孔曉昀

【摘要】 計算機和網(wǎng)絡云技術(shù)的應用促進了電力系統(tǒng)的智能發(fā)展，在具體應用的過程中，網(wǎng)絡一體化在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的角色和作用。隨著國家電網(wǎng)的逐漸成熟和建設，在近年來已經(jīng)逐漸形成了具有一定規(guī)模和效用的光纖通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。隨著用戶需求和國家的投資力度，光纖網(wǎng)絡的覆蓋面積已經(jīng)能夠全面覆蓋國家標準的電網(wǎng)調(diào)度控制主域、音效機構(gòu)管理、110kv或更高電壓級別的出輸電網(wǎng)絡。光纖網(wǎng)絡能夠在智能電網(wǎng)的構(gòu)建中起到至關(guān)重要的作用。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE230系統(tǒng) 電力單表用戶 用電信息 采集與應用

一、前言

智能電網(wǎng)的運行離不開網(wǎng)絡系統(tǒng)的媒介和載體。在電力通信的體系中擁有骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)等兩大布局。這兩大布局都具有獨立而重要的作用和特點。通信骨干系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)和傳輸方式主要以光纜為主，通過數(shù)字同步的傳送系統(tǒng)（SDH）為主要前提，結(jié)合光傳送網(wǎng)（OTN）重要技術(shù)，構(gòu)成了聯(lián)組網(wǎng)絡模式。電力通信在骨干網(wǎng)運行的基礎上，對于接入網(wǎng)的具體定位能夠進行有效的延伸，可以最終實現(xiàn)1～10公里距離的延伸信號覆蓋。

光纖通信網(wǎng)絡在應用（≥110kv）骨干網(wǎng)絡中性能卓越。與之相比，在面對多點應對和環(huán)境復雜的輸電系統(tǒng)中的（≤35kv）低壓配電網(wǎng)絡還需要技術(shù)和性能的提升?；诖朔N功能和技術(shù)不足，需要引入寬帶無線通信技術(shù)對真題光纖通信系統(tǒng)進行功能性補足?？梢钥闯?，搭建高速、穩(wěn)定、靈活的電力通信接入網(wǎng)絡能夠有效的解決配用電系統(tǒng)的全面覆蓋和采集中的問題，同時也是電力系統(tǒng)各個功能布局發(fā)展的主要趨勢和方向。

二、電力采集系統(tǒng)的現(xiàn)狀

2.1用電信息系統(tǒng)采集的構(gòu)架

我國電力系統(tǒng)的信息采集技術(shù)已經(jīng)普及。主要系統(tǒng)體運行結(jié)構(gòu)為：電表采集終端、采集點控制集中器、通信通道傳輸網(wǎng)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)主站[1]。這些結(jié)構(gòu)設施組成電力信息采集系統(tǒng)的主要體系。其中以數(shù)據(jù)主站、集中器和終端電表為主要構(gòu)架，通信通道為傳輸媒介，其結(jié)構(gòu)可以詳見圖1。

2.2傳統(tǒng)電力采集系統(tǒng)的弊端

1. RS-485由于傳輸速率低、傳輸距離受電力線狀態(tài)影響大

在目前傳統(tǒng)電力信息采集系統(tǒng)中的，電表終端到采集器之間的運行模式主要還是以RS-485收發(fā)器進行信息采集平衡和差分接受。雖然收發(fā)器的檢測功能能夠達到200mV的電壓，可以實現(xiàn)雙絞線多站聯(lián)網(wǎng)以及可以對長距離通信[2]進行傳送。但是，其技術(shù)和性能還是受到地理位置和傳送速度的限制。特別是在郊區(qū)、農(nóng)村區(qū)域以及單戶之間庫里遠和承載數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏€老化、破損等原因?qū)е碌囊恍┯脩魯?shù)據(jù)進行無法完整上傳至集中器的現(xiàn)象。最終會導致上傳到主站的集中管理系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

在自動化領域的建設中，具有多種系統(tǒng)的的發(fā)展過程中具有適合遠距離的通信功能。RS-485標準采用平衡的發(fā)送，根據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)收發(fā)器進行總線驅(qū)動[3]。包括其規(guī)格：接收器的輸入電阻RIN≥12kΩ；驅(qū)動器能夠輸出±7V的工模電壓；進行輸入端的電容≤50pF；節(jié)點標準為32個，進行120Ω的終端電阻配置。驅(qū)動器進行進行輸出的電壓1.5V；接收器的靈敏度200mV；因為RS-485的遠距離多點傳輸能夠降低系統(tǒng)成本，使其在一段時期內(nèi)成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁髋渲谩５窃趯嶋H應用的過程中RS-485的總線運行仍然存在著很多問題和不足，在一定程度上，限制電力工程體統(tǒng)的質(zhì)量和進展。

2.“采集器——電網(wǎng)數(shù)據(jù)主站”[4]之間通信通過運營商GPRS網(wǎng)絡傳輸劣勢

運營商GPRS在網(wǎng)絡傳輸中的速率相對偏低，安全性也無法完全保障，在處理故障的時間安排上存在不可操控性。從發(fā)展事態(tài)來看，2G～4G網(wǎng)絡將逐漸被新的技術(shù)和功能過取代。因此，針對目前優(yōu)秀的TD-LTE230電力無線專網(wǎng)系統(tǒng)可以確認其樂觀的發(fā)展前景和解決問題的重要地位。

三、TD-LTE230系統(tǒng)簡介

3.1 TD-LTE230系統(tǒng)

TD-LTE230 無線寬帶系統(tǒng)是采用LTE核心技術(shù)，并用正交頻分多址技術(shù)。運用CA等窄帶頻譜聚集原理，進行合理的系統(tǒng)和終端信息吞吐。實現(xiàn)同時運控不同帶寬需求業(yè)務的無線通信標準[5]。智能電網(wǎng)的電信采集功能可以顯現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)模式的供求需要。表現(xiàn)在采集點數(shù)量多，而每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對較小。該系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴书_始半靜態(tài)調(diào)度設計簡化命令，簡化終端進行節(jié)約能耗的目標操作。根據(jù)TD-LTE230系統(tǒng)的標準進行電力行業(yè)的寬帶無線接入。在對系統(tǒng)集成的第四代通信LTE網(wǎng)絡構(gòu)架進行優(yōu)化，并結(jié)合電力的應用標準進行載波聚合技術(shù)應用。將230MHz頻段離散的窄帶頻點進行寬帶資源的行業(yè)標準對接。在該系統(tǒng)引用的OFDM[6]、告誡調(diào)制、高效編碼等新技術(shù)，可以在系統(tǒng)整體提升頻譜效率，還能對系統(tǒng)進行優(yōu)化的性能調(diào)整，增強整體的抗干擾能力。

在很大程度上確保數(shù)據(jù)系統(tǒng)與230MHz頻段的共存。對系統(tǒng)應用的支持包括用電信息的采集用和自動化配電以及電力業(yè)務的傳輸能力為用戶提供全方位的服務。綜合上述論述， LTE230系統(tǒng)的主要由無線終端UE、無線基站eNodeB、核心網(wǎng)EPC以及網(wǎng)管eOMC四大體系構(gòu)成，詳見圖2。

3.2 TD-LTE230系統(tǒng)特點

TD-LTE230系統(tǒng)先進的性能和實用性的應用帶來了電力信息采集方面極強的行業(yè)發(fā)展動向。（1）具有覆蓋面積廣泛信號繞射能力強勁的優(yōu)勢，密集區(qū)域的覆蓋可以達到3km以上，鄉(xiāng)村在30km左右。（2）安全性能較高，其設計原理在LTE的規(guī)定范圍之內(nèi)，在實現(xiàn)3GPP的合格機密鑒權(quán)機制的同時，能夠支持IP地址的相應過濾與數(shù)據(jù)過濾協(xié)議[7]。（3）數(shù)據(jù)傳輸平穩(wěn)，能夠充分支持Turbo信道編碼、HARQ、AMC等高端物理層技術(shù)，為數(shù)據(jù)穩(wěn)定提供有效的技術(shù)支撐。（4）設備可靠性高，在設計的過程中及時進行了大量的標準設計規(guī)范，在產(chǎn)品應用的產(chǎn)品進行合理的可靠性驗證。（5）可維護性較強，在操作維護中心的OMC可實現(xiàn)對LTE230系統(tǒng)的EPC、eNodeB、UE進行集中化統(tǒng)一標準的管理，在遠程的通信和實地網(wǎng)元設備和網(wǎng)絡系統(tǒng)中進行，配置。拓展、故障、性能、報表、軟件、日志、安全等管理模式。（6）延展性較強，全IP網(wǎng)絡架構(gòu)、支持軟件的無線電技術(shù)。（7）深度制定效果，上行為主、支持已有的QOS的制定、形成實時性較強的終端產(chǎn)品[8]。

四、基于TD-LTE230技術(shù)的用電用戶單表采集方案

4.1 LTE230系統(tǒng)的配用電自動化方案應用

基于TD-LTE230技術(shù)的優(yōu)秀特點，可對在關(guān)于電力信息采集系統(tǒng)中的先進方案進行詳細的分析和論述。我國在電力信息配電和用電過程中，出現(xiàn)了很多網(wǎng)絡拓撲復雜、變化快和終端階段較多的現(xiàn)象，還有繁多的種類和復雜的空間分布等諸多外在因素。在不同類型的配電業(yè)務當中進行信息傳輸[9]和不同要求的標準形成。在配電業(yè)務之間的額信息傳輸和要求進行不同的定向。在配電網(wǎng)絡的區(qū)分和差異以及標準范圍之內(nèi)進行短信通信的多種通信方式研究。在以光纖為骨干網(wǎng)系統(tǒng)、無線通信網(wǎng)作為全面覆蓋的組網(wǎng)模式進行有機的系統(tǒng)融合。

LTE230的終端能夠測定電業(yè)業(yè)務的需求標準和安裝連接邊控采集系統(tǒng)的信息。通過合理的連接配合完成自動化終端運行[10]。在通過230MHz無線鏈路接入系統(tǒng)的LTE230基站系統(tǒng)后。LTE230能夠在變電站的樓頂運行自身的設備功能和標準。在應用電網(wǎng)光纖標準的同時對資源進行有效的利用和銜接。在對LTE230的核心標準的網(wǎng)絡技能管理過程中進行有效部署。在電力大廈的與電力主站之間進行精準對接，實現(xiàn)域內(nèi)LTE230基站和終端的有效管理和調(diào)控。詳情請見圖3。

在LTE230的電力無線寬帶系統(tǒng)建設中，農(nóng)村地域的覆蓋面積大約能夠超過30公里左右的標準。最大能夠支撐2000個左右的電力業(yè)務終端同時在線。可以達到14.96MbPs上行無線傳輸鏈路標準。在優(yōu)先級的設置中，可以根據(jù)分配業(yè)務的帶寬大小，對各類配用電業(yè)務進行通道分配和供給。能夠標準的達到業(yè)務的可靠性和實時性，同時也能充分控制全方位的安全性能。LTE230的電力寬帶通信建設速度較快，在實現(xiàn)專變負控終端技術(shù)和集中器的用電信息采集中，進行有效的接入。在封閉的場所和環(huán)網(wǎng)柜以及柱上開關(guān)等配電設備的完整調(diào)控，實現(xiàn)配電自動化終端的標準接入，為自動化的電力信息采集打好堅實基礎。

4.2光纖到臺區(qū)的微基站方案應用

對于LTE230電力無線寬帶系統(tǒng)設置無線信息數(shù)據(jù)標準采集方案，可以通過對配電區(qū)進行小型和簡單化的LTE230基站來完善電力信息信息采集的構(gòu)架。需要在電力數(shù)據(jù)中心機房的設置中進行一套有效的LTE230核心網(wǎng)絡（EPC）標準。對于管理和應用的每個地域，進行基站終端設備監(jiān)督和管理。關(guān)于臺區(qū)無線采集的相關(guān)設備以及運行系統(tǒng)如圖4所示。

此項方案在應用的過程中，能夠?qū)ε_區(qū)的變壓器以及相關(guān)附件進行有效銜接。在在對于臺區(qū)的光纖接入口進行連接。對于臺區(qū)變壓器1km范圍之內(nèi)的電力采集終端進行無線覆蓋。對于供電方式的域內(nèi)可以規(guī)定220V/380V電壓標準[13]。對于AC/DC的轉(zhuǎn)換模塊進行跳幀，使其達到基站需要的-48V的直流電壓。

此項方案能夠綜合光纖和無線通信的有點，進行寬帶無線技術(shù)的合理延伸和應用，針對“最后1km”的設施部署難題記性有效的應用解決，在針對光纖網(wǎng)絡的延長和無線信號的傳播距離進行合理的電力連接和網(wǎng)絡管理。

4.3地下覆蓋環(huán)節(jié)的應用

LTE230系統(tǒng)在終端天線的拉遠技術(shù)應用中能夠?qū)Φ叵率业葏^(qū)域的覆蓋進行有效的改良和信號技術(shù)加強。通過創(chuàng)新性質(zhì)的470MHz的近距離無線增強系統(tǒng)的配合，對混合組網(wǎng)的構(gòu)建進行處理。在LTE230的電力地下室無線覆蓋方案的實施中，進行有效的電力信息采集標準應用。這項方案的遠距離接觸能夠?qū)﹄娏π畔⒌牟杉M行新的技術(shù)標準應用。即230MHz的LTE技術(shù)，對于近距離的傳輸狀態(tài)470MHz的ZigBee無線技術(shù)，能夠進行自組網(wǎng)絡技術(shù)標準。可以支持多跳傳輸?shù)膽梅秶?。具有較強的網(wǎng)絡靈活性和數(shù)據(jù)準確性。而且在系統(tǒng)運行方面的系統(tǒng)功耗較低。能夠很好的解決LTE230無線網(wǎng)路在大面積覆蓋上的控點不足問題。

地下室覆蓋解決方案能夠在應用的過程中進行有效的LTE230基站以及核心網(wǎng)絡和網(wǎng)管的構(gòu)成。通過對地下室墻體信號減弱現(xiàn)象的實地情況研究，可以對電力應用終端的安裝部位盡量安排在靠近墻體的位置。簡單易行的施工流程完成后，可以通過對信號的測試，在區(qū)域內(nèi)進行直接LTE230信號覆蓋，通過信號的強度對需要采集的230射頻天線進行拉遠技術(shù)處理。在地下室的安裝設施過程總，通過發(fā)現(xiàn)地下室墻體信號衰減較大甚至需要跨越多個墻體，則需要根據(jù)實際情況進行信息傳輸?shù)?30終端接入點（AP）、在短距離無線增強模塊的應用（RE）、短距離的無線通信終端節(jié)點（ED）三部分組成，在其中的AP負責遠距離的LTE230信號與470M近距離信號的銜接和轉(zhuǎn)換。完成RE歸屬的e470信號的路由轉(zhuǎn)換功能，ED負責最后環(huán)節(jié)和電力終端連接。在流程過程中，路由節(jié)點可以根據(jù)網(wǎng)絡的復雜程度進行適當增加，對于終端節(jié)點可以根據(jù)電力終端的數(shù)量進行增設。

在方案的室內(nèi)設施標準運行中，采用標準的近距離無線增強通信方式，排除額拉線等技術(shù)環(huán)節(jié)的施工難題。對物業(yè)實施的破壞程度較小，協(xié)調(diào)性容易，并且支持220V市電標準，而且有應急備用電池，能夠提供可靠的穩(wěn)定性和容災性能。一定程度上節(jié)約了設施的人力物力成本。

五、實際應用場景

5.1浙江省嘉興市海鹽縣電力寬帶無線專網(wǎng)建設情況

基于相關(guān)電力系統(tǒng)建設和數(shù)據(jù)分析的需求。針對海鹽縣供電系統(tǒng)的實驗情況進行詳細的調(diào)研和分析。海鹽縣電力系統(tǒng)的覆蓋、容量以及吞吐性能進行無線系統(tǒng)的額共存方面都進行了充分的實際應用驗證。

1.覆蓋性測試

在對小區(qū)調(diào)研和搜索以及隨機接入業(yè)務的標準覆蓋指標過程中，進行有效實況跟蹤。

（1）小區(qū)區(qū)域搜索。對電力小區(qū)的信號覆蓋情況進行測試。完成標準的單元測試點信息收集，對小區(qū)內(nèi)進行搜索成功率測試，在記錄用戶的設備和基站的距離。其結(jié)果顯示，小區(qū)的最遠搜索距離為14km。

（2）隨機性接入。在小區(qū)的實驗過程中，對拉遠距離進行有效的測試，在單元測試中進行隨機接入測驗，在統(tǒng)計隨機接入的成功率測試過程中進行有效的技術(shù)性接入如RSRP和UE進行基站的信息距離對位。繼續(xù)結(jié)合結(jié)果的隨機接入顯示，記錄其最遠覆蓋距離可以達到13.6km。

（3）業(yè)務覆蓋距離。在針對業(yè)務范圍的測試和研究過程中，需要對UE的的布置遠離基站的不同位置。參照最低碼率QPSK的調(diào)制方式進行數(shù)字業(yè)務傳輸。在保持一段時間以后，進行記錄該項位置的RSRP、BLER和系統(tǒng)吞吐量的數(shù)值記錄。直到塊誤碼率達到10%，測量出UE的正常業(yè)務最遠離，這就使業(yè)務覆蓋面積的最大實際有效距離。詳情調(diào)查參見表1。

2.吞吐量研究

在系統(tǒng)的頻譜利用率指標測試中，進行小區(qū)的RSRP=-80dBm點標準選擇，對其進行OPSK配置、16QAM、64QAM等相關(guān)調(diào)試方式整合。在UE的測試過程中對2M數(shù)據(jù)包的速率進行定位跟蹤，統(tǒng)計出10min，算出平均值，作為基站最大傳輸速率的標準。TD-LTE230無線寬帶通信系統(tǒng)的傳輸效率較高，最大的頻譜效率可達到2.44bps/Hz，相比傳統(tǒng)的電臺的頻譜提升了幾倍。

3.容量的衡量

電力信息的重點速度直接影響整個電力信息采集系統(tǒng)的效率和質(zhì)量。在海量用戶的大形勢下，通過TD-LTE230無線寬帶信息系統(tǒng)的拓展和應用，能夠有效解決用戶傳輸?shù)牟蛔愫投氯?。在網(wǎng)絡容量測試其核心網(wǎng)絡處理能力的TDLET230無線寬帶通信系統(tǒng)的支持可以到達60000個終端的穩(wěn)定運行。

4.測試結(jié)論評定

關(guān)于相關(guān)技術(shù)和數(shù)據(jù)的對接和總結(jié)測試，對于TDLTE230無線寬帶西戎的郊區(qū)環(huán)境進行最遠覆蓋距離的應用，對于12km的標準范圍進行適當?shù)亩鴹l件規(guī)范和數(shù)據(jù)分類。對于室內(nèi)環(huán)境、遮擋環(huán)境、雨天、霧天等特殊情況的應用中進行有效的整理和專業(yè)對應設施調(diào)整[10]。TD-LTE230無線寬帶系統(tǒng)采用的先進調(diào)制編碼功能對于高頻譜效率的應用運行非常出色。在針對傳統(tǒng)數(shù)傳電臺提升數(shù)倍的成績參考中，對載波聚合技術(shù)的應用體現(xiàn)了先進技術(shù)的優(yōu)勢。在離合40多個頻點資源的環(huán)境下能夠使小區(qū)的吞吐量達到1.75Mbps。完全適應了配電網(wǎng)的整體業(yè)務需求。

5.2關(guān)于單表用戶用電信息在海鹽縣電力專網(wǎng)上的實際應用

在對海鹽縣進行試驗網(wǎng)測試的過程中，基于抄表等數(shù)據(jù)業(yè)務的重點跟蹤能夠?qū)榷鄿y算的具體數(shù)據(jù)業(yè)務、視頻監(jiān)控以及圖像再現(xiàn)進行合理的規(guī)劃和具體應用。在進行長期的穩(wěn)定的運行中進行TD-LTE230系統(tǒng)高端技術(shù)的綜合運用。從整體上體現(xiàn)高端電力配用電網(wǎng)業(yè)務額價值和研究方向。

1.抄表業(yè)務

在城市試驗網(wǎng)點電力數(shù)據(jù)系統(tǒng)的連接中，可以看出，很多集中器抄表業(yè)務和符合控制等功能已經(jīng)完全實現(xiàn)了終端自動化處理。對于很多調(diào)查內(nèi)容的總結(jié)，已經(jīng)證實了具體系統(tǒng)和用電信息系統(tǒng)采集的需要。在應用具體功能和抄表工人進行每日工作規(guī)劃和工作意向處理。在針對階段性內(nèi)調(diào)查的抄表總戶次數(shù)和總樣本樹進行統(tǒng)一統(tǒng)計。

2.視頻圖像業(yè)務

海鹽縣的eTD-LTE230系統(tǒng)部署在沈蕩和通元供電所，用于電力設備監(jiān)控和應急指揮作業(yè)。其對電力設備和路線進行了實時畫面監(jiān)控，并且支持遠程電力維護故障處理等功能。

5.3運行效果對比

TD-LTE230提現(xiàn)了優(yōu)秀課科技成果和電力信息采集系統(tǒng)的進步。通過對海鹽縣各區(qū)域的階段性數(shù)據(jù)研究和試驗證實了TD-LTE230系統(tǒng)的優(yōu)越性。以表2為數(shù)據(jù)總結(jié)進行對比。

六、結(jié)語

綜上所述，在LTE的核心技術(shù)發(fā)展和應用的過程中，總結(jié)了很多重要的數(shù)字應用方向和具體電力系統(tǒng)的運行需求。LTE技術(shù)結(jié)合230MHz頻譜資源特點進行全面功能開發(fā)。針對電力系統(tǒng)應用TD-LTE230無線寬帶系統(tǒng)，經(jīng)過相應的定點試驗和城市電力系統(tǒng)工作環(huán)節(jié)的實際應用，完成電力系統(tǒng)的功能配備和任務需求。

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