LTE230MHz无线专网系统应用俞红生

LTE230MHz无线专网系统应用俞红生

俞红生何宇吴笑

（国网浙江省电力公司宁波供电公司浙江宁波）

摘要：电力无线专网系统具备电力业务所需的广覆盖、大容量、高可靠、高速率、实时性强、安全性强、频谱适应性强、灵活易扩展等特性，可以广泛的适用于电力配用电业务数据的承载,为配电自动化、用电信息采集、配变监测、分布式电源、电动汽车充电桩、负荷控制、应急通信、智能台区等各类业务提供完善的无线通信解决方案。本文重点阐述了LTE230MHz无线专网系统在电力各类业务中的应用。

关键词：230MHz；无线专网；配电自动化；用电信息采集；分布式电源；应急通信

智能电网的发展是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上的，电力通信系统是统一坚强智能电网建设的基础支撑平台，是统一坚强智能电网各种管理和控制信息实时双向交互的传输平台。电力通信网在电力输送段已经具有专用的光纤通信网络作为主干网络，但在配电段受限实际环境、光纤施工难度大、有线传输局限性、新型电力业务对通信方式要求，配电侧的通信发展还处于发展阶段，急需建立一种安全、可靠、稳定、方便快捷的电力专网通信网络，用以支撑日益发展的智能电网业务。

一、无线专网系统的组成

LTE230电力无线宽带通信系统是为满足智能配用电网业务通信需求而定制开发的无线通信系统。该系统从智能配用电网的业务特点出发，基于电网现有的230MHz离散频点，采用先进的TD-LTE4G技术以及特有的载波聚合技术研制。系统可以广泛的适用于电力配用电业务数据的承载,为配电自动化、用电信息采集、配变监测、分布式电源、电动汽车充电桩、负荷控制、应急通信、智能台区等各类业务提供完善的无线通信解决方案。该系统的关键技术包括：

1、载波聚合技术

国家无委在1991年发文，对230MHz频段的使用按照25KHz作为一个频点进行了分配。文中，给电力、气象、水利等8个部委分配了共计100多个频点，这些频点是可在全国范围内使用的。另外，还有近百频点，由地方无委进行分配使用。其中分配给电力使用的专用授权频点有40个，共计1MHz带宽。

230MHz频段系统资源呈无规则、梳状结构，频点分布离散，传统的模拟数传电台仅能采用一个频点进行数据传输，带宽受限导致系统性能难以满足日益增长的电力系统高速无线通信的需求。在230MHz频谱规划中，无线信道分配的带宽通常比较窄，而且相邻信道之间还要保留一定的间隔。与大带宽连续频谱分配相比，这种离散的窄带频谱很难进行高速率的数据传输。为此，LTE230系统采用载波聚合技术来解决频带资源受限的问题。

图31230MHz频点分布图

载波聚合技术适合解决离散频谱情况下的高速数据传输，可以将每个离散的信道看做一个成员载波，将不连续分配的成员载波进行聚合，并统一分配给一个用户使用，这样可以产生大于原来窄带系统几倍的传输带宽，从而达到宽带传输的效果。

2、频谱感知技术

即使邻道有强干扰源，LTE230系统也可利用频谱感知技术测量发现该干扰，并借助载波聚合技术对离散频率资源的聚合能力，将其他未受强干扰的离散频点进行动态、灵活的组合利用，提升了LTE230系统的抗干扰能力，从而实现了与数传电台的共存，保证了系统可靠稳定的运行。频谱感知技术中，基站感知上行信道是否有干扰，终端感知下行信道是否有干扰。当感知到有其他系统干扰的时候采取避让策略，让其他系统优先传输。LTE230系统周期性进行频谱感知，当检测到干扰消除后，则恢复工作。综上所述，LTE230系统采用了频谱感知技术，能对强干扰进行发现和规避，保证了LTE230系统与其他无线通信系统的共存使用。

LTE230目前在国家电网、南方电网、石油等行业中建设了多张无线专网。相关标准也在逐步制定中。

二、LTE230MHz无线专网系统的应用

1、配电自动化

配电自动化系统以一次网架和设备为基础，综合利用计算机、信息及通信等技术，并通过与相关应用系统的信息集成，实现对配电网的监测、控制和快速故障隔离。配电自动化系统是实现配电网运行监视和控制的自动化系统，具备配电SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)、馈线自动化、故障处理、分析应用及与相关应用系统互连等功能。

配电自动化系统由配电自动化系统主站、配电自动化系统子站、信息交换总线、配电自动化终端等组成。配电自动化系统主站（即配电网调度控制系统，简称配电主站），主要实现配电网数据采集与监控等基本功能和分析应用等扩展功能，为配网调度和配电生产服务。配电自动化系统子站（简称配电子站），是配电主站与配电终端之间的中间层，实现所辖范围内的信息汇集、处理、通信监视等功能。信息交换总线（IEB,InformationExchangeBus），遵循IEC61968标准、基于消息机制的中间件平台，支持安全跨区信息传输和服务。配电自动化终端（简称配电终端）是安装在配电网的各类远方监测、控制单元的总称，完成数据采集、控制、通信等功能。

配电自动化业务主要包括环网柜DTU（三遥）；配电自动化终端和主站的通信采用104或101规约，采集6类数据，实现了电能召唤、时间同步、遥测、遥信和遥控等功能。

基于LTE230无线通信系统的电力终端通信接入网采用一点对多点的星型结构、蜂窝式组网实现区域性面状覆盖，非常便于集中分布、或者离散分布的配电终端通信接入。LTE230无线专网通信由国网公司依据需求自行建设，采用私有协议规避电力数据被非法窃取风险，为了保障无线信息的安全性，无线专网系统采用“终端-基站-核心网”三层加密方式和双向鉴权保障业务信息和控制信息的安全性，同时采用复杂度较高的可信协议、接入层安全和非接入层层独立生成密钥、IPsec隧道模式等方式对传输信息进行加密处理。

2、用电信息采集

用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。国内用电信息采集发展于20世纪80年代末，随着计算机通信技术与自动化技术的不断进步、电力营销与管理要求的不断提高，在2005年公司启动营销现代化建设后，用电信息采集行业进入高速发展阶段。2010年11月，国家发改委、电监会、能源局等六部委联合印发《电力需求侧管理办法》，要求实现用电“全覆盖、全采集、全费控”。“十一五”期间，公司对用电信息采集系统的投资不足70亿元，而在“十二五”期间，公司对用电信息采集系统的投资超过500亿元。

LTE230电力无线专网系统对用用电信息采集系统的不同业务终端提供不同的通信终端模块，通信模块遵守国网标准的形态、接口和协议规范，可以内嵌入电力业务终端使用

支持费控功能的用电信息采集需支持电能数据、电压数据、电流数据、负荷数据、需量数据、购电、费控、负荷管理相关数据的上报。

3、配变监测

配电设备/环境状态监测面向配电状态检修业务，状态监测作为技术手段，主要包括站房（环网柜、配电室等）测温、带电检测等，以及少量的配电线路状态监测。

4、分布式电源

分布式电源是指在用户所在场地或附近建设安装，运行方式以用户端自发自用为主，多余电量上网，且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。分布式电源类型包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电（含煤矿瓦斯发电）等。

分布式电源监控系统是实现分布式电源运行监视和控制的自动化系统，具备数据采集和处理、有功功率调节、电压无功功率控制、孤岛检测、调度与协调控制及与相关业务系统互联等功能，主要由分布式电源监控主站、分布式电源监控子站、分布式电源监控终端和通信系统等部分组成。

据调研，目前各地市基本未采用分布式电源监控子站的形式。分布式电源监控终端直接与主站通信。已经部署配电自动化系统的地市公司，大多数通过对配电自动化系统改造，使分布式电源监控系统作为一个功能模块集成在配电自动化系统，实现分布式电源并网接入。也有部分地市公司部署独立的分布式电源监控系统。

对于分布式发电，其关键就是需要对处于电力系统管理边缘的大量分布式能源进行控制和管理，并防止其并网或脱网时对电力大网造成电压波动。采用新型230MHz电力无线宽带通信系统的双向无线高速通道，电网中央控制平台能够在很短时间内通过与网关智能电表的数据双向交互，传输速度在毫秒级，实时控制分布式发电系统状态和操作。

目前，35/10kV分布式电源主要采集电能质量采集、测控、关口计量信息，电能质量采集、测控信息由一体化装置统一采集，关口计量信息由用电信息采集系统采集终端采集并直接与用电信息采集系统交互信息。380/220V分布式电源目前主要采集关口计量信息，直接与用电信息采集系统实现信息交互。

5、电动汽车充电桩

电动汽车充电站（桩）是指为电动汽车动力提供电能的相关设施的总称，一般包括各种集中充电站、充电桩以及车联网平台等。

集中充电站：含多个充电桩以及站内视频监控，集中为电动汽车提供交流电源。

充电桩：采用传导方式为具有车载充电装置的电动汽车提供交流电源的专用供电装置。

车联网平台：为一级部署(服务器现阶段部署在上海灾备中心)，接入充电设施的位置和状态信息，通过网站和移动客户端，实现充电桩位置和状态查询、预约充电、地图导航、控制充电启停、在线充值、支付、结算等智能便捷的充电服务。

有线缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。无线方式有助于数据的安全性和网络的高可靠性，有利于设备的安全运行，所以无线通信以其独有的优势已成为电力通信网络建设的主流选择。

作为适配通信终端，LTE230系统已经具备网口、RS232串口、TTL接口、外置式、内嵌式等各类通信模块，可以适应各种业务场景。同时也具备能力针对新业务的设备要求，提供更加丰富类型的通信模块，可以满足充电桩的通信需求。

通过无线通信技术对充电基础设施的有效监管，有助于充电设施的快速建设部署，对于电动汽车的推广、普及以及电动汽车产业的发展具有重大的引导作用，对于环境保护、能源结构调整、以及社会经济发展等都具有重大意义。

6、应急通信

应急通信主要是指遇到重要活动、自然灾害或是重大事件时，造成通信中断，快速临时架设的一条无线通信链路，用以数据和视频的传输。电力视频监控主要用于电力施工现场、输电线路重点地段、应急指挥和事故处理现场、变电站等重要运营和操作场所、重大活动保电现场等。

通过宽带无线通信网对作业现场的视频/图像的传输，实现对应急抢修、检修的可视化监控。使非现场人员实时监控抢修、检修的现场情况，在必要时及时调整作业内容，提高现场作业的效率和,规范化、标准化配电网现场作业管理。

7、智能台区

智能台区建设是智能电网建设的重要部分，根据国家电网公司建设坚强智能电网总体部署，2010年国家电网公司确立了“农网智能化试点工程建设和配套关键技术研究”科技项目，农网智能配电台区关键技术研究是其四个子课题之一，同时农网智能配电台区建设也被列入国家电网公司坚强智能电网第二批试点工程项目。为了全面贯彻建设智能电网“统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进”的工作方针，提升农网智能配电台区工程建设规范化和标准化水平，满足农网智能化发展需要和客户对供电能力、供电质量和供电服务的新要求，提供供电能力和供电可靠性，提升运行管理水平和服务能力，智能台区建设已是必然趋势。

智能配电台区有主站系统软件、智能配电终端、智能配电箱、低压漏电保护器组成。

可完成高压计量监测、电能质量监测、配变保护监测、远程费控、无功补偿、用电信息采集、开关状态监测与控制、剩余电流动作保护器监测、变损线损分析数据传输。

三、结语

LTE230电力无线宽带通信系统是为满足智能配用电网业务通信需求而定制开发的无线通信系统。无线专网系统具备电力业务所需的广覆盖、大容量、高可靠、高速率、实时性强、安全性强、频谱适应性强、灵活易扩展等特性，可以广泛的适用于电力配用电业务数据的承载,为配电自动化、用电信息采集、配变监测、分布式电源、电动汽车充电桩、负荷控制、应急通信、智能台区等各类业务提供完善的无线通信解决方案。

参考文献

[1]毛永泉.基于LTE_230MHz无线专网的用电信息采集技术研究[J].供用电.2015(12):1-6.

[2]崔迎宾.用电信息采集系统230MHz无线专网问题分析及对策[J].电力信息与通信技术.2016,14(2):71-75.

作者简介

1.俞红生(1968.10-)男，汉族，浙江宁波，大学本科学历，国网浙江省电力公司宁波供电公司，高级工程师，主要从事电力通信管理、运维工作。

2.何宇（国网浙江宁波市鄞州区供电公司，浙江宁波，315100）。简介：何宇（1982.10-）：女，汉族，浙江奉化人，本科学历，国网浙江宁波市鄞州区供电公司，工程师，主要从事信息通信运维工作

3.吴笑(1980.5-)男，汉族，浙江宁波，大学本科学历，国网浙江省电力公司宁波供电公司，高级工程师，主要从事电力通信管理、运维工作。

项目名称：基于230MLTE的无线频谱感知应用研究。