無線專網(wǎng)在配電通信網(wǎng)中的應(yīng)用

阮筠萃， 楊 言， 王海燕， 候婧媖， 蔣 琳

（國網(wǎng)長沙供電公司， 湖南 長沙 410015）

引言

隨著電網(wǎng)智能化程度不斷深入，生產(chǎn)經(jīng)營管理集約化、精益化水平不斷提升，對配用電網(wǎng)側(cè)的用電服務(wù)的安全性、便捷性、靈活性等提出了新的要求，同時(shí)業(yè)務(wù)也趨于多樣化、智能化、個(gè)性化發(fā)展。為加強(qiáng)配電通信網(wǎng)建設(shè)，滿足配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)需求，結(jié)合終端接入網(wǎng)覆蓋及接入特點(diǎn)，長沙公司將無線專網(wǎng)技術(shù)融入配電通信網(wǎng)建設(shè)中。

1 配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)需求分析

1.1 主要業(yè)務(wù)承載方式需求

配電自動(dòng)化：根據(jù)國家電網(wǎng)公司對于配電通信網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)規(guī)定，三遙終端宜主要采用光纖通信，對于光纖通信無法覆蓋的最后“一公里”，可以采用無線方式，對于配電終端的控制功能嚴(yán)禁使用公網(wǎng)傳輸。同時(shí)需實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化站點(diǎn)的信號覆蓋，從而完善三遙能力，縮短停電時(shí)間，提升供電服務(wù)質(zhì)量。

精準(zhǔn)負(fù)荷控制：要求毫秒級控制，采用專用通道，下行無線通道時(shí)延小于50 ms，禁止使用無線公網(wǎng)承載控制功能。

其他業(yè)務(wù)：對于目前用公網(wǎng)承載的用采業(yè)務(wù)，可對專網(wǎng)規(guī)劃覆蓋區(qū)域內(nèi)的終端進(jìn)行改造或更換，逐步轉(zhuǎn)移到專網(wǎng)上承載；對于巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控等高帶寬業(yè)務(wù)，先期可考慮試點(diǎn)，待試點(diǎn)成熟后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)容量條件再規(guī)模應(yīng)用。

1.2 通信業(yè)務(wù)帶寬需求

按照長沙電網(wǎng)“十三五”配電網(wǎng)規(guī)劃，至2020年終端接入網(wǎng)的各類業(yè)務(wù)及帶寬需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 2020年通信業(yè)務(wù)帶寬預(yù)測統(tǒng)計(jì)表

2 無線專網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 用于配電自動(dòng)化的1.8 GHz McWill

2012年長沙公司無線專網(wǎng)采用McWill設(shè)備組網(wǎng)，工作頻段為1.8 GHz。在4個(gè)220 kV變電站建設(shè)了4個(gè)基站，在線運(yùn)行無線終端計(jì)67個(gè)。因受天線掛高、天線下傾角、發(fā)射功率和無線環(huán)境等多種條件影響，無線終端在線率達(dá)不到國網(wǎng)公司要求的85%，自2015年開始逐步改為專用光纖或無線公網(wǎng)。

2.2 用于用電信息采集的1.8 GHz LTE

為推進(jìn)縣域電力通信網(wǎng)建設(shè)，為農(nóng)配網(wǎng)自動(dòng)化、智能化建設(shè)提供通信基礎(chǔ)保障，長沙公司建設(shè)長沙縣域電力通信無線專網(wǎng)工程，并試點(diǎn)應(yīng)用智能配電臺(tái)區(qū)建設(shè)和用電信息采集。工程遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)基站17個(gè)，一期建設(shè)基站5個(gè)，設(shè)長沙縣公司中心站、3個(gè)變電站、5個(gè)供電所的終端用戶；同步建設(shè)核心網(wǎng)，配套建設(shè)智能臺(tái)區(qū)10個(gè)和智能表計(jì)終端398個(gè)（將其GPRS模塊替換為LTE無線終端模塊）。2013年9月底，專網(wǎng)建設(shè)及調(diào)優(yōu)完成，并出具了最終的路測報(bào)告。測試結(jié)果顯示覆蓋范圍比設(shè)計(jì)范圍大幅度縮小，現(xiàn)場實(shí)測覆蓋半徑最小0.82 km最大也僅為3.85 km，遠(yuǎn)未達(dá)到原設(shè)計(jì)覆蓋半徑5.71 km要求。最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案確定的398個(gè)采集無線終端僅可覆蓋76個(gè)，10個(gè)臺(tái)區(qū)無線終端覆蓋4個(gè)，由于覆蓋范圍內(nèi)的76臺(tái)集中器中有部分不支持1.8 G模塊，最終僅有28臺(tái)集中器可接入。

3 230 MHz LTE無線專網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)適用性分析

LTE230無線專網(wǎng)技術(shù)即基于TD-LTE技術(shù)，并采用230 MHz。該技術(shù)經(jīng)國家無線電委員會(huì)允許，其頻率左右范圍內(nèi)的10個(gè)單工頻點(diǎn)和15對雙工頻點(diǎn)可以用于電力行業(yè)的無線專網(wǎng)建設(shè)[1]。LTE230采用了載波聚合、頻譜感知、TDD雙工、OFDM（正交頻分復(fù)用）、自適應(yīng)調(diào)制、解調(diào)和編碼等技術(shù)，具有覆蓋面廣、傳輸帶寬大、傳輸效率高、終端接入靈活、安全性高和建設(shè)成本低等特點(diǎn)。因此，將LTE230用于配電通信網(wǎng)建設(shè)是很合適的。

LTE230無線專網(wǎng)技術(shù)可以提供廣泛接入點(diǎn)，且較大的傳輸容量。LTE230的載波聚合技術(shù)，可以將離散頻點(diǎn)的載波聚合起來，再集中發(fā)送，從而使得傳輸帶寬擴(kuò)大了好幾倍，形成了寬帶傳輸。而配電通信網(wǎng)的終端具有分布廣、數(shù)量大的特點(diǎn)，對于網(wǎng)絡(luò)容量的需求大。因此LTE230是非常適用于配電通信網(wǎng)的無線專網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)廣量的無線終端接入。并且，隨著230 MHz技術(shù)的不斷演進(jìn)，未來網(wǎng)絡(luò)升級潛力巨大。

LTE230無線專網(wǎng)技術(shù)可以提供高安全性的網(wǎng)絡(luò)。基于電力行業(yè)的特殊性，配電通信網(wǎng)不同于公網(wǎng)，具有較高的安全性要求，而且對網(wǎng)絡(luò)各層級都有高度的安全需求。LTE230采用了TD-LTE技術(shù)的核心加密算法以及加密認(rèn)證，采用多層安全機(jī)制，即在終端和接入基站之間組建第一安全層，在基站和核心設(shè)備之間組建第二安全層，多層信令加密與鑒權(quán)，從而保證了LTE230無線專網(wǎng)的安全性。同時(shí)，也滿足了配電通信網(wǎng)對于安全性的需求。

LTE230無線專網(wǎng)技術(shù)可以提供靈活的業(yè)務(wù)應(yīng)用。從上頁表1可以看出，配電通信網(wǎng)主要承載著的配電自動(dòng)化、用電信息采集、視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)有著上行帶寬高、終端位置固定的特點(diǎn)。LTE230采用頻譜感知技術(shù)，對于空閑頻譜充分利用，且在授權(quán)頻譜工作時(shí)，進(jìn)行沖突避讓，這就實(shí)現(xiàn)了上行帶寬的靈活調(diào)整、業(yè)務(wù)等級質(zhì)量保障等，這一特點(diǎn)對配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)具有很高的適用性。

4 結(jié)語

針對當(dāng)前配電通信網(wǎng)承載及覆蓋等需求來看，230MHzLTE無線專網(wǎng)無疑是最適合的技術(shù)。230 MHz無線專網(wǎng)在配電通信網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，將對終端接入網(wǎng)的在線率、安全可靠性等指標(biāo)帶來大幅提升。