基于TD—LTE的無線專網(wǎng)技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

摘 要：本文首先介紹了配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)我國配網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)現(xiàn)狀，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化常用的通信技術(shù)進(jìn)行比較分析，探討目前以光纖通信技術(shù)為主，電力線載波技術(shù)和無線公網(wǎng)技術(shù)為輔的混合通信方案存在的問題和不足，并在此基礎(chǔ)上提出基于TD-LTE的無線專網(wǎng)通信方案。最后本文構(gòu)建了一個(gè)TD-LTE無線專網(wǎng)測試系統(tǒng)，從無線專網(wǎng)的覆蓋范圍、無線性能、配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)應(yīng)用方面對(duì)TD-LTE無線專網(wǎng)進(jìn)行測試和分析。

關(guān)鍵詞：TD-LTE；無線專網(wǎng)；配網(wǎng)自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TN929.5

隨著我國電網(wǎng)改造的不斷深入，自動(dòng)化與智能化成為配電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)（Distribution Automation System，DAS）是一個(gè)利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、協(xié)調(diào)和操作的自動(dòng)化系統(tǒng)[1]。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由配電主站、配電子站、配電終端和通信系統(tǒng)四部分構(gòu)成[2]。

由于配電終端具有點(diǎn)多、面廣、運(yùn)行環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，同時(shí)，配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)種類繁多，對(duì)傳輸速率、實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性等方面的要求也各不相同[3]，因此目前還沒有一種單一的通信技術(shù)可以滿足所有配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)的需求[4]。目前我國配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)一般采用以光纖通信技術(shù)為主，電力線載波技術(shù)和無線公網(wǎng)技術(shù)為輔的通信方案[5]。本文對(duì)我國配網(wǎng)自動(dòng)化常用的通信技術(shù)進(jìn)行比較分析，并在此基礎(chǔ)上提出基于TD-LTE的無線專網(wǎng)通信方案。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化通信技術(shù)研究

1.1 光纖通信

光纖通信指的是以光波為載體，以光纖為傳輸介質(zhì)的通信技術(shù)。目前配電自動(dòng)化主干通信網(wǎng)一般利用原有的電力通信網(wǎng)，即調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或MSTP/SDH傳輸網(wǎng)，接入通信網(wǎng)一般采用工業(yè)以太網(wǎng)。

光纖通信具有安全性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，中繼距離長，傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)[5]，因此成為了配網(wǎng)自動(dòng)化的主要通信方式。但由于工程造價(jià)高昂，部分地區(qū)光纜敷設(shè)難度大[5]，目前僅適合配電自動(dòng)化主干通信網(wǎng)以及城區(qū)內(nèi)比較重要的配電終端的接入通信網(wǎng)。

1.2 電力線載波通信

電力線載波通信（Power Line Communication，PLC）是指將數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號(hào)或擴(kuò)頻信號(hào)，然后通過耦合器耦合到電力線或電力線屏蔽層上進(jìn)行通信的技術(shù)[6]。

電力線載波通信以電力線路為傳輸介質(zhì)，具有投資成本低、與電網(wǎng)建設(shè)同步的優(yōu)勢(shì)，但傳輸速率低、抗干擾性差、存在信號(hào)覆蓋盲區(qū)以及受停電的影響大[3]，因此電力線載波通信只能作為配網(wǎng)自動(dòng)化接入通信網(wǎng)的輔助通信方式。

1.3 無線公網(wǎng)通信

配網(wǎng)自動(dòng)化的無線公網(wǎng)通信技術(shù)指的是通過無線終端采集配網(wǎng)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)，并通過公網(wǎng)運(yùn)營商提供的專線將數(shù)據(jù)傳送到配網(wǎng)自動(dòng)化主站。常見的無線公網(wǎng)技術(shù)包括GPRS、CDMA和3G通信技術(shù)。

無線公網(wǎng)技術(shù)具有建設(shè)投資小，建設(shè)速度快，組網(wǎng)靈活，應(yīng)用范圍廣，可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[3]。但其實(shí)時(shí)性和安全性較低，不能用于傳送實(shí)時(shí)信息和遙控信息，并且系統(tǒng)建成后需要向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商繳納租費(fèi)，運(yùn)營成本高[5]。所以無線公網(wǎng)通信方式較適合用于不需要遙控功能站點(diǎn)的接入通信網(wǎng)，只能作為配網(wǎng)自動(dòng)化接入通信網(wǎng)的補(bǔ)充通信方式。

1.4 基于TD-LTE的無線專網(wǎng)

LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn)）是由3GPP組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)。LTE系統(tǒng)采用了下行OFDMA、上行SC-FDMA的多址接入技術(shù)，同時(shí)引入了MIMO（多輸入多輸出）、Beamforming（波束賦形）等關(guān)鍵技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率（峰值速率能夠達(dá)到上行50Mbit/s，下行100Mbit/s），并支持多種帶寬分配：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等，頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋性能顯著提升[7]。

基于TD-LTE的無線專網(wǎng)具有傳輸速率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，安全性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活，易于擴(kuò)展和建設(shè)維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。以光纖通信為主，TD-LTE無線專網(wǎng)為輔，載波通信和無線公網(wǎng)通信為補(bǔ)充的通信方案，能夠滿足絕大部分配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)的需求，從而進(jìn)一步提高我國的配網(wǎng)自動(dòng)化水平。

2 基于TD-LTE的無線專網(wǎng)在配網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用

2.1 基于TD-LTE的無線專網(wǎng)組網(wǎng)方式

TD-LTE無線專網(wǎng)主要包括無線基站以及無線終端CPE，其中無線基站主要包括天線、RRU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）和BBU（基帶處理單元）。無線基站一般安裝在變電站或者區(qū)局大樓的樓頂，并通過機(jī)房內(nèi)原有的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)或者M(jìn)STP/SDH傳輸網(wǎng)連接到配電主站。在終端側(cè)，CPE通過網(wǎng)線與配電終端設(shè)備相連。無線基站與CPE之間一般采用AES加密技術(shù)。

2.2 基于TD-LTE的無線專網(wǎng)的測試系統(tǒng)

為了驗(yàn)證基于TD-LTE的無線專網(wǎng)在配網(wǎng)自動(dòng)化中應(yīng)用的可行性，我們構(gòu)建了一個(gè)TD-LTE無線專網(wǎng)測試系統(tǒng)：在部分站點(diǎn)安裝了無線基站，無線基站通過站內(nèi)原有的MSTP網(wǎng)絡(luò)連接至配電主站，在基站的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)選擇了部分配電終端安裝了CPE，從而構(gòu)成了一個(gè)TD-LTE無線專網(wǎng)測試系統(tǒng)。利用該測試系統(tǒng)我們對(duì)TD-LTE無線專網(wǎng)的無線性能和配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行了測試，主要測試結(jié)果如下：

（1）覆蓋范圍：在基站高度35米，CPE高度2米的情況下，一般遮擋的普通城區(qū)覆蓋半徑可達(dá)1.5km，嚴(yán)重遮擋的密集區(qū)域覆蓋半徑達(dá)到1km。

（2）無線性能：TD-LTE無線專網(wǎng)的傳輸速率、實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性均能滿足配網(wǎng)自動(dòng)化的需求。

（3）配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)應(yīng)用：基于TD-LTE的無線專網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)配電終端的遙測和遙信數(shù)據(jù)的上傳以及遙控命令的下發(fā)。

通過以上的測試，驗(yàn)證了基于TD-LTE的無線專網(wǎng)的各項(xiàng)性能包括覆蓋范圍、無線性能以及配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)應(yīng)用等方面均能夠滿足配網(wǎng)自動(dòng)化的通信需求。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)我國配網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)現(xiàn)狀，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化常用的通信技術(shù)進(jìn)行比較分析，并在此基礎(chǔ)上提出基于TD-LTE的無線專網(wǎng)通信方案。通過構(gòu)建一個(gè)TD-LTE無線專網(wǎng)測試系統(tǒng)，本文對(duì)TD-LTE無線專網(wǎng)的各項(xiàng)性能包括覆蓋范圍、無線性能、配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)應(yīng)用等進(jìn)行測試和分析，驗(yàn)證了基于TD-LTE的無線專網(wǎng)在配網(wǎng)自動(dòng)化中應(yīng)用的可行性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：王日輝（1986-），男，廣東廣州人，工程管理人員，技術(shù)員，從事電力通信工程建設(shè)和項(xiàng)目管理工作。

作者單位：廣州電力通信網(wǎng)絡(luò)有限公司，廣州 510600