TD—LTE技術在電力系統的應用前景探討

劉芳白

【摘要】 本文通過對TD-LTE技術特點的分析，結合電力系統對寬帶無線通信技術的需求，對TD-LTE技術在電力系統的應用前景進行了探討，提出了應用解決方案。

【關鍵詞】 TD-LTE 電力系統 應用 方案

一、TD-LTE技術介紹

1.1 TD-LTE技術概述

TD-LTE 即 Time Division- Long Term Evolution（時分長期演進），是第四代（4G）移動通信技術與標準。由于TDD雙工方式由于具有可以利用信道的對稱特性提高傳輸效率、不需要復雜笨重的頻率雙工器、可以靈活地分配上下行信道的無線資源、不需要對稱頻帶等優點正逐漸成為全球公認、使用非對稱頻譜的解決方案。

TD-LTE作為我國新一代寬帶無線通信網，被列入了國家重大科技專項，科技部將TD-LTE列入國家科技重點支撐項目，加強TD-LTE工作的推動，包括新一代無線技術評估、網絡新技術、實驗驗證和總體實施共4個項目。

1.2 TD-LTE系統性能

（1）通信速率高，TD-LTE實現了峰值速率的顯著提高。在20MHz帶寬內實現100Mbit/s的下行峰值速率，和50Mbit/s的上行峰值速率。

（2）頻譜效率高。平均用戶吞吐率和頻譜效率下行達到HSDPA的3到4倍，上行達到HSUPA的2到3倍，系統平均頻譜效率則可以達到1.58/0.66bps/Hz/小區。

（3）具有較好移動性。TD-LTE可實現終端移動速度為0～15km/h時擁有最佳性能；15～120km/h有較好性能；120～350km/h保持連接，確保不掉線。

（4）覆蓋范圍廣。0～5km滿足上述吞吐量和移動性目標；5～30km輕微降低；最大覆蓋范圍可達100km。

（5）延遲小。子幀長度為0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網絡時延，控制面延遲小于100ms，用戶面時延小于 5ms。

（6）架構簡單，服務質量高。TD-LTE采用簡單的網絡架構和軟件架構，以信道共用為基礎，以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上將基于分組交換。通過系統設計和嚴格的QoS機制，保證實時業務的服務質量。

二、電力系統對無線通信的需求及特點分析

國家電網公司以“統一堅強智能電網”為戰略目標，近年來開展了大量有關智能配電通信網和智能用電通信網的研究與實踐應用工作。不同于公眾移動通信網絡，電力對無線通信的需求主要體現在以下方面。

（1）電力業務分布特征突出

電力業務分布不同于傳統無線通信業務，業務分布的下列特征對無線網絡提出了特殊要求：

●終端位置相對固定：終端一旦安裝后，其位置很少變動，因此網絡可設計成固定無線接入模式的網絡，同時在網絡中可以少考慮或不考慮終端的漫游與切換等復雜功能，簡化網絡結構與協議的設計。

●終端分布大體均勻：公眾通信網不同，電力需求側通信終端分布大體上是均勻的，用電量大小只體現在變壓器容量上，和通信終端的數量無關；所以可以采用相對簡單的方案來實現無線資源的分配。

●終端分布區域分散：各終端相距較遠，對無線網絡覆蓋提出了較高要求。

●網絡的特殊性：在電力通信網中，終端之間并不需要具有通信功能，終端作為整個網絡設備的最邊沿部分僅需要與處于網絡核心的主站服務器進行通信，因此基站作為無線網絡的接入設備，并不需要具備交換的功能，僅需要完成終端上行數據的集中上傳以及下行信息的廣播發送功能。

（2）多種電力業務需求并存

電力需求側管理特殊的應用環境和業務需求，使業務數據具備以下特點。

●間斷通信與突發通信并存：正常運營情況下，電力需求側通信往往特定時刻進行，如遠程抄表、變壓器數據定時上報等主站；突發事件則需要通過有效的通信手段盡快地傳送回主站系統。

●非實時性業務與實時性業務并存：上述間斷通信的業務屬于非實時性業務，而突發通信的業務屬于實時性業務；

●重載負荷與輕載負荷并存：非實時性業務數據一般較多，屬于重載負荷；實時性業務數據量一般較少，屬于輕載負荷。

●電力業務對無線通信技術要求較高：根據電力業務通信特點，對涉及的通信業務及其通信系統提出如下要求：

①可靠性要求高：電力所采集數據和管理對象所處環境復雜（如需求側配網自動化所涉及區域是分布區域廣的配電線路、一次設備和配電終端），運行溫度因素、電磁干擾因素，外力破壞因素多存在，因此要求通信系統必須能夠滿足業務數據的通信可靠性，外界干擾產生的數據包平均丟失率應控制在低水平。

②安全性要求高：電力通信系統要求能夠保證數據在通信網路中傳輸的安全性，應該能夠抵抗惡意攻擊導致的數據包丟失，保證電力需求側通信數據的正常傳輸順利進行；比如保證采集數據不被惡意篡改以致影響電力系統經濟效益，保證控制數據為被篡改以致影響電力系統運行安全等。

③及時性要求高：電力中既包括實時業務，也包括非實時業務，但即使是非實時業務，也有時間上的要求，即通信的及時性要求；比如自動抄表和臺區變壓器數據采集等領域，通信數據需要在特定的時間內到達。

根據上述分析，電力系統所構建的無線通信網絡應滿足以上要求、可規模組網、并具備專網專用的能力、全網采用統一技術制式，同時，網絡可保證業務高安全性及高精確控制性。

三、TD-LTE技術在電力系統通信應用方案

3.1 配電自動化TD-LTE解決方案

配網是電力系統中直面客戶的最后一個環節，在配電網中實現自動化是提高供電可靠性，確保供電質量，提升優質服務的重要手段。配網自動化的各類采集單元采集數據可以通過RS232/RS485/FE連接到TD-LTE終端設備上，通過TD-LTE網絡進行數據承載，完成和配電自動化系統的互聯互通。采用TD-LTE技術可以解決配電網采集站點多，光纜無法敷設等問題。

3.2 計量自動化TD-LTE解決方案

計量自動化系統對各變電站、電廠、公變、專變及低壓用戶計量點電量實現自動采集，減少了人工抄表的時間誤差，并且提高了抄表效率。變電站、電廠實現15分鐘數據讀取，主網可實時觀測到各變電站，各條線路的數據，配合調度系統，實時監測主網絡運行的安全，有力保障了區域安全供電。

用戶電表可通過低壓載波方式將用戶用電信息等傳遞到集中器，通過在集中器內置TD-LTE無線模塊的方式就可以實現用戶用電信息和電網營銷系統的互聯互通。

3.3 應急通信TD-LTE解決方案

近年來，我國地質災害頻發，地震中容易使電力通信電路出現了大面積癱瘓，同時多次發生的大范圍洪澇、雨雪冰凍等天氣，也導致部分輸電線路出現倒塔、斷線等災害，電網安全運行與電力供應受到了嚴重的威脅。在抗擊災害、保障電網安全面前，電力通信支撐能力再次經受著嚴峻的考驗。面對突如其來的自然災害和出現的各種問題，電力通信應急體系的建設迫在眉睫。

當發生緊急情況時，可采用車載或單兵TD-LTE終端迅速在現場建立起應急無線通信，及時將現場信息傳回指揮中心，保證指揮中心對現場的調度指揮。

四、結束語

TD-LTE作為新一代寬帶無線通信網技術標準具有帶寬高、覆蓋范圍廣等特點，其在電力系統配電網自動化、應急指揮等方面可以發揮重要作用。由于電力系統通信對可靠性的要求很高，無線通信在電力系統通信中的保密措施、抗干擾措施需要通過進一步研究解決。endprint