2 無線信號調制方式分析

傳統常用的無線通信系統的信號調制方式不僅有頻分多址（FDMA）技術，主要用于模擬通信系統；還有把時間割成若干個時隙的時分多址（TDMA）技術，但TDMA 技術因其擴展信號頻譜而帶來嚴重多徑干擾，所以該技術也不適合單獨組建寬帶無線系統；進入數字通信時代又把碼分多址（CDMA）技術發揮到極致，雖然碼分多址（CDMA）技術具有強抗干擾、頻譜利用率高等優點，但碼間串擾大，對時鐘同步要求高，不適合組建寬帶無線系統；后來真正得到重視發展的還是正交頻分復用（OFDM）技術，它本質上是多載波調制的一種，OFDM 編碼調制技術的主要思想是將主信道分成若干個子信道，在若干個子信道上并行傳輸高速數據信號，從而提高了頻譜利用率；它也可以通過使用不同數量的子信道來實現上下行鏈路中不同的傳輸速率來滿足不同的業務需求。

2.2.3 COFDM 調制技術的優越性

COFDM 調制技術就是完成信源編碼的正交頻分復用（OFDM）技術的升級版，該調制技術帶有極強的發展潛力與先進性，其開發價值打破多種限制，使其具有很強的抗干擾性、抗多徑性、信息隱蔽性、測量高精準、多址保密等特點。

2.2.4 基于COFDM 編碼的特高頻無線技術分析

針對有阻擋與非視距環境而言，若想增強無線信號傳輸能力，我們不僅需要加大發射功率，還要使用更為先進COFDM 編碼技術的配合，才能有效繞開或穿透郊區高大建筑物，形成真正的數據通道。在實際工作中采用COFDM 調制技術的無線終端設備需要借助全向天線靈活部署，快速建立穩定可靠的無線數據通道，用于高碼流的數據傳輸；總而言之，在有限時間內搭建兩個變電站之間的內部自動化無線數據通道過程中，基于COFDM 編碼技術的特高頻無線技術手段是一個不錯的選擇。

3 基于特高頻無線技術自動化無線數據通道的搭建

由于歷史原因及社會經濟發展水平不同，各個地區的電力通信網絡資源差異很大，有些變電站自動化試驗中需要E1 接口，有些地方需要FE 接口，為了方便業務調試，在各個站點的特高頻無線終端設備下掛接一臺155M 的SDH 設備分解出不同的E1 和FE 業務類型，以供站內電氣自動化業務調試需求，下掛SDH 設備一般配置有16 個FE 接口和16 個E1 接口。依照兩個變電站之間距離的遠近，我們為其設計兩種具體的搭建方案。如果兩個變電站之間距離不大于20 km，就采用背靠背傳輸方案，如果距離超過20 km，就得在中間增加多個中繼站傳輸方式。

如果兩個變電站之間的傳輸距離小于20 km，無線終端設備無須中繼站延伸就能直接背靠背通信。如圖2所示。

圖2 無中繼特高頻無線通信系統示意圖

如果兩個變電站之間傳輸距離大于20 km，則按每增加20 km 里程就多配置一臺無線中繼設備的方式來完成兩個變電站之間的無線數據通道的搭建。如圖3所示。

圖3 有中繼特高頻無線通信系統示意圖

我們在新建變電站完成有無中繼站的實驗環境搭建后，根據相關部門的要求對搭建的自動化數據通道做了誤碼測試和可靠性測試，證實了基于COFDM 編碼技術的特高頻無線技術自動化數據通道方案的可行性。

4 特高頻無線技術在變電站建設中的實驗論證

為了掌握第一手數據和直觀對比，按照有無中繼傳輸方式分別搭建了兩組不同環境的特高頻無線數據通道方案，我們選取了某地區具有代表性的新建變電站進行真實現場試驗驗證。按照系統示意圖把特高頻無線終端設備安裝調試好，確保兩個站點間的無線數據通道正常運行，通過專業儀器儀表對系統重要指標進行測試，并做好測試記錄，比如無線傳輸距離、設備運行測試時長、最大有效傳輸帶寬、單位時間內傳輸通道數據丟包率、系統2M 支路誤碼率等指標。有/無中繼方式的特高頻無線通信系統測試結果如表2、表3所示。

表2 無中繼特高頻無線通信系統測試結果

表3 有中繼特高頻無線通信系統測試結果

在爭分奪秒推進項目驗收移交的關鍵工期內，以最快速度完成簡易無線通信系統部署代替正式的光纖通信系統，體現了特高頻無線數據傳輸系統的靈活性和經濟性。試驗結果表明，采用UHF 特高頻和COFDM 編碼調制技術的特高頻無線數據傳輸系統各項重要指標完全符合智能電網變電站并網建設要求。在新建變電站的光纖通道未開通之前，快速建立一道穩定高效的無線數據通道供自動化調度系統驗證使用，有效緩解了電氣自動化調試時間不足，光纖通信建設滯后等問題，確保了自動化系統的建設質量，有利于變電站按期投運。

5 結 論

近年來信息技術、計算機控制技術不斷發展，推動電網越來越智能化，不僅滿足了人們便捷的生活方式，也對電力調度系統穩定運行提出更高要求?；谔馗哳l無線技術和CODFM 編碼調制技術的無線數據通道傳輸方案能夠快速搭建新建變電站的自動化數據通道，可避免因光纖通道架設緩慢導致投產試驗時間倉促而造成安全隱患的問題，有利用變電站內部基建完工的同時，也保證站內電氣自動化調試工作的開始，給變電站自動化投產試驗帶來充足的反復驗證時間和糾錯補漏的機會，給新建變電站順利投產助一臂之力。