TD－LTE 1.8GHz無線寬帶網(wǎng)絡(luò)助力智慧電網(wǎng)建設(shè)

孫 靜 李青昱 陸 旭 鄒 愚

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引言

智慧電網(wǎng)需要對發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等多個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)行智能化提升，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化，而這些都需要以高速穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。此外，為了更好的保障相關(guān)業(yè)務(wù)的開展，以及考慮到電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，需要選擇成熟、合理的通信技術(shù)搭建電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，以支持智慧電網(wǎng)中不同類型業(yè)務(wù)的接入，穩(wěn)定的進(jìn)行各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸。所以，通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是整個(gè)智慧電網(wǎng)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)[1]。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)都采用專網(wǎng)的方式進(jìn)行建設(shè)，即鋪設(shè)光纜形成專用的通信網(wǎng)絡(luò)，這種方式投資巨大，搭建的時(shí)間周期較長且難度較高，適合于固定地點(diǎn)的大量數(shù)據(jù)傳輸。但電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備及工作環(huán)境地點(diǎn)具有數(shù)量巨大、分布范圍廣泛的特點(diǎn)，固定光纖網(wǎng)絡(luò)難以全面覆蓋。因此，利用TD－LTE等無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)建設(shè)電力無線專網(wǎng)，作為光纖網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充，正在成為電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的主流建設(shè)方式，從而可以更加容易的實(shí)現(xiàn)廣闊的覆蓋范圍，并能夠支撐更多的寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求[2，3]。

寬帶無線專網(wǎng)在交通運(yùn)輸、港口、環(huán)境、能源等行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用，提升了安全應(yīng)急管理、智慧調(diào)度等工作的效率。而且國家也出臺(tái)了相應(yīng)的指導(dǎo)文件——《工業(yè)和信息化部關(guān)于重新發(fā)布1785～1805MHz頻段無線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知》(工信部無[2015]5號(hào))，明確各行業(yè)可以使用1.8GHz專用頻段。在電力行業(yè)中，輸變電自動(dòng)化、輸變電設(shè)備在線監(jiān)測、輸變電巡檢、應(yīng)急調(diào)度音視頻傳輸、用戶用電采集等業(yè)務(wù)都需要寬帶無線專網(wǎng)[4]，從而可以實(shí)現(xiàn)高安全、高速度、高可靠和低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。而且隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，以及電網(wǎng)業(yè)務(wù)量的增加，具有自主產(chǎn)權(quán)的寬帶TD－LTE技術(shù)逐漸成為構(gòu)建電力無線寬帶專網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)。

1 TD－LTE 1.8G無線專網(wǎng)的優(yōu)勢

(1)TD－LTE是由中國主導(dǎo)的第四代移動(dòng)通訊系統(tǒng)(4G)的國際標(biāo)準(zhǔn)之一，包含了大量中國自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。TD－LET標(biāo)準(zhǔn)中有著完善的安全防護(hù)技術(shù)，除了傳統(tǒng)的安全防護(hù)技術(shù)外，其還在網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)、QoS自適應(yīng)保障、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密鑒權(quán)進(jìn)行了更多的提升，防止黑客的入侵及信息泄露。這些技術(shù)為電力專網(wǎng)的安全提供了更加堅(jiān)實(shí)的保障，非常適合于電力這種對安全有著極高要求的行業(yè)[5]。(2)電網(wǎng)中存在非常大量的終端設(shè)備，分布也十分廣泛，傳統(tǒng)的GPRS、CDMA、230MHz等無線網(wǎng)絡(luò)難以滿足如此多的設(shè)備共同接入無線網(wǎng)絡(luò)[6]。相對于系統(tǒng)容量較大的HSPA＋技術(shù)，TD－LTE的網(wǎng)絡(luò)容量是其5－10倍，而且在構(gòu)建基于TD－LTE的無線寬帶專網(wǎng)時(shí)，無需過多考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、安裝位置、設(shè)備布線等，可以方便、靈活、快速的部署接入點(diǎn)。(3)TD－LTE具有高速率、大帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)，能夠滿足電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、音視頻調(diào)度等業(yè)務(wù)需求，其單用戶下行100 M、上行50M的高速率，5ms的延時(shí)非常適合于視頻、語音信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸。并且TD－LTE可以對不同的業(yè)務(wù)按照不同的質(zhì)量等級進(jìn)行保障，可以更好的保障不同類型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。(4)TDLTE 1.8G在國家政策的支持下，其頻段申請過程相對容易，僅需向地方無委會(huì)申請即可。另外，TD－LTE相比其他無線寬帶技術(shù)，在頻率、頻帶寬度等方面的使用更為靈活，頻率資源的利用率也更高。

2 TD－LTE寬帶無線專網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

基于TD－LTE技術(shù)的寬帶無線專網(wǎng)首先應(yīng)滿足終端業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸要求，即提供安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通路；其次還應(yīng)滿足大量的終端設(shè)備同時(shí)接入無線寬帶網(wǎng)絡(luò)；此外還應(yīng)該提供終端設(shè)備、無線基站和核心網(wǎng)絡(luò)的配置與管理功能，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 TD－LTE寬帶無線專網(wǎng)架構(gòu)圖

在TD－LTE電力無線寬帶專網(wǎng)中，主要包括:(1)無線終端:連接業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和無線基站；(2)無線基站:在無線基站的覆蓋范圍內(nèi)，使無線終端可以接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；(3)核心網(wǎng):負(fù)責(zé)終端的接入認(rèn)證、終端的IP分配、移動(dòng)性管理等，并實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的對接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?4)網(wǎng)管系統(tǒng):負(fù)責(zé)無線寬帶網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控、運(yùn)維等。

同時(shí)，為了提高TD－LTE無線寬帶專網(wǎng)資源的利用率，可以將無線基站設(shè)置為共享模式，使一個(gè)無線基站接入多個(gè)核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，通過分析無線終端的接入信令選擇合適的核心網(wǎng)元，為多個(gè)核心網(wǎng)提供服務(wù)。

3 TD－LTE寬帶專網(wǎng)系統(tǒng)在智慧電網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 變電業(yè)務(wù)自動(dòng)化 變電業(yè)務(wù)自動(dòng)化基于對各變電設(shè)備信息的采集，如采集各類開關(guān)、變壓器、逆變器的運(yùn)行狀態(tài)信息，而這類信息的采集通常采用無線傳感設(shè)備，然后將采集到信息通過TD－LTE 1.8G無線專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。后端系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，并與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)對變電系統(tǒng)的監(jiān)測、控制，以及對變電站內(nèi)設(shè)備的輔助科學(xué)管理。

3.2 輸電線路網(wǎng)格化視頻監(jiān)控 輸電線路沿線部署了眾多的視頻監(jiān)控設(shè)備，通常都是通過公共的4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TD－LTE寬帶專網(wǎng)則可以支撐輸電線路沿線監(jiān)控設(shè)備的接入，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)控，使監(jiān)控設(shè)備直接與視頻平臺(tái)及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)互通。同時(shí)，在TD－LTE寬帶專網(wǎng)的支持下，可以接入更多的監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對輸電線路全線的網(wǎng)格化監(jiān)控，將輸電線路的情況通過視頻方式實(shí)時(shí)回傳或存儲(chǔ)至視頻平臺(tái)。此外，還可以將實(shí)時(shí)回傳的視頻提供給智能分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對輸電線路異常情況的實(shí)時(shí)分析和報(bào)警。

3.3 電網(wǎng)單兵作業(yè)無線通信 電網(wǎng)單兵作業(yè)終端設(shè)備利用TD－LTE 1.8G無線專網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，用于支撐語音調(diào)度、視頻回傳、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)錄入、人員定位為一體的綜合智能巡檢業(yè)務(wù)。同時(shí)，還可以很好的支撐應(yīng)急單兵搶修等智能巡檢管理業(yè)務(wù)。

3.4 電網(wǎng)安全應(yīng)急處理 電網(wǎng)安全應(yīng)急處理系統(tǒng)包括應(yīng)急指揮車和調(diào)度中心。應(yīng)急指揮車配備高清的監(jiān)控?cái)z像機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備，將攝像機(jī)拍攝的現(xiàn)場視頻存在在車內(nèi)的存儲(chǔ)設(shè)備里，并通過1.8G車載終端設(shè)備將視頻傳回調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，應(yīng)急指揮車還配備車內(nèi)會(huì)議系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與1.8G車載終端連接，實(shí)現(xiàn)和調(diào)度中心會(huì)議系統(tǒng)的音視頻傳輸。調(diào)度中心側(cè)，由于遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)z像機(jī)、會(huì)議設(shè)備等均已接入TDLTE無線專網(wǎng)，調(diào)度員可以在調(diào)度中心直接對前端設(shè)備和人員進(jìn)行調(diào)度操作。

當(dāng)電網(wǎng)有突發(fā)事件出現(xiàn)后，應(yīng)急處理人員隨同應(yīng)急指揮車快速到達(dá)事件現(xiàn)場，指揮車作為現(xiàn)場臨時(shí)指揮所，利用車載監(jiān)控?cái)z像機(jī)或單兵手持終端，通過TD－LTE無線專網(wǎng)將現(xiàn)場視頻實(shí)時(shí)傳輸至指揮中心，同時(shí)還傳遞語音和其他數(shù)據(jù)信息。指揮中心根據(jù)現(xiàn)場傳回的數(shù)據(jù)，使用會(huì)議系統(tǒng)語音調(diào)度進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮，并進(jìn)行持續(xù)跟蹤。

4 結(jié)語

本文在梳理智慧電網(wǎng)無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求的基礎(chǔ)上，從網(wǎng)絡(luò)安全、終端設(shè)備容量、網(wǎng)絡(luò)帶寬等方面分析了TD－LTE無線寬帶專網(wǎng)的優(yōu)勢，給出了TD－LTE寬帶無線專網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)。在此架構(gòu)上，分析了TD－LTE寬帶無線專網(wǎng)在智慧電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用方式。隨著智慧電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步深化，TD－LTE 1.8GHz無線寬帶專網(wǎng)將會(huì)發(fā)揮更加重要的作用，助推電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)快速實(shí)現(xiàn)。