基于TTD—LTE技術(shù)的配電網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)研究

王爽

摘要：對(duì)配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)要求、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、用戶終端需求的分析與研究，結(jié)合電力系統(tǒng)行業(yè)現(xiàn)有的多種通信方式，對(duì)比得出TD-LTE無(wú)線寬帶通信技術(shù)在電網(wǎng)配電網(wǎng)通信中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；配電網(wǎng)；TD-LTE；無(wú)線通信

0 引言

如今，智能電網(wǎng)已成為電網(wǎng)發(fā)展的共同趨勢(shì)。2010年3月溫家寶總理在《政府工作報(bào)告》中提出“加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)”。智能電網(wǎng)已納入《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年計(jì)劃綱要》。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)配電網(wǎng)的建設(shè)較為薄弱，與主網(wǎng)通信網(wǎng)相比，10kv及以下中低壓配電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展相對(duì)緩慢，選擇怎樣的通信技術(shù)、組網(wǎng)方式建設(shè)大規(guī)模的中低壓電力通信網(wǎng)，已成為智能電網(wǎng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

10kv及以下電網(wǎng)特點(diǎn)決定了其通信結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、分布分散、節(jié)點(diǎn)多、工作環(huán)境較差等特征，這使得選擇何種通信技術(shù)變得十分復(fù)雜，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的載波通信、GPRS/CDMA、寬帶無(wú)線接入、光纖通信技術(shù)等各種通信方式在10kV及以下電網(wǎng)的應(yīng)用均有各自不足和缺點(diǎn)。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，最新無(wú)線通信技術(shù)具有帶寬大、傳輸距離遠(yuǎn)、有非視距傳輸能力強(qiáng)、抵抗自然災(zāi)害能力強(qiáng)、不受限地面線路結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用新一代的無(wú)線通信技術(shù)建設(shè)配電網(wǎng)無(wú)線接入專網(wǎng)與有線通信技術(shù)和傳統(tǒng)公網(wǎng)通信相比有著較大的優(yōu)勢(shì)。其中分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）是如今最具代表性的無(wú)線寬帶通信技術(shù)。同時(shí)，以BSG（Beyond ThirdGeneration）、4G無(wú)線通信技術(shù)也將成為智能電網(wǎng)未來(lái)通信發(fā)展的主流方向。因此，研究TD-LTE無(wú)線專網(wǎng)在配電網(wǎng)建設(shè)中具有十分重要的意義。

1 配電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)需求分析

電網(wǎng)通信主要包含2大部分：一部分是主網(wǎng)通信網(wǎng)，包括電網(wǎng)的調(diào)度控制、管理平臺(tái)、110kv及以上高電壓等級(jí)發(fā)電輸電網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)化控制過(guò)程，通信的高帶寬、高可靠及傳輸路由的相對(duì)可控；另一部分是配網(wǎng)和用戶側(cè)通信，以中、低壓配電網(wǎng)為主，包括配變臺(tái)區(qū)、10kv配電網(wǎng)、用戶電器和電表等通信系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)配用電端的自動(dòng)化和智能化管理，提高供電可靠性、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶雙向互動(dòng)、實(shí)現(xiàn)智能用電等。

1.1 配電自動(dòng)化

配電自動(dòng)化系統(tǒng)需具備以下功能：①數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）功能；②AM/FM/GIS功能；③饋線自動(dòng)化；4、配網(wǎng)管理系統(tǒng)。配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)可劃分為“三遙（遙信、遙測(cè)和遙控）”“二遙（遙信、遙測(cè)）”“一遙（遙信）”終端到配電自動(dòng)化中心主站。

1.2 計(jì)量自動(dòng)化

計(jì)量自動(dòng)化是集成了軟件技術(shù)、數(shù)字通信技7R、電力營(yíng)銷和電能計(jì)量為一體基于用電需求的綜合性實(shí)時(shí)信息采集與分析系統(tǒng)。其功能主要是為_(kāi)了實(shí)現(xiàn)電廠=變電站的電能自動(dòng)化采集、負(fù)荷控制、負(fù)荷管理、低壓抄表、配電監(jiān)測(cè)、需求管理等業(yè)務(wù)。

2 現(xiàn)有通信技術(shù)分析

2.1 無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

無(wú)線通信技術(shù)按傳輸距離可劃分為長(zhǎng)距離無(wú)線接入技術(shù)和短距離無(wú)線接入技術(shù)。其中，長(zhǎng)距離無(wú)線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無(wú)線接入技術(shù)的代表包括：WLAN、UWB等。按照帶寬則又可分為窄帶無(wú)線接入和寬帶無(wú)線接入，其中寬帶無(wú)線接入技術(shù)的代表有3G、區(qū)域多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、TD-LTE；窄帶無(wú)線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。各種無(wú)線通信技術(shù)分類如圖1所示。

可以看出，以O(shè)FDM（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing）+MIMO（Multi-Input Multi-Output）為核心的無(wú)線通信技術(shù)將成為無(wú)線通信發(fā)展的主流方向。其中TD-LTE是一種典型采用OFDM+MIMO技術(shù)的新一代無(wú)線通信技術(shù)，同時(shí)具備多載波技術(shù)（multi-subcarrier，Ms）、載波聚合技術(shù)、多通道智能天線技術(shù)、自適應(yīng)重傳技術(shù)（Hybrid AutomaticRepeat Request，HARQ）、自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)（AdaptiveModulation and Coding，AMC）等多種先進(jìn)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線寬帶技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由TD-LTE無(wú)線接入網(wǎng)（E-UTRAN）、匯聚層和TD-LTE核心網(wǎng)（EPC）3部分組成如圖2所示。

2.2 TD-LTB的優(yōu)勢(shì)分析

TK-LTE技術(shù)能較好滿足配網(wǎng)自動(dòng)化和計(jì)量自動(dòng)化的通信需求，在應(yīng)用到電網(wǎng)配網(wǎng)無(wú)線寬帶專網(wǎng)的建設(shè)中具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）傳輸速率快，覆蓋范圍大；（2）靈活性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的多樣性；（3）擴(kuò)容便利，具有可升級(jí)性。

3 LTE230關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)技術(shù)研究

3.1 LTE230系統(tǒng)介紹

LTE230是普天信息技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)的一套適用于223235MHz頻段的行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、海量用戶、高速率傳輸、高可靠性、廣覆蓋、頻譜適應(yīng)性強(qiáng)、安全性強(qiáng)等特點(diǎn)，能滿足不同行業(yè)需求。LTE230利用載波聚合技術(shù)，將230MHz頻段離散窄帶頻點(diǎn)進(jìn)行資源整合統(tǒng)一，形成寬帶資源以滿足行業(yè)應(yīng)用需求，同時(shí)，該系統(tǒng)引入了高效編碼、高階調(diào)制等新技術(shù)，一方面提高了頻譜效率，另一方面使系統(tǒng)具有較好的解調(diào)性能，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

LTE230電力無(wú)線寬帶通信系統(tǒng)針對(duì)配用電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控測(cè)量節(jié)點(diǎn)多、地域分布廣泛、通信實(shí)時(shí)性安全性較高等特點(diǎn)，首次將第四代無(wú)線寬帶通信技術(shù)引入到電力系統(tǒng)行業(yè)，有效解決了配用電網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期不能滿足通信智能化的特殊業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)了智能配用電業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、傳輸以及安全通信等要求。其具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3p所示。

3.2 技術(shù)難點(diǎn)

（1）依據(jù)國(guó)家頻率分配政策，分配給電網(wǎng)企業(yè)的230MHz頻段是40個(gè)離散的窄帶頻段，每個(gè)頻段25kHz，如何利用LTE230載波聚合技術(shù)，利用這些頻段實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)無(wú)線專網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋是主要技術(shù)難點(diǎn)之一。

（2）電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)中不同小區(qū)之間只能采用同頻組網(wǎng)，因此如何實(shí)現(xiàn)同頻組網(wǎng)、干擾協(xié)調(diào)技術(shù)是另一技術(shù)難點(diǎn)。

（3）電力無(wú)線專網(wǎng)的建設(shè)站點(diǎn)一般智能在變電站、供電局大樓、營(yíng)業(yè)所等自由物業(yè)，受站址所限，如何提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果也是難點(diǎn)之一。

4 結(jié)語(yǔ)

文章以目前我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀為背景，著重介紹現(xiàn)有的配網(wǎng)通信技術(shù)，根據(jù)配網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，對(duì)比分析得出TD-LE技術(shù)在配網(wǎng)通信應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。最后提出并簡(jiǎn)單介紹LTE230系統(tǒng)在配網(wǎng)通信應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題及其技術(shù)難點(diǎn)。