谷亞瓊，郭起霖

(1. 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，廣州 511493； 2. 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣州 510663)

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蓄能水電站異構(gòu)復(fù)雜場景無線應(yīng)急通信研究

谷亞瓊1，郭起霖2

(1. 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，廣州 511493； 2. 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣州 510663)

應(yīng)急通信為各類緊急情況提供及時有效的通信保障，是綜合應(yīng)急保障體系的重要組成部分，其重要性日益提升。蓄能水電站多數(shù)處于位于深山大谷中，占地面積廣，與外界聯(lián)系不便，對應(yīng)急通信系統(tǒng)提出了更高的要求。提出四種主流的無線應(yīng)急技術(shù)方案，并對方案優(yōu)缺點進(jìn)行分析對比，最后提出一種廠區(qū)與指揮中心應(yīng)急通信的解決方案。關(guān)鍵詞：應(yīng)急通信系統(tǒng)；集群通信；無線通信技術(shù)

近年來，我國自然災(zāi)害和突發(fā)事件頻發(fā)，電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電力供應(yīng)受到了嚴(yán)峻的考驗。在突如其來的大型自然災(zāi)害和公共突發(fā)事件面前，常規(guī)的通信手段往往無法滿足通信需求。應(yīng)急通信正是為應(yīng)對自然或人為緊急情況而提供的特殊通信機(jī)制，在公眾通信網(wǎng)設(shè)施遭受破壞、性能降低、話務(wù)量突增的情況下，采用非常規(guī)的、多種通信手段組合的方式來恢復(fù)通信能力。由此可見，應(yīng)急通信具有時間和地點不確定性、通信需求不可預(yù)測性、業(yè)務(wù)緊急性、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建快速性和過程短暫性等特點[1]。應(yīng)急通信為各類緊急情況提供及時有效的通信保障，是綜合應(yīng)急保障體系的重要組成部分，更是搶險救災(zāi)的生命線。

蓄能水電站作為重要的電力基礎(chǔ)設(shè)施，可將電網(wǎng)負(fù)荷低時的多余電能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時期的高價值電能，還適于調(diào)頻、調(diào)相，穩(wěn)定電力系統(tǒng)的周波和電壓，且宜為事故備用，還可提高系統(tǒng)中火電站和核電站的效率[2]。同時蓄能水電站多數(shù)處于位于深山大谷中，占地面積廣，與外界聯(lián)系不便，對應(yīng)急通信系統(tǒng)提出了更高的要求。本文針對蓄能水電站典型應(yīng)用場景，分析應(yīng)急通信需求，探討主流應(yīng)急通信技術(shù)的應(yīng)用方式，對蓄能水電站的應(yīng)急通信系統(tǒng)提供建議方案，對提高供電可靠性及提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮重要作用。

1 集群應(yīng)急通信需求

集群通信的最大特點是話音通信采用PTT (Push To Talk)，以一按即通的方式接續(xù)，被叫無需摘機(jī)即可接聽，且接續(xù)速度較快，并能支持群組呼叫等功能，它的運(yùn)作方式以單工、半雙工為主，主要采用信道動態(tài)分配方式，并且用戶具有不同的優(yōu)先等級和特殊功能，通信時可以一呼百應(yīng)[3]。

為了應(yīng)對提升應(yīng)對自然災(zāi)害、處置突發(fā)事件、保障重大活動所需的應(yīng)急通信能力，業(yè)務(wù)應(yīng)用方面應(yīng)該滿足以下的要求：

1)語音：在事故發(fā)生期間，要求現(xiàn)場能夠保證至少一路語音通道與行政交換網(wǎng)互通。

2)數(shù)據(jù)：在事故發(fā)生期間，要求現(xiàn)場能夠保證提供數(shù)據(jù)網(wǎng)接入能力。

3)調(diào)度指揮：要求現(xiàn)場指揮中心能對現(xiàn)場搶修/工作人員進(jìn)行直接調(diào)度指揮。

4)視頻傳輸：通過視頻功能實時反映電廠設(shè)備狀況及應(yīng)急情況。

隨著事故應(yīng)急指揮的需求升級發(fā)展，目前應(yīng)急指揮現(xiàn)場除了需要實現(xiàn)集群語音通信以外，還需要建立群集視頻通信及事故現(xiàn)場與指揮中心之間的音視頻雙工調(diào)度通道[4]。

2 多樣化無線應(yīng)急技術(shù)研究

2.1 wifi解決方案

wifi解決方案擬建設(shè)一張wifi無線局域網(wǎng)，主要覆蓋電廠辦公樓、廠房、開關(guān)站、車間、倉庫。辦公局域網(wǎng)，用于生產(chǎn)辦公區(qū)域的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及終端接入。工作人員通過現(xiàn)有的手機(jī)終端即可通過wifi接入網(wǎng)絡(luò)，無需配置額外終端。

方案擬建設(shè)行政語音軟交換系統(tǒng)是將傳統(tǒng)通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)融合，通過統(tǒng)一業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺，實現(xiàn)語音、視頻通信、即時通信、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同會議等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)，向用戶提供隨時隨地的融合語音、數(shù)據(jù)和視頻的自由通信的新型融合通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)以溝通為核心驅(qū)動，充分體現(xiàn)信息共享化、工作簡單化，實現(xiàn)多種通訊手段的集成理念，并能夠滿足現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)和未來應(yīng)用系統(tǒng)對統(tǒng)一通信系統(tǒng)中通信組件的調(diào)用。

wifi解決方案的優(yōu)缺點分析如下：

優(yōu)點：充分利用現(xiàn)有手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)，無需添加額外專用終端，使用簡單方便，成本較低。

缺點：

1)覆蓋范圍小，無法對室外空曠區(qū)域進(jìn)行覆蓋，只能針對室內(nèi)及熱點進(jìn)行覆蓋。

2)采用免費(fèi)頻點，無法保證通信質(zhì)量。

3)支持用戶數(shù)量有限，且不支持高速移動狀況下的通信接入。

2.2 LTE無線專網(wǎng)解決方案

方案擬建設(shè)一套TD-LTE電力無線寬帶專網(wǎng)，接入終端有兩種方案(方案拓?fù)鋱D如圖1所示)[5]：

1)購置TD-LTE專網(wǎng)特定終端。

2)室內(nèi)用戶通過wifi接入CPE設(shè)備(wifi和LTE信號互轉(zhuǎn))與基站通信；室外用戶通過wifi接入便攜式mifi設(shè)備與基站通信，無需購置專用終端，只需要部署室內(nèi)CPE和便攜式mifi設(shè)備。

對于室內(nèi)產(chǎn)區(qū)及辦公室，可以通過室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行增強(qiáng)覆蓋。如果要支持語音，可選VoIP方式，那么需要增加IMS設(shè)備；否則需要考慮增加3G的語音功能和相應(yīng)設(shè)備。

LTE無線專網(wǎng)解決方案的優(yōu)缺點分析如下：

優(yōu)點：通過架設(shè)TD-LTE結(jié)合室內(nèi)分布系統(tǒng)可以實現(xiàn)區(qū)域全覆蓋，支持應(yīng)急情況下的語音、多媒體數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、移動辦公等功能。通過wifi與LTE信號互轉(zhuǎn)設(shè)備，可以避免專用終端的額外購買，用現(xiàn)有手機(jī)即可通過wifi接入。

缺點：需要建設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)(基站和核心網(wǎng)設(shè)備)。

圖1 LTE無線專網(wǎng)解決方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Illustration for LTE wireless network solutions

2.3 4G寬帶集群解決方案

4G集群通信基于LTE，融合了LTE與數(shù)字集群的功能，既提供了無線數(shù)據(jù)采集/傳輸、視頻監(jiān)控等LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，又支持視頻組呼、語音組呼等多種專業(yè)集群業(yè)務(wù)功能，充分滿足數(shù)字集群的市場拓展需求[6]。

集群系統(tǒng)具有強(qiáng)大的應(yīng)急指揮調(diào)度功能，一鍵直呼，支持點對點語音、視頻指揮調(diào)度、點對多點語音指揮調(diào)度及多組指揮調(diào)度等，支持優(yōu)先級設(shè)置。

1.8 GHz頻段TD-LTE移動寬帶專網(wǎng)集群調(diào)度系統(tǒng)是基于4G的OFDMA技術(shù)實現(xiàn)的。整個系統(tǒng)由基站、各種集群終端(含CPE、手持機(jī)、單兵設(shè)備)及后臺服務(wù)器共同組成。該系統(tǒng)可將多個終端用戶的數(shù)據(jù)、語音、GPS追蹤定位、視頻圖像等信息實時地上傳至指揮中心，支持雙向語音和視頻的集群調(diào)度功能，可保證在復(fù)雜環(huán)境下的有效覆蓋和應(yīng)用，并實現(xiàn)專網(wǎng)與公網(wǎng)的融合對接，是國內(nèi)領(lǐng)先的集成多功能的、多用戶終端的集群通訊調(diào)度系統(tǒng)。

1.8 GHz頻段TD-LTE數(shù)字集群系統(tǒng)的主要功能包括：現(xiàn)場應(yīng)急指揮調(diào)度功能，現(xiàn)場視頻監(jiān)控功能，可視對講功能，準(zhǔn)視頻會議功能，文本推送功能，數(shù)據(jù)同步傳輸功能，IP數(shù)據(jù)雙向傳輸能力等。

4G寬帶集群解決方案的優(yōu)缺點分析如下：

優(yōu)點：通過架設(shè)集群基站結(jié)合室內(nèi)分布系統(tǒng)可以實現(xiàn)區(qū)域全覆蓋，支持強(qiáng)大的集群通信功能，是專業(yè)的應(yīng)急場景技術(shù)。

缺點：需要建設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)(基站和核心網(wǎng)設(shè)備)和集群專用終端，投資成本大?，F(xiàn)有的手機(jī)需要額外開發(fā)插件以接入網(wǎng)絡(luò)，待開發(fā)。

2.4 DMR窄帶數(shù)字集群解決方案

DMR(Digital Mobile Radio)數(shù)字集群通信標(biāo)準(zhǔn)是ETSI(歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)為了滿足歐洲各國的中低端專業(yè)及商業(yè)用戶對移動通信的需要而設(shè)計、制訂的開放性標(biāo)準(zhǔn)。于2005年4月推出的數(shù)字移動無線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。最新版本于2007年12月份公布。

DMR標(biāo)準(zhǔn)采用TDMA(雙時隙)多址方式，12.5 kHz信道間隔、4FSK調(diào)制方式、數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kb/s。此標(biāo)準(zhǔn)共分三個階段，第一階段是免費(fèi)頻段的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)，第二階段是數(shù)字常規(guī)，第三階段是集群階段。

抽水蓄能發(fā)電廠DMR無線通信系統(tǒng)由基站、匯接交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理終端、調(diào)度臺、電臺組成。系統(tǒng)組網(wǎng)方案如圖2所示。

圖2 窄帶數(shù)字集群解決方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Illustration for narrow-band digital trunked communication solutions architecture

基站：基站設(shè)備為DMR系統(tǒng)提供與用戶電臺的無線連接，實現(xiàn)無線信號的覆蓋。由基站控制單元、信道控制單元、高性能信道機(jī)、射頻分配系統(tǒng)及基站連接附件等幾個模塊組成。

匯接交換機(jī)：在中心主機(jī)房新建數(shù)字匯接交換機(jī)，匯接交換機(jī)具備較強(qiáng)的容錯能力，分散控制，是DMR數(shù)字集群通信系統(tǒng)的管理中心、數(shù)據(jù)交換中心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)組網(wǎng)控制、統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理。

網(wǎng)絡(luò)管理終端：在調(diào)度中心配置網(wǎng)絡(luò)管理終端，可以根據(jù)需要直接在網(wǎng)管界面配置、監(jiān)控基站工作頻點；監(jiān)控基站工作狀態(tài)；接收和顯示系統(tǒng)設(shè)備報警信號內(nèi)容；監(jiān)測信道機(jī)前向功率、反向功率、工作電壓、鏈路聯(lián)通狀態(tài)等參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)控制、統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理。

調(diào)度臺：在調(diào)度中心配置調(diào)度臺，實現(xiàn)系統(tǒng)各片區(qū)基站靈活組網(wǎng)通信，可以對正在進(jìn)行的通話進(jìn)行監(jiān)聽和插話，并可實現(xiàn)區(qū)域電臺重組功能。

3 無線應(yīng)急解決方案對比分析

本論文提出的四種方案對比如表1所示。

4 廠區(qū)與應(yīng)急指揮總部通信解決方案

總部中心站衛(wèi)星通信系統(tǒng)為總部至各蓄能電站的重要數(shù)據(jù)和調(diào)度電話等提供傳輸通道。系統(tǒng)由中心站、遠(yuǎn)端固定站組成，可租用亞洲4號衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，工作于Ku頻段，根據(jù)業(yè)務(wù)的具體需求，采用星狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

表1 四種主流無線應(yīng)急解決方案對比

Tab. 1 Comparison of major emergency communication solutions

方案對比WiFi解決方案TD?LTE寬帶專網(wǎng)方案4G集群解決方案DMR數(shù)字集群方案覆蓋范圍僅限于室內(nèi)和部分熱點，室外覆蓋弱結(jié)合室分系統(tǒng)可全區(qū)域覆蓋結(jié)合室分系統(tǒng)可全區(qū)域覆蓋結(jié)合室分系統(tǒng)可全區(qū)域覆蓋通信質(zhì)量保證不支持支持支持支持語音業(yè)務(wù)支持支持支持支持?jǐn)?shù)據(jù)多媒體業(yè)務(wù)支持支持支持不支持集群調(diào)度功能不支持不支持支持支持架設(shè)基站不需要需要需要需要配置專用終端不需要不需要，室外作業(yè)需要配置低成本mifi設(shè)備需要需要投資成本低中等中等中等

圖3 多個電廠與指揮總部中心站衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 3 Illustration for satellite communication between multiple plants and command center

本方案擬配置一座中心站，在四個抽水蓄能電廠各配置一套遠(yuǎn)端固定站(將來可擴(kuò)展)，衛(wèi)星中心站設(shè)在位于指揮調(diào)度總部，做為衛(wèi)星網(wǎng)的業(yè)務(wù)中心和網(wǎng)絡(luò)管理中心，能夠直接與所有站點傳輸語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。應(yīng)急時間發(fā)生時，電廠與總部之間的有線傳輸中斷，互通網(wǎng)關(guān)與PSTN/PLMN之間可通過衛(wèi)星進(jìn)行通信,如圖4所示。

該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)用來傳輸調(diào)度電話和調(diào)度自動化等低流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，作為這些重要電站生產(chǎn)調(diào)度接入總部通信網(wǎng)的備用通信，以進(jìn)一步適應(yīng)和滿足各種抽水蓄能電廠對遠(yuǎn)端站接入通信可靠性要求。

圖4 衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)接入示意圖Fig. 4 Illustration for service access via satellite communication

5 結(jié)論

基于調(diào)峰調(diào)峰發(fā)電公司所轄蓄能水電站業(yè)務(wù)需求及應(yīng)用場景，本論文提出四種主流的無線應(yīng)急技術(shù)方案，并對方案優(yōu)缺點進(jìn)行分析對比，最后提出一種廠區(qū)與指揮中心應(yīng)急通信的解決方案。根據(jù)電廠實際應(yīng)用場景，因地制宜選擇合適且可行的方案，多種方案共同覆蓋區(qū)存在切換問題，如何處理交界處的信號分布，是電廠應(yīng)急需要處理的關(guān)鍵開放性問題。

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(責(zé)任編輯 黃肇和)

Research on Wireless Emergency Communication for Heterogeneous Complex Scenes in Pumped-Storage Power Plants

GU Yaqiong1, GUO Qilin2

(1. Power Generation Company，China Southern Power Grid Co., Ltd., Guangzhou 511493，China； 2. China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co.,Ltd., Guangzhou 510663, China)

Emergency communication, as a key component of comprehensive emergency security system, provides real-time effective guarantee for diverse crisis scenes. The importance of emergency communication increases significantly. Most of pumped-storage power plants locate in the valley , requiring more for the emergency communication systems. This paper proposes four major solutions for emergency communication, and compares the merits and demerits. Finally, the solution for the connection between the plant and the command center is provided.

emergency communication system; trunked communication; wireless communication technique

2015-10-14

廣東省自然科學(xué)基金項目資助(2014A030310347)

谷亞瓊(1982)，女，河南新鄭人，工程師，學(xué)士，主要從事電力通信工作(e-mail)1114327683@qq.com。

10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2016.04.014

TN915.853

A

2095-8676(2016)04-0069-04