TD—LTE在云南電網(wǎng)的試點(diǎn)應(yīng)用研究分析

王艷琦 周宇波 付誠(chéng)

【摘要】隨著TD-LTE公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商牌照的頒布，TD-LTE在電網(wǎng)公司的實(shí)用化應(yīng)用也提上日程，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析目前及未來(lái)智能配電網(wǎng)的業(yè)務(wù)類型及上傳速率，研究目前TD-LTE的無(wú)線專網(wǎng)對(duì)于智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性，提出分層分布體系架構(gòu)的智能配電網(wǎng)接入層通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】TD-LTE;系統(tǒng)架構(gòu);智能配電網(wǎng)

1.引言

目前，電網(wǎng)正朝著智能、高效、可靠和綠色方向發(fā)展，這對(duì)通信技術(shù)提出了新的要求。云南電網(wǎng)公司不斷加大骨干光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，然而由于受到配電與用電網(wǎng)分布式結(jié)構(gòu)的限制（網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，通信點(diǎn)多，通信設(shè)備工作環(huán)境差），面向用戶側(cè)最后一公里的通信網(wǎng)絡(luò)資源極其匱乏，已成為電網(wǎng)建設(shè)的瓶頸。由于光纖布放難度大，單一的光纖通信方式不能滿足配用電側(cè)業(yè)務(wù)全覆蓋、全采集、全費(fèi)控的需求，需要開(kāi)展以光纖通信為主、無(wú)線通信為輔的復(fù)合通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用嘗試，以更好地實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化、集抄、應(yīng)急通信、移動(dòng)辦公、巡檢、等業(yè)務(wù)。

2.無(wú)線通信方式分析

云南電網(wǎng)公司采用的無(wú)線通信方式包括微波通信、租用公網(wǎng)的無(wú)線通信（GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)采集、CDMA無(wú)線數(shù)據(jù)采集）等。

由于微波的頻率極高，波長(zhǎng)又很短，超過(guò)視距以后需要設(shè)置中繼站轉(zhuǎn)發(fā)，信號(hào)衰減大，時(shí)間延遲長(zhǎng)，不能滿足生產(chǎn)業(yè)務(wù)可靠性、實(shí)時(shí)性傳輸需求。

租用公網(wǎng)通信方式在云南電網(wǎng)的應(yīng)用主要在應(yīng)急通信、配網(wǎng)自動(dòng)化及營(yíng)銷自動(dòng)化。通過(guò)租用公網(wǎng)GPRS/CDMA無(wú)線通信資源解決配變監(jiān)測(cè)、大客戶負(fù)控、低壓集抄等通道問(wèn)題。然而，由于公網(wǎng)通信存在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、需求及故障處理滯后等一些技術(shù)和管理方面的問(wèn)題。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)通信技術(shù)在傳輸速率、可靠性、實(shí)時(shí)性及維護(hù)難易程度方面不能滿足網(wǎng)絡(luò)智能化的需求。

3.智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求分析

智能配電業(yè)務(wù)主要包括如下：

（1）智能配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)

配電自動(dòng)化終端（FTU、DTU、TTU）分布式部署在10kV配網(wǎng)線路柱上開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、配變側(cè)，負(fù)責(zé)采集配網(wǎng)一次設(shè)備的運(yùn)行信息、狀態(tài)信息、故障信息，并將信息傳送至配網(wǎng)調(diào)度中心。業(yè)務(wù)點(diǎn)范圍：所有配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備遙信信息的上傳;部分配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（如重要開(kāi)關(guān)）設(shè)備的遙測(cè)、遙信和控制，傳輸帶寬30k，傳輸時(shí)延<500ms。

（2）電能量信息業(yè)務(wù)

在用戶側(cè)部署智能電表，實(shí)時(shí)采集用戶用電信息、狀態(tài)信息等至配網(wǎng)調(diào)度中心，向用戶傳送實(shí)時(shí)電費(fèi)、分時(shí)電價(jià)等信息。智能電表信息匯聚至集中采集器后，再通過(guò)配電通信網(wǎng)上送。業(yè)務(wù)特性：集中型準(zhǔn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)流向?yàn)楦饔?jì)量終端、抄表集中器集中到配網(wǎng)計(jì)量自動(dòng)化中心主站，傳輸時(shí)延<15分鐘。

（3）分布式能源業(yè)務(wù)

微網(wǎng)是分布式發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的有效形式，有助于充分利用各種清潔和可再生能源。配置分布式能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式能源電量信息、逆變器信息的采集及傳送，傳輸帶寬30k，傳輸時(shí)延<1s。

（4）10kV大用戶業(yè)務(wù)

在10kV大用戶線路出口側(cè)配置負(fù)荷控制終端，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、負(fù)荷控制參數(shù)下發(fā)等功能，傳輸帶寬5k，傳輸時(shí)延<60s。

（5）線路保護(hù)業(yè)務(wù)

目前配電網(wǎng)線路保護(hù)業(yè)務(wù)采用不需要通道的電流保護(hù)方式，智能電網(wǎng)時(shí)代保護(hù)方式將發(fā)生改變，利用配網(wǎng)通信通道進(jìn)行縱聯(lián)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式，傳輸帶寬64k～1M，傳輸時(shí)延<100ms。

（6）配電網(wǎng)視頻監(jiān)控

為滿足將來(lái)配電網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)（環(huán)網(wǎng)柜）的運(yùn)行和監(jiān)控需求，考慮每個(gè)重要節(jié)點(diǎn)配置視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)。一般采用實(shí)時(shí)向監(jiān)控主站傳送信號(hào)，業(yè)務(wù)帶寬變動(dòng)不大。每條10kV配電線路同時(shí)點(diǎn)播視頻兩個(gè)點(diǎn)考慮，視頻業(yè)務(wù)圖像格式質(zhì)量達(dá)到4CIF要求，傳輸帶寬2M～4M，傳輸時(shí)延<60s。

4.TD-LTE技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

TD-LTE具備上行業(yè)務(wù)帶寬可調(diào)、低時(shí)延、系統(tǒng)扁平化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并且對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量分等級(jí)進(jìn)行保障，可以解決電力專網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的諸多難題。TD-LTE技術(shù)的引入可以有效解決電力通信“骨干網(wǎng)強(qiáng)、接入網(wǎng)弱”的態(tài)勢(shì)，其扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以簡(jiǎn)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，減小配網(wǎng)管理成本、降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)復(fù)雜度。

4.1 TD-LTE系統(tǒng)構(gòu)成

LTE的主要目標(biāo)是數(shù)據(jù)包的傳輸達(dá)到最優(yōu)化，所有網(wǎng)元全都IP化，連接到網(wǎng)管上。LTE系統(tǒng)主要由無(wú)線終端UE、無(wú)線基站eNB、核心網(wǎng)EPC及網(wǎng)管構(gòu)成。

無(wú)線終端設(shè)備UE主要由進(jìn)行無(wú)線信號(hào)收發(fā)、基帶處理和高層應(yīng)用運(yùn)行的ME設(shè)備（移動(dòng)單元）和一個(gè)或多個(gè)可拆卸的、可以保存數(shù)據(jù)、程序和安全身份識(shí)別的智能卡USIM構(gòu)成。無(wú)線終端主要以高速分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，具備業(yè)務(wù)與底層間QOS參數(shù)傳送機(jī)制，可以接收上層業(yè)務(wù)指派的具體QOS需求，并上傳給網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線終端可直接與集中器、負(fù)控終端、配電自動(dòng)化終端等電力終端設(shè)備通信。

LTE基站為分布式基站設(shè)備，是由基帶單元設(shè)備（BBU）、射頻遠(yuǎn)端設(shè)備（RRU）構(gòu)成，是一種可以靈活分布式安裝的基站組合。其中RRU通過(guò)Ir接口與基帶單元設(shè)備BBU相連，BBU通過(guò)S接口和EPC連接。LTE基站滿足上下行信道資源分配以及調(diào)度算法的要求以及上下行功率控制方法及參數(shù)。支持 MAC、RLC、PDCP及 RRC協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)性管理、接入控制、完成上層同步。完成數(shù)據(jù)和信令承載、所支持QCI以及 QoS機(jī)制的要求。

無(wú)線核心網(wǎng)EPC作為L(zhǎng)TE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(guò)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。網(wǎng)絡(luò)管理單元主要完成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和設(shè)備運(yùn)維。

4.2 TD-LTE在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

TD-LTE在電力系統(tǒng)應(yīng)用組網(wǎng)采用三層結(jié)構(gòu)，最底層為終端接入層：包括配網(wǎng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)、電能量業(yè)務(wù)、視頻監(jiān)控信息、應(yīng)急通信等各種業(yè)務(wù)接入終端，分別對(duì)應(yīng)配置無(wú)線終端設(shè)備。第二層是信息傳輸層：包括無(wú)線基站（BS），網(wǎng)關(guān)設(shè)備GW，主要為用戶終端提供無(wú)線接入信號(hào)，負(fù)責(zé)無(wú)線資源的管理，業(yè)務(wù)的調(diào)度等功能，根據(jù)覆蓋范圍分別配置不同數(shù)量的無(wú)線基站。無(wú)線基站一般設(shè)置在具有光纖通信資源的節(jié)點(diǎn)，在本節(jié)點(diǎn)完成從無(wú)線到有線的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理層包括LTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)，一般設(shè)置在調(diào)度中心所在，由統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行集中的維護(hù)，減少管理系統(tǒng)分散帶來(lái)的麻煩。

5.結(jié)語(yǔ)

LTE技術(shù)為智能配電網(wǎng)的建設(shè)提供了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠的一體化電力專網(wǎng)信息通信平臺(tái)。具有覆蓋廣、建網(wǎng)快、帶寬高的特點(diǎn)，最大程度的節(jié)省了電網(wǎng)公司建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)成本，避免了采用公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)租賃費(fèi)用的同時(shí)，大大提升了網(wǎng)絡(luò)安全可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]辛培哲.智能配電網(wǎng)通信技術(shù)研究及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2010（31）：217.

[2]秦立軍，馬其燕.智能配電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社.

[3]王映民，孫韶輝.TD-LTE 技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社.

[4]趙訓(xùn)威.3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)[M].人民郵電出版社.

[5]朱長(zhǎng)國(guó).TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國(guó)新通信，2013：27.

[6]劉鵬.TD-LTE在南網(wǎng)智能配用電通信示范區(qū)應(yīng)用[J].電力學(xué)報(bào)，2013：324-327.