趙敏， 馬軍偉， 雒宏禮, 吳海珍

(1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司信息通信分公司，山西 太原　030001；2.億江(北京)科技發(fā)展有限公司，北京　100176)

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無(wú)線專網(wǎng)在縣域低壓配電通信網(wǎng)中的應(yīng)用探討

趙敏1， 馬軍偉1， 雒宏禮2, 吳海珍2

(1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司信息通信分公司，山西 太原030001；2.億江(北京)科技發(fā)展有限公司，北京100176)

縣域低壓配電網(wǎng)通信是國(guó)網(wǎng)公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的重要組成部分，主要實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、語(yǔ)音服務(wù)等業(yè)務(wù)。項(xiàng)目利用高可靠，高帶寬的5.8 G無(wú)線通信專網(wǎng)方式，靈活地采用點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)縣域中低壓配電通信網(wǎng)的無(wú)線專網(wǎng)應(yīng)用。

無(wú)線專網(wǎng)； 縣域網(wǎng)絡(luò)；配電通信網(wǎng) ；可靠性；點(diǎn)到點(diǎn)；點(diǎn)到多點(diǎn)

0　引　言

縣域電力通信網(wǎng)主要面向縣級(jí)農(nóng)村電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，包括國(guó)家電網(wǎng)公司“十二五”規(guī)劃中電力通信網(wǎng)四級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的縣域部分、10 kV通信接入網(wǎng)和 0.4 kV 通信接入網(wǎng)部分，在地域上分為縣城電力通信網(wǎng)和鄉(xiāng)村電力通信網(wǎng)[1]。農(nóng)村電網(wǎng)因存在以下方面的特點(diǎn)：分布廣、負(fù)荷分散以及線路供電半徑較長(zhǎng)；農(nóng)村電網(wǎng)點(diǎn)多面廣，農(nóng)網(wǎng)末端分布的地形、地貌相對(duì)復(fù)雜，電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣；農(nóng)網(wǎng)采用架空線居多，在山區(qū)、丘陵地帶進(jìn)行農(nóng)網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)存在較大困難[2]。

1　現(xiàn)有通信網(wǎng)技術(shù)分析

光纖方式在很多方面具有優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)檗r(nóng)網(wǎng)分布廣、負(fù)荷分散以及線路供電半徑較長(zhǎng)的特點(diǎn)，在現(xiàn)有線路鋪設(shè)其他光纜會(huì)付出極高的成本代價(jià)；用戶分散對(duì)帶寬要求相對(duì)較小，鋪設(shè)光纖也造成極大的資源浪費(fèi)。運(yùn)營(yíng)商無(wú)線公網(wǎng)和租用服務(wù)商通道建立VPN網(wǎng)絡(luò)后期費(fèi)用大，尤其大帶寬需求下流量費(fèi)用急劇增加。在縣域低壓配電通信網(wǎng)建設(shè)中，需要結(jié)合農(nóng)村電網(wǎng)點(diǎn)多面廣，農(nóng)網(wǎng)末端分布的地形、地貌相對(duì)復(fù)雜，施工環(huán)境各不相同的特點(diǎn)綜合考慮。可看到其中存在以下問(wèn)題：輸入缺：農(nóng)村基礎(chǔ)建設(shè)薄弱，光纖和銅纜資源匱乏；受地理環(huán)境及距離限制，傳輸建設(shè)周期長(zhǎng)，短期內(nèi)無(wú)法根本性改善；接入貴：農(nóng)村地廣人稀，有線鋪設(shè)成本高，用戶分散，有線建網(wǎng)單用戶成本高，農(nóng)村通信價(jià)格敏感，當(dāng)前農(nóng)村運(yùn)營(yíng)商的3 G價(jià)格也很高；運(yùn)維難：農(nóng)村受管理?xiàng)l件限制，銅纜光纖容易被盜，線路故障排查復(fù)雜，有線資源運(yùn)維困難，人均維護(hù)成本高。鑒于以上縣域配電通信網(wǎng)存在的問(wèn)題，可以看到，如采用光纖通信的方式，造價(jià)成本高、資源使用率低；如采用無(wú)線公網(wǎng)方式，信號(hào)覆蓋和帶寬也不能滿足業(yè)務(wù)要求。在本次項(xiàng)目中，采用超距無(wú)線光網(wǎng)系統(tǒng)方案具有維護(hù)量少、開(kāi)通速度快、成本低等顯著優(yōu)勢(shì)；具有帶寬高、一次成本投入、安全專有的網(wǎng)絡(luò)等顯著優(yōu)勢(shì)。該產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：采用高可靠，高帶寬5.8 G無(wú)線通信專網(wǎng)的方式。靈活組網(wǎng)：支持無(wú)線各種拓?fù)涞慕M網(wǎng)，可以支持點(diǎn)到點(diǎn)，點(diǎn)到多點(diǎn)，及其組合的應(yīng)用方案。即裝即用：無(wú)線系統(tǒng)開(kāi)通快，部署簡(jiǎn)單快捷，無(wú)線專網(wǎng)是企業(yè)部署的專用系統(tǒng)，不會(huì)產(chǎn)生邊遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋的盲點(diǎn)問(wèn)題。技術(shù)領(lǐng)先：環(huán)境適應(yīng)性好、通信距離遠(yuǎn)、傳輸速率高、覆蓋能力強(qiáng)。基于先進(jìn)的調(diào)制方式(256QAM，1024OFDM)，不僅具有遠(yuǎn)距離(50 km)、高傳輸速率(50 Mbit/s)和穿越障礙物的非視距傳輸能力，覆蓋半徑從幾十米到幾十公里或者幾百公里[3]。

縣域中低壓配電無(wú)線通信網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)采用無(wú)線光網(wǎng)解決方案，在110 kV/35 kV變電站部署點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線設(shè)備，變電站10 kV出線線路上的開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)部署點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線設(shè)備，在10 kV變壓器節(jié)點(diǎn)、0.4 kV變壓器節(jié)點(diǎn)部署點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線設(shè)備，形成一個(gè)覆蓋縣域中低壓配電網(wǎng)的無(wú)線專有網(wǎng)絡(luò)。

2　項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

2.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)狀

圖1　用戶節(jié)點(diǎn)示意圖

本次研究針對(duì)的是縣域中低壓配電通信網(wǎng)信息的采集及通信，為了使本次項(xiàng)目更好的對(duì)無(wú)線專網(wǎng)在縣域中低壓配電通信網(wǎng)的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)估，我們依照要求選取山西省內(nèi)一處鎮(zhèn)級(jí)供電所及其所管轄的11個(gè)用戶用電信息采集節(jié)點(diǎn)，這是一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)處于供電所周邊范圍內(nèi)，屬于典型的農(nóng)村中低壓配電網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能夠?yàn)橄乱徊秸w網(wǎng)絡(luò)建設(shè)積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。本項(xiàng)目采用無(wú)線專網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)東大供電所至西大村、北大村、東大村、北石里頭村、南石里頭村、祥峪鄉(xiāng)、降南村、上草村、下草村、大堰口村、葉家寨村共11個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的接入通信[4]。項(xiàng)目各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置如圖1所示。

2.2項(xiàng)目設(shè)計(jì)

為保證無(wú)線專網(wǎng)視頻信號(hào)穩(wěn)定性及項(xiàng)目的可實(shí)施性，采用點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浞绞綄?shí)現(xiàn)本次項(xiàng)目。本次項(xiàng)目中共有用戶節(jié)點(diǎn)11個(gè)，可以看到它們基本分散在供電所的四面八方，如果僅用一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)的設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

2.2.1西大村、北大村、東大村用戶節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋

觀察用戶節(jié)點(diǎn)相對(duì)于供電所的位置可以看出西大村、北大村、東大村這三個(gè)村子的相對(duì)夾角小于60度，符合點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的最佳覆蓋范圍。

圖2　西大村、北大村、東大村覆蓋范圍

由地理圖(圖2)可以看到北大村距離變電站的最遠(yuǎn)，經(jīng)過(guò)地理位置的現(xiàn)場(chǎng)勘查，可采用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)對(duì)線路進(jìn)行仿真，

經(jīng)過(guò)仿真東大供電所至北大村用戶節(jié)點(diǎn)無(wú)線電波衰落總值為109.94 dB，采用無(wú)線專網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備發(fā)射功率為23 dBm，AN500無(wú)源天線增益17 dBi，接收靈敏度為-83 dBm，因此系統(tǒng)總增益=發(fā)射功率+發(fā)射天線增益+接受天線增益-接受靈敏度=123 dB(單側(cè)采用AN500無(wú)源天線)。系統(tǒng)增益大于此條鏈路的衰落總值。因此東大供電所至北大村用戶節(jié)點(diǎn)的鏈路可以連通，經(jīng)過(guò)仿真測(cè)試東大供電所至西大村、東大村的鏈路也均可以測(cè)試通過(guò)。根據(jù)無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的最佳覆蓋角度為60度，因此對(duì)該位置東大供電所無(wú)線專網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備安裝角度進(jìn)行計(jì)算[5]。如圖3所示。

圖3　設(shè)備安裝角度

如圖3所示東大供電所點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備安裝角度為2.96度。

2.2.2北石里頭村、南市里頭村、祥峪鄉(xiāng)用戶節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋

圖4　信號(hào)覆蓋范圍

根據(jù)無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的最佳覆蓋角度為60度，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察及計(jì)算，北石里頭村、南石里頭村、祥峪鄉(xiāng)三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)正好處于60度以內(nèi)的覆蓋范圍內(nèi)。覆蓋范圍如圖4所示。

根據(jù)地理信息可以看出，祥峪鄉(xiāng)用戶節(jié)點(diǎn)距離東大供電所位置最遠(yuǎn)，且處于山地，需要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，

根據(jù)仿真結(jié)果，東大供電所至祥峪鄉(xiāng)用戶節(jié)點(diǎn)無(wú)線電波衰落總值為114.21 dB，系統(tǒng)支持最小吞吐率可達(dá)到282.24 Mbps，鏈路連通率為100%，符合本項(xiàng)目的要求，經(jīng)過(guò)測(cè)試該條鏈路可以連通。根據(jù)無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的最佳覆蓋角度為60度，因此對(duì)該位置東大供電所無(wú)線專網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備安裝角度進(jìn)行計(jì)算。如圖5所示。

圖5　設(shè)備安裝角度

如圖5所示東大供電所點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備安裝角度為107.09度。

2.2.3上草村、下草村、大堰口村、葉家寨村用戶節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋

根據(jù)無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的最佳覆蓋角度為60度，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察及計(jì)算，上曹村、下草村、大堰口村、葉家寨村四個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)正好處于60度以內(nèi)的覆蓋范圍內(nèi)。覆蓋范圍如圖6所示。

圖6　信號(hào)覆蓋范圍

根據(jù)地理信息可以看出，葉家寨村用戶節(jié)點(diǎn)距離東大供電所位置最遠(yuǎn)，且處于山地，需要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真結(jié)果，東大供電所至葉家寨村用戶節(jié)點(diǎn)無(wú)線電波衰落總值為115.76 dB。

根據(jù)仿真結(jié)果，系統(tǒng)支持最小吞吐率可達(dá)到276.36 Mbps，鏈路連通率為100%，符合本項(xiàng)目的要求，經(jīng)過(guò)測(cè)試該條鏈路可以連通。經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)該區(qū)域內(nèi)的上草村、下草村、大堰口村鏈路均可連通，且符合項(xiàng)目要求。根據(jù)無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的最佳覆蓋角度為60度，因此對(duì)該位置東大供電所無(wú)線專網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備安裝角度進(jìn)行計(jì)算。如圖7所示。

圖7　設(shè)備安裝角度

如圖7所示東大供電所點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備安裝角度為259.92度。

2.2.4降南村用戶節(jié)點(diǎn)的信號(hào)覆蓋

從本次項(xiàng)目的整個(gè)地理地形圖中可以看出，無(wú)線專網(wǎng)設(shè)備的很難覆蓋降南村用戶節(jié)點(diǎn)，因此在此處的用戶節(jié)點(diǎn)經(jīng)研究討論決定采用無(wú)線專網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)備。直接將降南村用戶節(jié)點(diǎn)與東大供電所相連接。地理地形圖如圖8所示。

圖8　降南村地理地形圖

可采用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)此次點(diǎn)多點(diǎn)鏈路進(jìn)行仿真。根據(jù)仿真結(jié)果，東大供電所至葉家寨村用戶節(jié)點(diǎn)無(wú)線電波衰落總值為113.63 dB，系統(tǒng)總增益為140 dB。系統(tǒng)增益大于此條鏈路的衰落總值。因此東大供電所至降南村用戶節(jié)點(diǎn)的鏈路可以連通。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查及計(jì)算，得出該點(diǎn)設(shè)備安裝角度為165.31度。

3　最終實(shí)施方案

所以根據(jù)對(duì)各監(jiān)測(cè)桿塔節(jié)點(diǎn)的分析，最終的實(shí)施方案為：本項(xiàng)目采取點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)兩種設(shè)備組成復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在東大供電所安裝2.96度點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備對(duì)西大村、北大村、東大村這三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行覆蓋。在東大供電所安裝107.09度點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備對(duì)北石里頭村、南石里頭村、祥峪鄉(xiāng)三個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行覆蓋。在東大供電所安裝259.92度點(diǎn)到多點(diǎn)設(shè)備對(duì)上曹村、下草村、大堰口村、葉家寨村四個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行覆蓋。在東大供電所安裝165.31度點(diǎn)到點(diǎn)設(shè)備對(duì)降南村用戶節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連通[6]。系統(tǒng)拓?fù)鋱D9所示。

圖9　系統(tǒng)最終應(yīng)用拓?fù)涫疽鈭D

4　結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目采用大容量5.8 G無(wú)線專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)縣域低壓配電通信網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用，完美解決了農(nóng)村電網(wǎng)配電通信網(wǎng)中距離遠(yuǎn)、部署難、運(yùn)維貴的難題，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村電網(wǎng)配電自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、語(yǔ)音服務(wù)等業(yè)務(wù)。

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A Research on the Application of Wireless Private Network in the County Low-voltage Distribution Communication Network

ZHAO Min1, MA Jun-wei1, LUO Hong-li2, WU Hai-zhen2

(1. Information Communication Branch of State Grid Shanxi Electric Power Co., Taiyuan Shanxi 030001, China;2. Yeejoin (Beijing) Science & Technology Development Co., Ltd., Beijing 100176, China)

As an important part of strong smart grid planning and construction of the state grid company, the county low-voltage distribution communication network has the main functions of power quality monitoring, video surveillance and voice service. By means of the 5.8G wireless communication private network of high reliability and big bandwidth, this project makes a flexible use of point-to-point and point-to-multipoint network topology to realize application of the county low and middle-voltage distribution communication network as a wireless private network.

wireless private network; county network; distribution communication network; reliability; point to point; point to multipoint

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.01.008

TN791

A

1000-3886(2016)01-0023-03

趙敏(1983-)，女，山西人，碩士，工程師，研究方向?yàn)樾畔踩?。馬軍偉(1964-)，男，山西人，博士，工程師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化。雒宏禮(1975-)，男，陜西人，碩士，技術(shù)總工，主要從事無(wú)線、光纖通信、電力設(shè)備的研發(fā)工作。吳海珍(1989-)，女，陜西人，本科，工程師，主要從事無(wú)線、光纖通信、電力設(shè)備的研發(fā)工作。

定稿日期: 2015-03-27