閆淑輝，馮世英
（普天信息技術(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)自動化中起著越來越重要的作用。在實際應(yīng)用中，無線通信系統(tǒng)表現(xiàn)出了部署簡便、應(yīng)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(yīng)對還缺乏有效的應(yīng)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(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，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(wù)形成一定的補充覆蓋，但仍無法達(dá)到電力行業(yè)實現(xiàn)全覆蓋的目標(biāo)。同時，無線公網(wǎng)時延大、Qos質(zhì)量低及視頻業(yè)務(wù)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(zhì)量高、QoS可定制、網(wǎng)絡(luò)安全性好、設(shè)備抗毀性強等優(yōu)點，可作為電力配電通信網(wǎng)絡(luò)中光纖通信的重要補充，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)正在從計量自動化、配電自動化等核心業(yè)務(wù)擴展到微網(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的智能電網(wǎng)建設(shè)需求。
無線方式雖然對智能電網(wǎng)建設(shè)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(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代移動通信LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全部優(yōu)點，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，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(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。
（1）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。
（2）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。
（3）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)備運維。該中心支持對現(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
（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；
（2）安全性高：遵循LTE規(guī)范，實現(xiàn)3GPP最嚴(yán)格的加密鑒權(quán)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(jìn)物理層技術(shù)保證數(shù)據(jù)傳輸可靠；
（4）設(shè)備可靠性高：設(shè)計過程中及進(jìn)行了大量的高可靠性設(shè)計考慮，并在產(chǎn)品開發(fā)完成后進(jìn)行了各種可靠性驗證；
（5）可維護性強：操作維護中心OMC可實現(xiàn)對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、實時地對網(wǎng)元設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)配置管理、拓?fù)涔芾怼⒐收瞎芾怼⑿阅芄芾怼蟊砉芾怼④浖芾怼⑷罩竟芾砗桶踩芾恚?/p>
（6）可擴展性強：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、實時性強、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(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離LTE230信號與470近距離信號的轉(zhuǎn)換；RE負(fù)責(zé)470信號的路由轉(zhuǎn)換；ED負(fù)責(zé)最后與電力終端進(jìn)行對接。其中，路由節(jié)點可以根據(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
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(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近距離無線增強系統(tǒng)全部采用無線方式，具有以下優(yōu)點：
（1） 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(diào)簡單；
（3）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。
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(fù)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(jìn)行補盲，則會大大提高網(wǎng)絡(luò)部署可行性。
補盲過程中，補盲設(shè)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?qū)崿F(xiàn)無線回傳，則可解決補盲網(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(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頻段中兩端的頻率，減少濾波器設(shè)計的復(fù)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(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(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(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(jié)構(gòu)如圖5所示。
在雙通道解決方案中，ONU設(shè)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(luò)正常的情況下，通過系統(tǒng)自動判斷選擇xPON網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃坏﹛PON網(wǎng)絡(luò)故障，系統(tǒng)會切換到LTE230網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
該方案優(yōu)勢如下：
（1）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。
（2）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(yīng)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(yīng)用打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1]曹津平，劉建明，李祥珍. 面向智能配用電網(wǎng)絡(luò)的電力無線專網(wǎng)技術(shù)方案[J].電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37:76-80.
[2]劉健，趙樹仁，張小慶. 中國配電自動化的進(jìn)展及若干建議[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36:6-10.
[3]劉建明,李祥珍. 物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)[M]. 北京:中國電力出版社, 2010.
[4]國家無線電管理委員會.關(guān)于印發(fā)民用超短波遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)頻段規(guī)劃的通知[R].1991.
[5]Q/GDW 374.3-2009.通信單元技術(shù)規(guī)范[S].2009.
[6]SESIA S.LTE-UMTS長期演進(jìn)理論與實踐[M]. 馬霓,譯.北京:人民郵電出版社, 2009.