佘世洲

(1.上海交通大學電子信息與電氣工程學院，上海 200240; 2.安徽省電力公司銅陵供電公司，安徽銅陵 244000)

長期以來，國家對中低壓配電網(wǎng)建設投資有限，相對于主網(wǎng)來說，配電網(wǎng)架顯得比較薄弱。2012年，國家電網(wǎng)公司將加快配電網(wǎng)建設改造作為年度重點工作，而建設配電數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡不僅是智能配電網(wǎng)的重要組成部分，也是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎條件。

1 智能配電通信網(wǎng)總體介紹

智能配電通信網(wǎng)建設目標:利用經(jīng)濟合理、先進成熟的通信技術，滿足智能配電網(wǎng)發(fā)展各階段對電力通信網(wǎng)絡的需求，支持各類業(yè)務的靈活接入，為電力智能化系統(tǒng)或設備提供“即插即用”的電力通信保障，為電力用戶與分布式電源提供信息交互通信渠道。

智能電網(wǎng)配用電業(yè)務的發(fā)展，對配電通信網(wǎng)在實時性和傳輸帶寬方面提出比過去更高的要求。智能配電網(wǎng)通信業(yè)務主要分為實時控制業(yè)務和非實時監(jiān)測、管理業(yè)務。例如縱聯(lián)網(wǎng)絡保護、高級配電自動化、分布式能源接入等實時業(yè)務適合采用高可靠、低時延的光纖通信技術，智能電能表、設備運行狀態(tài)監(jiān)測等非實時業(yè)務適合采用覆蓋廣泛的無線寬帶通信技術。同時智能配電通信網(wǎng)還需要考慮滿足安全性要求，根據(jù)《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》及總體方案的要求，智能配電網(wǎng)中的縱聯(lián)保護、配網(wǎng)自動化、能源站監(jiān)測、負荷控制等業(yè)務屬于電力監(jiān)控系統(tǒng)的范疇，該部分業(yè)務必須由生產(chǎn)控制大區(qū)的安全區(qū)1和安全區(qū)2承載。

根據(jù)智能配電網(wǎng)通信業(yè)務需求，配網(wǎng)主要通信方式有光端機通信、工業(yè)以太網(wǎng)交換機通信、電力載波通信、無線公網(wǎng)通信、無源光網(wǎng)絡通信、無線寬帶WLAN通信、無線傳感網(wǎng)通信、無線專網(wǎng)通信等。目前主流建設方案一般為以光纖專網(wǎng)對重要節(jié)點實現(xiàn)保障，以無源光網(wǎng)絡或者無線通信實現(xiàn)廣泛覆蓋、載波通信作為接入補充。

2 智能配電通信網(wǎng)組網(wǎng)設計

智能電網(wǎng)通信主干網(wǎng)的核心要求是“堅強高速”，接入網(wǎng)的核心要求是“可靠靈活易部署”，目前國內(nèi)智能配電通信網(wǎng)十二五規(guī)劃中，各省公司一般都考慮將xPON，PLC載波和無線專網(wǎng)進行組合使用作為配電通信網(wǎng)解決方案，具體方式可分為以下兩種模型。

2.1 配網(wǎng)自動化覆蓋區(qū)域內(nèi)

配網(wǎng)自動化站點一般包括柱上開關、開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室等，需要實現(xiàn)三遙(遙信、遙測、遙控)功能，通信網(wǎng)絡的安全性、可靠性和帶寬要求高，通信網(wǎng)宜采用光纖方式。由于傳統(tǒng)的SDH，ATM傳輸網(wǎng)絡建設投資高、建設周期長、運行維護要求高等缺點，PON技術以組網(wǎng)靈活、擴展快速等比較明顯的優(yōu)勢已成為當前國內(nèi)智能配電通信骨干網(wǎng)首選組網(wǎng)技術。

2.2 配網(wǎng)自動化覆蓋區(qū)域外

配網(wǎng)自動化覆蓋區(qū)域外的配電通信網(wǎng)建設，主要考慮無源光網(wǎng)絡通信、載波通信、無線公網(wǎng)通信以及無線專網(wǎng)通信等方式。無線寬帶WLAN通信和無線傳感網(wǎng)主要針對最后100 m接入網(wǎng)，覆蓋范圍較小。GPRS/CDMA/3G無線公網(wǎng)通信方式由于依賴公網(wǎng)運營商，其安全性、可靠性、實時性不能保證，當接入用戶數(shù)目增加時，通信速率受影響嚴重，一般無線公網(wǎng)大多用于不需要遙控的終端通信等應用。載波通信方式存在傳輸帶寬狹窄，信號質(zhì)量差等問題，xPON無源光網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡由于配網(wǎng)改造工程多、網(wǎng)架頻繁變動等特點，存在光纜敷設難度、成本過大問題。綜合考慮應用無線專網(wǎng)技術規(guī)劃智能配電通信網(wǎng)是較為理想的選擇。

3 LTE無線通信技術簡介

3.1 WIMAX和LTE兩種主流無線通信技術比較

WIMAX英文全稱為Worldwide Interoperability for Microwave Access，即全球微波互聯(lián)接入，屬于廣域網(wǎng)技術范疇，主要用于寬帶無線連接和回程鏈路，目前IEEE802.16e和IEEE802.16m是WIMAX主流技術標準。LTE無線標準英文全稱Long Term Evolution，即長期演進計劃，LTE有著高數(shù)據(jù)傳輸率、可分組傳送、延遲時間低、廣域覆蓋和向下兼容等優(yōu)勢(見表1)。

表1 兩種主流無線通信技術比較

這兩種技術都使用了先進的方法，如正交頻分多址(OFDMA)和多入多出(MIMO)，而且它們也都是完全基于IP協(xié)議，都能為用戶提供10 Mbps以上傳輸速率，在可靠性方面均能對業(yè)務提供QoS保障，相對于XPON接入技術來說網(wǎng)絡部署方便，故障定位容易，同樣兩種方式都需要向當?shù)責o線電管理委員會申請無線頻率資源。

3.2 LTE標準發(fā)展現(xiàn)狀分析

LTE是從最早的GSM語音技術、用于數(shù)據(jù)傳送的GPRS和EDGE到目前的WCDMA和HSPA先進3G技術發(fā)展而來的，目前LTE正處于ITU標準化過程中。全球大多數(shù)蜂窩運營商都同意將LTE作為4G標準，LTE產(chǎn)業(yè)分為兩大技術流派，其中歐美主導推廣LTE FDD，中國移動和日本軟銀主導推廣TD-LTE。

三種主流3G技術標準性能比較見表2。

表2 三種主流3G技術標準性能比較

TD-LTE是我國3G自主技術TD-SCDMA的后續(xù)演進標準，一旦在世界范圍內(nèi)實現(xiàn)真正的商用，即意味中國在下一代通信技術LTE標準上獲得了話語權。目前TD-LTE標準在系統(tǒng)設備廠商、芯片廠商、智能手機等方面與已形成大規(guī)模商業(yè)應用的LTE FDD標準相比較，還存在較大差距，主要反映在芯片成熟度和手機終端支持方面。

4 TD-LTE在智能配電網(wǎng)終端接入網(wǎng)應用分析

4.1 LTE基站覆蓋情況

LTE專網(wǎng)在天線高度足夠高(30 m)的情況下覆蓋能力能夠滿足一般城市配用電場景中的配電終端設備的通信接入需求，但在低天線高度和密集城區(qū)場景下還需要進一步優(yōu)化覆蓋效果。

CPE終端高度1.5 m情況下實測小區(qū)覆蓋半徑見表3。

表3 實測小區(qū)覆蓋半徑 km

4.2 電網(wǎng)業(yè)務對無線專網(wǎng)帶寬及時延要求

電網(wǎng)業(yè)務對無線專網(wǎng)帶寬及時延要求見表4。

表4 電網(wǎng)業(yè)務對無線專網(wǎng)的要求

LTE專網(wǎng)在帶寬及延時指標方面，完全匹配配電自動化、計量自動化、視頻監(jiān)控等等多業(yè)務承載需求。LTE系統(tǒng)上下行采用基于多業(yè)務Qos的分組調(diào)度算法，通過對網(wǎng)絡中不同流量的分類和管理，可以為配電自動化、計量自動化業(yè)務提供不同的延時、丟包率保證。

4.3 LTE無線專網(wǎng)實施注意事項

1)TD-LTE標準在國內(nèi)推廣上存在的最主要困難就是頻段資源貧乏，無線電管理機構(gòu)給中國移動分配的LTE頻段是2.6 GHz，企業(yè)如果要申請頻率資源建立無線專網(wǎng)獲批準難度較大。

2)基站覆蓋范圍內(nèi)所有LTE終端共享無線網(wǎng)絡帶寬，一般根據(jù)用戶終端總數(shù)量、邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率目標確定覆蓋規(guī)劃，選擇天線數(shù)量、天線類型和傳輸模式對覆蓋性能影響較大。在實際施工中，可以通過高增益天線、CPE加高等普適性方案，解決區(qū)域弱覆蓋、上行業(yè)務無法滿足等問題，從而匹配配網(wǎng)業(yè)務需求。

3)環(huán)網(wǎng)柜、電房旁架設站點天線抱桿需獲得市政部門審批與周邊居民理解。

5 結(jié)語

無線專網(wǎng)通信技術作為配電通信網(wǎng)終端接入網(wǎng)建設的一種重要手段，符合地理位置復雜、通信點多、單點信息量較小但總信息量大的需求，對于電能量抄表、負荷控制、配電自動化等這些業(yè)務能充分發(fā)揮無線專網(wǎng)部署快速、擴充方便、不受地面環(huán)境限制等優(yōu)點，TD-LTE無線通信技術能提供高帶寬低時延的通信通道，并采用128 bit AES加密來提高安全可靠性，使用分組調(diào)度算法來保證Qos服務質(zhì)量，能為未來配電通信網(wǎng)業(yè)務發(fā)展提供一種重要的“最后一公里”解決方案。

［1］ 辛培哲.智能配電網(wǎng)通信技術研究及應用［J］.電力系統(tǒng)通信，2010，31(217)：14-16.

［2］ 黃 朔.WiMax標準下3G技術在智能電網(wǎng)中的運用分析［J］.現(xiàn)代電子技術，2011，34(1)：8-10.

［3］ 范寅秋，弭 娟.無線專網(wǎng)技術在智能配網(wǎng)中的應用［J］.電腦知識與技術，2011，7(5)：66-67.