閆淑輝,，馮世英

　?。ㄆ仗煨畔⒓夹g(shù)研究院有限公司,，北京 100080）

　　摘  要： 隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，無線通信技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中起著越來越重要的作用,。在實(shí)際應(yīng)用中,，無線通信系統(tǒng)表現(xiàn)出了部署簡(jiǎn)便、應(yīng)用成本低等優(yōu)勢(shì),，但對(duì)于地下室,、密集城區(qū)的陰影區(qū)域如何應(yīng)對(duì)還缺乏有效的應(yīng)對(duì)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(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相融合，也需要更加深入的研究,。本文針對(duì)電力無線專網(wǎng)的深入應(yīng)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(bǔ)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(yīng)用提供幫助,。

　　關(guān)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(shè)的進(jìn)一步深入,，智能電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)正在向配用電智能化方向發(fā)展,。由于配用電網(wǎng)絡(luò)具有分布廣泛、拓?fù)鋸?fù)雜等特點(diǎn),，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(duì)配用電節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)形成一定的補(bǔ)充覆蓋，但仍無法達(dá)到電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)全覆蓋的目標(biāo),。同時(shí),，無線公網(wǎng)時(shí)延大、Qos質(zhì)量低及視頻業(yè)務(wù)價(jià)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(zhì)量高、QoS可定制,、網(wǎng)絡(luò)安全性好,、設(shè)備抗毀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可作為電力配電通信網(wǎng)絡(luò)中光纖通信的重要補(bǔ)充,，并且能夠?qū)崿F(xiàn)全天候視頻監(jiān)控業(yè)務(wù),，是構(gòu)建高速、可靠,、靈活的電力配電通信網(wǎng),，解決配用電側(cè)全覆蓋、全采集目標(biāo)的重要手段,。

　　目前,，無線專網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)正在從計(jì)量自動(dòng)化、配電自動(dòng)化等核心業(yè)務(wù)擴(kuò)展到微網(wǎng),、光伏發(fā)電,、風(fēng)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(wù),，以滿足電力日益增長(zhǎng)的智能電網(wǎng)建設(shè)需求,。

　　無線方式雖然對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)有著非常重要的作用，但針對(duì)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(jìn)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(dòng)通信LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全部?jī)?yōu)點(diǎn),，并結(jié)合電力應(yīng)用需求，利用載波聚合技術(shù),，將230MHz頻段離散的窄帶頻點(diǎn)資源進(jìn)行統(tǒng)一整合形成寬帶資源以滿足行業(yè)應(yīng)用,。同時(shí)，該系統(tǒng)引入了OFDM,、高階調(diào)制,、高效編碼等新技術(shù)，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(diào)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(tái)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(dòng)化、專變負(fù)控采集,、視頻傳輸?shù)入娏I(yè)務(wù),，并能根據(jù)電力用戶需求不斷進(jìn)行改進(jìn)與定制。

　　1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　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(gòu)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(fù)控終端,、配電自動(dòng)化終端等電力終端設(shè)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(dòng)基站（車載）,。每個(gè)基站單個(gè)扇區(qū)最多可接入2 000個(gè)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(fù)責(zé)終端認(rèn)證、終端IP地址管理,、移動(dòng)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(diào)度指揮,、應(yīng)急搶險(xiǎn)等功能,。

　　（4）網(wǎng)管eOMC

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

　　1.2  系統(tǒng)特點(diǎn)

　　（1）覆蓋廣,、信號(hào)繞射能力強(qiáng)：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(shí)現(xiàn)3GPP最嚴(yán)格的加密鑒權(quán)機(jī)制，支持IP地址過濾與用戶數(shù)據(jù)協(xié)議過濾,；

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

　?。?）設(shè)備可靠性高：設(shè)計(jì)過程中及進(jìn)行了大量的高可靠性設(shè)計(jì)考慮，并在產(chǎn)品開發(fā)完成后進(jìn)行了各種可靠性驗(yàn)證,；

　　（5）可維護(hù)性強(qiáng)：操作維護(hù)中心OMC可實(shí)現(xiàn)對(duì)LTE230網(wǎng)絡(luò)中的EPC,、eNodeB,、UE進(jìn)行集中統(tǒng)一的管理，可以遠(yuǎn)程,、實(shí)時(shí)地對(duì)網(wǎng)元設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)配置管理,、拓?fù)涔芾怼⒐收瞎芾?、性能管理,、?bào)表管理、軟件管理,、日志管理和安全管理,；

　　（6）可擴(kuò)展性強(qiáng)：全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),、支持軟件無線電技術(shù),；

　　（7）深度定制：上行為主,、支持QoS設(shè)定,、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、終端產(chǎn)品豐富,。

2 無線專網(wǎng)應(yīng)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(shù)，采用自組網(wǎng)技術(shù),，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(yuǎn)距離傳輸?shù)腖TE230結(jié)合使用,，解決LTE230電力無線專網(wǎng)在大面積覆蓋時(shí)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(gè)系統(tǒng)由接入點(diǎn)（AP）、路由終端（RE）,、終端節(jié)點(diǎn)（ED）三部分組成,，其中AP負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離LTE230信號(hào)與470近距離信號(hào)的轉(zhuǎn)換,；RE負(fù)責(zé)470信號(hào)的路由轉(zhuǎn)換；ED負(fù)責(zé)最后與電力終端進(jìn)行對(duì)接,。其中,，路由節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度進(jìn)行增加，終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)電力終端的數(shù)量進(jìn)行增加,。如圖3所示,。

　　2.1.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

　　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(chǎng)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(yuǎn)或者終端拉遠(yuǎn)方式進(jìn)行解決,，但存在拉遠(yuǎn)距離近,、施工量大、物業(yè)協(xié)調(diào)困難等問題,。

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

　　（1） 采用470 MHz受保護(hù)頻段,，干擾相對(duì)較少,；

　　（2） 采用無線中繼方式,，避免了拉線等施工難題,，對(duì)物業(yè)破壞小，物業(yè)協(xié)調(diào)簡(jiǎn)單,；

　?。?）支持220 V市電，并備有應(yīng)急鋰電池,，電源供應(yīng)穩(wěn)定可靠,，容災(zāi)性強(qiáng)。

　　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(shí)候判斷是安裝230還是470,，增加了終端安裝的復(fù)雜的。如果能夠統(tǒng)一安裝230終端,，然后根據(jù)終端信號(hào)情況進(jìn)行補(bǔ)盲,，則會(huì)大大提高網(wǎng)絡(luò)部署可行性。

　　補(bǔ)盲過程中，補(bǔ)盲設(shè)備的供電相對(duì)比較容易解決,，但是傳輸資源比較緊張,，如果能夠?qū)崿F(xiàn)無線回傳，則可解決補(bǔ)盲網(wǎng)絡(luò)中的巨大難題,。

　　應(yīng)用全一體化基站,，結(jié)合CPE202組成無線中繼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)陰影區(qū)域的無線覆蓋,。全一體化基站進(jìn)行覆蓋,，CPE202實(shí)現(xiàn)全一體化基站SGI口的信號(hào)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(gè)系統(tǒng)采用濾波器隔離,，加空間隔離的方式進(jìn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不需要進(jìn)行任何修改，終端軟件也不需要進(jìn)行任何修改,。

　　CPE和全一體化基站盡量采用整個(gè)頻段中兩端的頻率,，減少濾波器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，每個(gè)小區(qū)的覆蓋和回傳支持3～4個(gè)頻點(diǎn)即可,。

　　2.2.2 方案優(yōu)勢(shì)

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

　　整個(gè)系統(tǒng)安裝在高層建筑的樓頂,，CPE信號(hào)有保障，全一體化基站靠近終端,，終端信號(hào)有保障,，大幅度提高整網(wǎng)的覆蓋質(zhì)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(duì)于重要的配電通信節(jié)點(diǎn),，往往會(huì)選擇光纖通信方式。光纖的布設(shè)往往是與輸電線路采用相同的路由,。這種鋪設(shè)方式雖然減少了建設(shè)成本,，但是當(dāng)線路發(fā)生損壞或者中斷的時(shí)候，光纖通信也會(huì)出現(xiàn)一些問題。如果能夠使用無線通信方式對(duì)有線通信進(jìn)行備份,，則可以大幅度提升通信的可靠性,。

　　在電力業(yè)務(wù)對(duì)通信信道要求較高的場(chǎng)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(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　在雙通道解決方案中,，ONU設(shè)備同時(shí)具備xPON接口和LTE230通信模塊,，實(shí)現(xiàn)xPON與LTE230的同時(shí)在線。在xPON網(wǎng)絡(luò)正常的情況下,，通過系統(tǒng)自動(dòng)判斷選擇xPON網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，一旦xPON網(wǎng)絡(luò)故障，系統(tǒng)會(huì)切換到LTE230網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),。

　　該方案優(yōu)勢(shì)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(dāng)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(shè)成本與維護(hù)成本都更加低廉,。

3 結(jié)束語

　　隨著電力無線專網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于不同場(chǎng)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(yīng)用中遇到的問題，突出了無線專網(wǎng)的優(yōu)勢(shì),，為電力無線專網(wǎng)的應(yīng)用打下良好的技術(shù)基礎(chǔ),。

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