基于LTE 技術的電力通信應用研究

孔文霞 KONG Wen-xia；王敬 WANG Jing

（國網(wǎng)河北省電力公司邯鄲供電分公司，邯鄲 056035）

（State Grid Hebei Electric Power Company Handan Power Supply Company，Handan 056035，China）

0 引言

電力通信網(wǎng)同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)被合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的三大支柱，是電網(wǎng)調(diào)度自動化、網(wǎng)絡運營市場化和管理現(xiàn)代化的基礎。隨著智能電網(wǎng)的應用普及，尋求一種合理的電力通信網(wǎng)實施策略，從而支撐智能電網(wǎng)多業(yè)務、安全性、保密性和實時性差異需求，成為了保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要環(huán)節(jié)。目前，電力通信網(wǎng)采用的通信方式可分為有線方式和無線方式，其中，有線方式包括電力線載波、音頻電纜、光纖通信，無線方式包括微波通信、數(shù)傳電臺、租用公網(wǎng)的無線通信（短信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPRS 無線數(shù)據(jù)采集、CDMA 無線數(shù)據(jù)采集）等。電力通信網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)依托于高壓輸電線路已建成光纖骨干網(wǎng)絡，光纜已經(jīng)覆蓋到35kV 以上變電站，而如果全部配電網(wǎng)采用光纖覆蓋，則投資巨大。

鑒于以上原因，在眾多的電力通信方式中，LTE 寬帶無線技術以其頻帶寬、傳輸速率高、覆蓋范圍廣、業(yè)務支撐能力強、可靠、安全等特點，成為國際電力界公認的電力無線通信技術發(fā)展趨勢。

1 LTE 技術研究

LTE（Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃）組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng)）技術標準的長期演進，于2004年12月在3GPP 多倫多TSG RAN#26會議上正式立項并啟動。LTE 系統(tǒng)引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）和MIMO（Multi-Input&Multi-Output，多輸入多輸出）等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率（20M 帶寬2X2MIMO 在64QAM 情況下，理論下行最大傳輸速率為201Mbps，除去信令開銷后大概為140Mbps，但根據(jù)實際組網(wǎng)以及終端能力限制，一般認為下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps），并支持多種帶寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz 和20MHz 等，且支持全球主流2G/3G 頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋也顯著提升。LTE 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構更加扁平化簡單化，減少了網(wǎng)絡節(jié)點和系統(tǒng)復雜度，從而減小了系統(tǒng)時延，也降低了網(wǎng)絡部署和維護成本。LTE 系統(tǒng)有兩種制式：FDDLTE 和TDD-LTE，即頻分雙工LTE 系統(tǒng)和時分雙工LTE系統(tǒng)，二者技術的主要區(qū)別在于空中接口的物理層上（像幀結構、時分設計、同步等）。FDD-LTE 系統(tǒng)空口上下行傳輸采用一對對稱的頻段接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，而TDD-LTE 系統(tǒng)上下行則使用相同的頻段在不同的時隙上傳輸，相對于FDD 雙工方式，TDD 有著較高的頻譜利用率。

LTE 網(wǎng)絡有能力提供300Mbit/s 的下載速率和75Mbit/s 的上傳速率。在E-UTRA 環(huán)境下可借助QOS 技術實現(xiàn)低于5ms 的延遲。LTE 可提供高速移動中的通信需求，支持多播和廣播流。LTE 頻段擴展度好，支持1.4MHZ至20MHZ 的時分多址和碼分多址頻段。

2 基于LTE 技術的電力通信網(wǎng)絡組建

2.1 電力通信系統(tǒng)應用現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)正常運行需要借助于有效的通信手段，將控制中心的命令準確地傳送到遠方終端，并將反映遠方設備運行情況的數(shù)據(jù)信息收集到控制中心。隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，利用移動運營商提供的移動通信技術實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，將是電力系統(tǒng)自動化的重要發(fā)展方向。

與此同時，GPRS（General Packet RadioService）也是一種被廣泛采用的通信方式，它是一種基于第二代移動通信系統(tǒng)GSM 的2.5G 無線分組交換技術。這種技術具有覆蓋范圍廣、永遠在線、投入費用低、可按流量收費等優(yōu)點。相比之下，LTE 技術不僅具有GPRS 技術的優(yōu)點，同時也彌補了GPRS 技術在傳輸速度、保密性、安全性等方面的不足，因此更能適應未來智能電網(wǎng)建設的發(fā)展方向與技術要求。系統(tǒng)由應用層、網(wǎng)絡層以及終端組成如圖1所示。

2.2 LTE 技術在電力通信中的應用

圖1

2.2.1 配電自動化 配電自動化系統(tǒng)一般分四個層，第一層為現(xiàn)場設備層。主要由饋線終端單元（FTU）、配變終端單元（TYU）、遠動終端單元（RTU）和電量集抄器等構成，統(tǒng)稱為配電自動化終端設備。第二層為區(qū)域集結層。以110kV 變電站或重要配電開閉所為中心，將配電網(wǎng)劃分成若干區(qū)域，在各區(qū)域中心設置配電子站，又稱“區(qū)域工作站”，用于集結所在區(qū)域內(nèi)大量分散的配電終端設備。第三層為配電自動化子控制中心層。建設在城市的區(qū)域供電分局，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的中檔配電自動化后臺系統(tǒng)。第四層為配電自動化總控制中心層。建設在城市的供電局，一般配備基于交換式以太網(wǎng)的高檔配電自動化后臺系統(tǒng)和大型數(shù)據(jù)庫，用于管理整個城市范圍內(nèi)的配電網(wǎng)。中小型城市的配電自動化系統(tǒng)一般只有前三層設備，不需要第四層。目前集成化、智能化和綜合化是發(fā)展趨勢。

2.2.2 用電信息采集 電力用戶用電信息采集系統(tǒng)（power user electric energy data acquire system）是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監(jiān)控的系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的自動采集、計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理、相關信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設備的信息交互等功能。

2.2.3 負荷管理 負荷管理即用經(jīng)濟的、技術的和行政的手段來控制電力系統(tǒng)負荷的增長速度及調(diào)整電力系統(tǒng)的負荷曲線求得最佳經(jīng)濟效益。電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模愈大，系統(tǒng)各部分的最大負荷就愈不會在同一時刻出現(xiàn)，通過錯峰效應?？梢猿浞掷谜麄€電力系統(tǒng)的發(fā)電設備的容量，起削峰填谷的作用。

2.2.4 輸電線路監(jiān)控 由終端部分和監(jiān)控管理中心兩大部分組成。終端設備包括一個防水、防塵、防電磁干擾、滿足IP65防護等級的機箱、太陽能供電板，一體化智能勻速球。監(jiān)控中心包括圖像監(jiān)控服務器和圖像監(jiān)控客戶端。

采集模擬視頻信號送到無線視頻終端，經(jīng)過數(shù)字化、視頻壓縮編碼后，通過LTE 無線網(wǎng)絡、internet 發(fā)送到視頻監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心上對視頻流進行解碼，即可看到攝像頭拍攝的現(xiàn)場視頻畫面。

2.2.5 應急指揮調(diào)度 電力應急指揮調(diào)度系統(tǒng)是對電網(wǎng)出現(xiàn)的重大電網(wǎng)事故、突發(fā)災害進行預警、防范、化解和善后的全程管理體系。系統(tǒng)包括指揮中心的建設、通信系統(tǒng)的建設和應急指揮平臺軟件的建設。

3 結語

智能電網(wǎng)業(yè)務的新需求是推動電力通信網(wǎng)轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力，而其發(fā)展方向的多元化和個性化也對電力通信網(wǎng)絡的可靠性、高效性提出了更高要求。

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