閆淑輝，馮世英

　?。ㄆ仗煨畔⒓夹g研究院有限公司，北京 100080）

　　摘  要： 隨著智能電網(wǎng)的建設，無線通信技術在電力系統(tǒng)自動化中起著越來越重要的作用。在實際應用中，無線通信系統(tǒng)表現(xiàn)出了部署簡便、應用成本低等優(yōu)勢，但對于地下室、密集城區(qū)的陰影區(qū)域如何應對還缺乏有效的應對方法。另外，如要更好地發(fā)揮無線專網(wǎng)的作用，將電力有線網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡相融合，也需要更加深入的研究。本文針對電力無線專網(wǎng)的深入應用展開探討，提出了基于無線專網(wǎng)的地下室解決方案、盲區(qū)補充解決方案和有線無線混合組網(wǎng)方案，為電力無線專網(wǎng)的更好的應用提供幫助。

　　關鍵詞： 智能電網(wǎng)；無線通信專網(wǎng)；LTE230系統(tǒng)；地下室覆蓋；陰影區(qū)覆蓋

0 電力無線專網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　隨著智能電網(wǎng)建設的進一步深入，智能電網(wǎng)建設的重點正在向配用電智能化方向發(fā)展。由于配用電網(wǎng)絡具有分布廣泛、拓撲復雜等特點，使其通信方式由原來的線狀分布逐漸面狀分布發(fā)展。而解決面狀分布終端的最佳方案就是使用無線通信方式。

　　目前，國家電網(wǎng)采用的無線通信方式主要有無線公網(wǎng)方式和無線專網(wǎng)方式。雖然無線公網(wǎng)對配用電節(jié)點業(yè)務形成一定的補充覆蓋，但仍無法達到電力行業(yè)實現(xiàn)全覆蓋的目標。同時，無線公網(wǎng)時延大、Qos質量低及視頻業(yè)務價格居高不下的問題也日益凸顯。與無線公網(wǎng)相比，無線專網(wǎng)具有通信質量高、QoS可定制、網(wǎng)絡安全性好、設備抗毀性強等優(yōu)點，可作為電力配電通信網(wǎng)絡中光纖通信的重要補充，并且能夠實現(xiàn)全天候視頻監(jiān)控業(yè)務，是構建高速、可靠、靈活的電力配電通信網(wǎng)，解決配用電側全覆蓋、全采集目標的重要手段。

　　目前，無線專網(wǎng)承載的業(yè)務正在從計量自動化、配電自動化等核心業(yè)務擴展到微網(wǎng)、光伏發(fā)電、風電、汽車沖換電站、視頻監(jiān)控、低壓電房視頻監(jiān)控、低壓電房門禁監(jiān)控等新型電力業(yè)務，以滿足電力日益增長的智能電網(wǎng)建設需求。

　　無線方式雖然對智能電網(wǎng)建設有著非常重要的作用，但針對地下室、密集城區(qū)的陰影區(qū)域覆蓋效果不理想，需要一些方法進行提升。

1 基于LTE230系統(tǒng)的電力無線通信專網(wǎng)

　　本文提出的TD-LTE230系統(tǒng)是為電力行業(yè)量身打造的寬帶無線接入系統(tǒng)。系統(tǒng)集成第4代移動通信LTE網(wǎng)絡架構的全部優(yōu)點，并結合電力應用需求，利用載波聚合技術，將230MHz頻段離散的窄帶頻點資源進行統(tǒng)一整合形成寬帶資源以滿足行業(yè)應用。同時，該系統(tǒng)引入了OFDM、高階調制、高效編碼等新技術，一方面提高了頻譜效率，另一方面使系統(tǒng)具有優(yōu)越的解調性能，提升了系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保證了與數(shù)傳電臺系統(tǒng)在230MHz頻段的共存。該系統(tǒng)能夠支持包括用電信息采集、配電自動化、專變負控采集、視頻傳輸?shù)入娏I(yè)務，并能根據(jù)電力用戶需求不斷進行改進與定制。

　　1.1 系統(tǒng)架構

　　LTE230系統(tǒng)主要由無線終端UE、無線基站eNodeB、核心網(wǎng)EPC及網(wǎng)管eOMC構成。具體如圖1所示。

　?。?）無線終端UE

　　LTE230系統(tǒng)的無線終端模塊，直接與集中器、負控終端、配電自動化終端等電力終端設備通信。終端與監(jiān)控單元能夠無縫連接，即插即用。

　?。?）無線基站eNodeB

　　LTE230系統(tǒng)的無線基站，能夠接入多路用戶。包括固定基站以及移動基站（車載）。每個基站單個扇區(qū)最多可接入2 000個電力數(shù)據(jù)用戶。

　?。?）無線核心網(wǎng)EPC

　　LTE230系統(tǒng)的核心網(wǎng)，負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，直接連接智能電網(wǎng)主站。通過核心網(wǎng)，電力終端能夠完成數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、調度指揮、應急搶險等功能。

　?。?）網(wǎng)管eOMC

　　LTE230系統(tǒng)的網(wǎng)絡管理單元主要包括兩部分內(nèi)容：網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)控和設備運維。該中心支持對現(xiàn)存的電力信息管理進行融合，并能利用各種多媒體手段，GIS技術，完成統(tǒng)一集成的多媒體調度指揮系統(tǒng)。

　　1.2  系統(tǒng)特點

　　（1）覆蓋廣、信號繞射能力強：密集城區(qū)覆蓋3 km，鄉(xiāng)村30 km；

　?。?）安全性高：遵循LTE規(guī)范，實現(xiàn)3GPP最嚴格的加密鑒權機制，支持IP地址過濾與用戶數(shù)據(jù)協(xié)議過濾；

　　（3）數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定：支持Turbo信道編碼、HARQ、AMC等先進物理層技術保證數(shù)據(jù)傳輸可靠；

　?。?）設備可靠性高：設計過程中及進行了大量的高可靠性設計考慮，并在產(chǎn)品開發(fā)完成后進行了各種可靠性驗證；

　?。?）可維護性強：操作維護中心OMC可實現(xiàn)對LTE230網(wǎng)絡中的EPC、eNodeB、UE進行集中統(tǒng)一的管理，可以遠程、實時地對網(wǎng)元設備和網(wǎng)絡實現(xiàn)配置管理、拓撲管理、故障管理、性能管理、報表管理、軟件管理、日志管理和安全管理；

　　（6）可擴展性強：全IP網(wǎng)絡架構、支持軟件無線電技術；

　?。?）深度定制：上行為主、支持QoS設定、實時性強、終端產(chǎn)品豐富。

2 無線專網(wǎng)應用解決方案

　　2.1 地下室解決方案

　　本方案采用的是普天無線自中繼系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于ZigBee無線技術，采用自組網(wǎng)技術，可以支持多跳傳輸，組網(wǎng)非常靈活，且系統(tǒng)功耗較低。

　　該系統(tǒng)的主要功能是與遠距離傳輸?shù)腖TE230結合使用，解決LTE230電力無線專網(wǎng)在大面積覆蓋時地下室覆蓋陰影區(qū)域多的難題。如圖2所示。

　　系統(tǒng)主要參數(shù)如表1。

　　2.1.1 系統(tǒng)組成

　　整個系統(tǒng)由接入點（AP）、路由終端（RE）、終端節(jié)點（ED）三部分組成，其中AP負責遠距離LTE230信號與470近距離信號的轉換；RE負責470信號的路由轉換；ED負責最后與電力終端進行對接。其中，路由節(jié)點可以根據(jù)網(wǎng)絡的復雜程度進行增加，終端節(jié)點根據(jù)電力終端的數(shù)量進行增加。如圖3所示。

　　2.1.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

　　由于現(xiàn)有電力終端多數(shù)安裝在居民小區(qū)、大型寫字樓或者商場內(nèi)部或者地下室，電力無線專網(wǎng)難以覆蓋，目前，往往采用終端天線拉遠或者終端拉遠方式進行解決，但存在拉遠距離近、施工量大、物業(yè)協(xié)調困難等問題。

　　普天470 MHz近距離無線增強系統(tǒng)全部采用無線方式，具有以下優(yōu)點：

　?。?） 采用470 MHz受保護頻段，干擾相對較少；

　　（2） 采用無線中繼方式，避免了拉線等施工難題，對物業(yè)破壞小，物業(yè)協(xié)調簡單；

　?。?）支持220 V市電，并備有應急鋰電池，電源供應穩(wěn)定可靠，容災性強。

　　2.2 密集城區(qū)陰影解決方案

　　2.2.1 方案組成

　　LTE230在城市部署，陰影區(qū)域較多，終端接入困難。如果單純采用470方式，則需要在安裝終端的時候判斷是安裝230還是470，增加了終端安裝的復雜的。如果能夠統(tǒng)一安裝230終端，然后根據(jù)終端信號情況進行補盲，則會大大提高網(wǎng)絡部署可行性。

　　補盲過程中，補盲設備的供電相對比較容易解決，但是傳輸資源比較緊張，如果能夠實現(xiàn)無線回傳，則可解決補盲網(wǎng)絡中的巨大難題。

　　應用全一體化基站，結合CPE202組成無線中繼系統(tǒng)，實現(xiàn)陰影區(qū)域的無線覆蓋。全一體化基站進行覆蓋，CPE202實現(xiàn)全一體化基站SGI口的信號回傳。方案如圖4所示。

　　為了防止全一體化基站，與CPE直接的干擾，兩個系統(tǒng)采用濾波器隔離，加空間隔離的方式進行部署。

　　由于采用全一體化基站，做SGI口的數(shù)據(jù)回傳，因此整個網(wǎng)絡協(xié)議不需要進行任何修改，終端軟件也不需要進行任何修改。

　　CPE和全一體化基站盡量采用整個頻段中兩端的頻率，減少濾波器設計的復雜度，每個小區(qū)的覆蓋和回傳支持3～4個頻點即可。

　　2.2.2 方案優(yōu)勢

　　終端完全不需要區(qū)分自己是工作在一個宏基站下，還是工作在一個無線中繼系統(tǒng)下，僅根據(jù)廣播信號強度區(qū)分小區(qū)。

　　整個系統(tǒng)安裝在高層建筑的樓頂，CPE信號有保障，全一體化基站靠近終端，終端信號有保障，大幅度提高整網(wǎng)的覆蓋質量。

　　除城區(qū)外，在山地，缺少傳輸資源的地方都可以使用。

　　2.3 有線傳輸備份解決方案

　　由于光纖通信的穩(wěn)定性，對于重要的配電通信節(jié)點，往往會選擇光纖通信方式。光纖的布設往往是與輸電線路采用相同的路由。這種鋪設方式雖然減少了建設成本，但是當線路發(fā)生損壞或者中斷的時候，光纖通信也會出現(xiàn)一些問題。如果能夠使用無線通信方式對有線通信進行備份，則可以大幅度提升通信的可靠性。

　　在電力業(yè)務對通信信道要求較高的場景下，往往采用xPON+LTE230雙通道解決方案，形成有線和無線的互相備份，系統(tǒng)結構如圖5所示。

　　在雙通道解決方案中，ONU設備同時具備xPON接口和LTE230通信模塊，實現(xiàn)xPON與LTE230的同時在線。在xPON網(wǎng)絡正常的情況下，通過系統(tǒng)自動判斷選擇xPON網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃坏﹛PON網(wǎng)絡故障，系統(tǒng)會切換到LTE230網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)。

　　該方案優(yōu)勢如下：

　?。?）系統(tǒng)可靠性高。在光纖通道正常情況下采用光纖通信，通信可靠性高；當光纖故障的情況下采用無線通信，保證通信不中斷。

　?。?）備份成本低。與雙光纖的備份方案相比，光纖+無線的備份方案建設成本與維護成本都更加低廉。

3 結束語

　　隨著電力無線專網(wǎng)的廣泛應用，對于不同場景下，無線專網(wǎng)的解決方案也日益豐富。本文提出的地下室解決方案、密集城區(qū)陰影解決方案、以及有線傳輸無線備份解決方案，有效的解決了電力無線專網(wǎng)在應用中遇到的問題，突出了無線專網(wǎng)的優(yōu)勢，為電力無線專網(wǎng)的應用打下良好的技術基礎。

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