配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)建設(shè)分析

李惠庸

摘要：配電自動化系統(tǒng)是推動電網(wǎng)運行水平提升的重要系統(tǒng)，同時也是促進電網(wǎng)自動化、智能化發(fā)展的關(guān)鍵。不過傳統(tǒng)有線通信方案難以完全滿足配網(wǎng)發(fā)展需求，在很大程度上阻礙了配電自動化系統(tǒng)高效運行，需要運用無線專網(wǎng)技術(shù)解決這一問題。本文將簡單介紹配電自動化系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，分析無線專網(wǎng)通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用意義與可行性，并就相應(yīng)的無線專網(wǎng)建設(shè)方案展開探討。

關(guān)鍵詞：配電自動化系統(tǒng);無線專網(wǎng);建設(shè)

隨著現(xiàn)代電力事業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模逐漸擴大，電網(wǎng)有線通信方式已經(jīng)難以解決配網(wǎng)點多面廣的通信問題，在很大程度上影響了配電自動化系統(tǒng)的高效運行，需要積極采取合理措施加以改善。其中無線專網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠充分滿足配網(wǎng)通信需求，為配電自動化系統(tǒng)化的穩(wěn)定運行乃至智能化發(fā)展提供有力支持，具有巨大應(yīng)用價值。

一、配電自動化系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

配電自動化系統(tǒng)的作用在于對配電網(wǎng)進行自動化的運行監(jiān)測與控制，從而保障配電網(wǎng)運行安全及穩(wěn)定。該系統(tǒng)的通信功能使得運維人員能夠通過終端迅速、直觀地掌握配電網(wǎng)運行信息，從而了解電網(wǎng)運行狀況，更能實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行異常的自動化控制，確保電網(wǎng)正常運行。配電自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)包括配電通信主站、子站、通道及終端，當前主要采取有限通信模式。不過在我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大的情況下，配電終端數(shù)量大幅增加，有線通信已經(jīng)很難滿足配電網(wǎng)發(fā)展需求，也在一定程度上阻礙了配電自動化系統(tǒng)運行水平的提升。這是因為電網(wǎng)規(guī)模擴大使得通信傳輸信息量大幅增加，以自建或租用光纖的方式難以從根本上解決不斷增加的信息量問題。同時自建光纖成本較高，而租用光纖會導致配電線路監(jiān)控點的通信受影響，無法保障配電調(diào)度及管理的有效、可靠。因此在近年來，配電自動化系統(tǒng)通信方案的相關(guān)研究與實踐越來越受重視，其中無線專網(wǎng)技術(shù)被視作改變現(xiàn)狀的關(guān)鍵技術(shù)。

二、無線專網(wǎng)通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用意義與可行性

（一）應(yīng)用意義

無線專網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決配網(wǎng)點多面廣的通信問題，同時其建設(shè)成本也較自建光纖方式更低，故而能夠有效推動配電自動化系統(tǒng)高效運行，保障配電網(wǎng)運行安全及穩(wěn)定，實現(xiàn)自動化、智能化監(jiān)測與控制。當前能夠應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)的無線專網(wǎng)通信技術(shù)主要包括4G寬帶LTE技術(shù)、230M無線電臺技術(shù)、Mobitex技術(shù)等。以4G寬帶LTE技術(shù)為例，該技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用廣泛包含正交頻分復用技術(shù)、多輸入多輸出技術(shù)等，這些技術(shù)可以顯著提升通信數(shù)據(jù)吞吐率，從而解決電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大而帶來的通信數(shù)據(jù)容量增大問題。與此同時，4G寬帶LTE技術(shù)的應(yīng)用能夠提升通信速率、節(jié)約寬帶資源、支持分雙工模式等，有利于配電網(wǎng)智能業(yè)務(wù)的發(fā)展。由于4G寬帶LTE技術(shù)是以扁平化組網(wǎng)模式應(yīng)用，能夠輕松實現(xiàn)網(wǎng)元層次的減少，從而促進通信數(shù)據(jù)傳輸效率提高，進而為自動化配電網(wǎng)絡(luò)模式以及應(yīng)急通信模式的協(xié)調(diào)提供支持，促進配電網(wǎng)智能化發(fā)展。

（二）可行性

無線專網(wǎng)通信技術(shù)在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用具有極高的可行性，并且表現(xiàn)在技術(shù)與政策兩方面。從技術(shù)層面來看，4G寬帶LTE技術(shù)可支持的在線終端數(shù)量大，同時上、下行峰值吞吐量大，通信傳輸速率快，天線間耦合干擾小，覆蓋面積大，完全符合配電網(wǎng)通信需求。而且從4G通信頻段中劃分出部分頻段作為專用無線通信頻段，能夠進一步強化專網(wǎng)系統(tǒng)性能，為配電自動化系統(tǒng)的高效運行提供有力支持。從政策層面來看，國家已經(jīng)明確規(guī)定將部分頻段的離散頻點用于電力負荷監(jiān)控系統(tǒng)，支持電力企業(yè)更好地開展遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，其中4G寬帶專網(wǎng)頻段則包括1.4G和1.8G頻段。

三、配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)建設(shè)方案

（一）組網(wǎng)架構(gòu)

配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)包括核心網(wǎng)及接入網(wǎng)兩部分。核心網(wǎng)主要用于控制信令以及處理通道傳輸數(shù)據(jù)源與信息，并且可以按照功能劃分包含移動管理實體、服務(wù)網(wǎng)管等設(shè)備;接入網(wǎng)則是核心網(wǎng)與終端之間的通信網(wǎng)絡(luò)，是連接用戶與核心網(wǎng)的基礎(chǔ)。由于4G寬帶LTE技術(shù)的應(yīng)用采取的是扁平架構(gòu)，這將使得接入網(wǎng)網(wǎng)元層次減少，相應(yīng)的層次間數(shù)據(jù)傳遞時間會有所延長，進而滿足配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)高傳輸效率以及低時延的要求。

在配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)中，通信終端與配用電業(yè)務(wù)終端之間的連接是依靠以太網(wǎng)口而實現(xiàn)的，這將有效實現(xiàn)業(yè)務(wù)終端數(shù)據(jù)到基站的穩(wěn)定傳輸，同時在空中接口協(xié)議的處理下將數(shù)據(jù)再傳輸回業(yè)務(wù)終端。通信終端中包含USIM，能夠存儲并保障用戶號碼、根密匙等信息的安全，從而保障整個配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)的安全及穩(wěn)定。為了有效保障無線專網(wǎng)覆蓋范圍，通常需要將射頻遠端單元設(shè)置在開闊位置，以免信號受阻。配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)基站中設(shè)置有基帶處理單元，其一般位于操作機房內(nèi)部，并且依靠以太網(wǎng)口和MSTP設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，從而確?；究刂瓶湛跀?shù)據(jù)傳輸、分配信道資源等功能的有效實現(xiàn)，進一步保障專網(wǎng)通信穩(wěn)定性與可靠性。核心網(wǎng)終端及基站之間的連接通信并不依靠以太網(wǎng)口，而是采用Uu接口方案，基站和基站之間則是采用X2接口方案，這樣就能利用多個設(shè)備共同組成傳輸網(wǎng)，并通過S11、S5等標準接口實現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸。

由于配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)業(yè)務(wù)類型較廣，通常需要使用不同寬帶契合不同頻段基站需求，從而保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定開展。當前配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)業(yè)務(wù)主要包括“三遙”、“二遙”與“一遙”三種，對應(yīng)的遙測、遙信和遙控，不同配電網(wǎng)存在一定差異。以變電站為例，當前110kV變電站通常配備有200以下的10kV節(jié)點設(shè)備，這些設(shè)備的寬帶需求不盡相同，不過主要集中在1～5kibt/s范圍內(nèi)。因此在該業(yè)務(wù)中一般需要給110kV變電站覆蓋范圍提供1Mbit/s的通信帶寬，滿足遙測業(yè)務(wù)需求。但是由于110kV變電站需要配備大量計量自動化節(jié)點，數(shù)量通常在600以上，而且節(jié)點傳輸周期約為15min，故而需要配備31Mbit/s左右的通信帶寬?？梢灶A(yù)見的是，隨著配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，遙測、遙信與遙控功能越來越完善，相應(yīng)的通信帶寬要求會更加規(guī)范和嚴格。而對配電自動化系統(tǒng)的移動寬帶辦公業(yè)務(wù)而言，遙信、遙測、遙控、負荷管理、配變監(jiān)測、低壓集抄等業(yè)務(wù)帶寬要求實際較低，對帶寬要求大的業(yè)務(wù)主要是視頻監(jiān)控以及移動辦公。

（二）組網(wǎng)方案

配電自動化系統(tǒng)4G寬帶LTE無線專網(wǎng)組網(wǎng)建設(shè)方案的組網(wǎng)架構(gòu)不但可以分為核心網(wǎng)與接入網(wǎng)兩部分，還可以被分為四個層次，由業(yè)務(wù)系統(tǒng)主站到用戶終端依次為業(yè)務(wù)層、安全接入層、LTE接入層以及終端層。其中業(yè)務(wù)層的設(shè)備是業(yè)務(wù)系統(tǒng)自備設(shè)備，在建設(shè)無線專網(wǎng)時一般不考慮。安全接入層設(shè)備則主要包含正反向隔離裝置、前置雙向驗證裝置及安全接入裝置三部分，通常設(shè)置部署于業(yè)務(wù)層設(shè)備附近，起到保護后者的作用。LTE接入層設(shè)備則主要有核心網(wǎng)、核心路由器、LTE回傳光網(wǎng)絡(luò)及基站設(shè)備等。其中核心路由器必須在部署好核心網(wǎng)之后在進行設(shè)置安裝，這將保障各業(yè)務(wù)VPN得以有效分離，確保各業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠獨自運行。該層通信采取SDH獨立通道方案，從而實現(xiàn)低時延，滿足通信要求。終端層設(shè)備同樣由業(yè)務(wù)系統(tǒng)自備，在建設(shè)無線專網(wǎng)時無需過多考慮，主要包括手機、平板、網(wǎng)卡、CPE等。

結(jié)束語：

傳統(tǒng)有線通信模式已經(jīng)難以滿足配電網(wǎng)自動系統(tǒng)發(fā)展需求，無法為規(guī)模不斷擴大、通信要求不斷提升的配電網(wǎng)提供有力支持。因此在近年來，無線通信技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用受到了高度重視，以4G寬帶LTE技術(shù)為代表的無線通信技術(shù)正在推進配電自動化系統(tǒng)無線專網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，加強組網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，科學制定組網(wǎng)建設(shè)方案，建設(shè)符合配網(wǎng)發(fā)展需求的無線專網(wǎng)，能夠進一步保障配網(wǎng)穩(wěn)定運行和發(fā)展。

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