光纖無線聯合通信網在荊州供電公司的應用

楊先才 國網湖北電力荊州供電公司

光纖無線聯合通信網在荊州供電公司的應用

楊先才 國網湖北電力荊州供電公司

為解決配網生產調度及搶修指揮中心自動化系統中存在的通信接入瓶頸問題，荊州供電公司積極開展光纖無線聯合通信網在配用電自動化、應急指揮調度系統上的應用研究。在總體規劃，循序漸進，避免重復建設的指導原則下，于荊州核心城區構建了一張以光纖網絡為骨干，無線寬帶接入網絡為主要接入手段的融合通信網，并實現了電網運行狀態多參數監測、饋線自動化、故障定位、高故障設備隔離、配網調度一體化數字集群指揮系統等多種業務的應用。文章重點分析了光纖和無線通信接入如何滿足電力應用需求，闡述了構建光纖無線聯合通信網要解決的關鍵技術問題，提出了供電公司通信網建設的新思路。

配網生產 指揮應急 業務應用 光纖無線聯合通信網 無線通信終端

引言

建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現智能電網的基礎，沒有這樣的通信系統，任何智能電網的特征都無法實現。

近年來，基于國網荊州供電公司應急指揮中心試點建設工作，國網荊州供電公司通過大量的實際調研，圍繞利用配網調度、監控和控制的統一集中管理，使配網調度指揮、運行監控、故障應急、生產協調完全融合的功能定位，提出了建設光纖無線聯合通信網以匹配智能電網對電力通信網絡高標準要求的新思路，并進行了試點建設工作，取得了較好的社會和經濟效益。

一、光纖無線聯合通信網簡介

在我國目前的電力通信系統中，存在著多種通信技術手段，比較常見的有：光纖專網、電力線通信、無線公網及無線專網。上述各種技術手段都有其優勢同時又有其弱點，因此，在現階段，如果僅依靠某種單一的通信技術手段，要想在較短的時間內實現對于電力通信網絡的全面改造，使其達到智能電網對通信網絡的要求，是難以實現的，只有因地制宜，采用多種通信手段相結合的方式，充分發揮各種通信方式的優點，揚長避短，才是可行之道。基于此，荊州供電公司提出了建設光纖無線聯合通信網的新思路。

光纖無線聯合通信網，顧名思義，即為利用光纖通信技術與無線通信技術相結合組建的融合通信網絡。其網絡架構以光纖專網為骨干，以寬帶無線接入網絡為有益補充，既保證了整個網絡的健壯性、安全性及穩定性，又大大提升了整個網絡的靈活性，實用性。其建設思路如下：

在通信骨干網絡下，對于一些重要的，容易實現并要實現遙控的電力設施上，采用光纖無源光網絡實現（業內多位專家都專門行文介紹此技術，本文不再贅述），對于其他設施點采用寬帶無線通信網絡作為接入手段，本文將重點介紹此種技術在荊州的應用。

二、光纖無線聯合通信網在荊州的應用

荊州供電公司經過多方調研，選擇了基于IEEE802.16e協議的無線寬帶技術作為光纖無線聯合通信網的主要接入手段，并在光纖無線聯合通信網中集成全數字語音集群調度、視頻回傳、GPS定位等現代化應急搶修技術，同時為移動辦公系統、快速應急部署等增值服務預留相關接口。

（一）基本概況

荊州光纖無線聯合通信網第一期工程覆蓋范圍為荊州政治中心城區內約10平方公里的范圍。根據工程建設的需求，本次工程將利用光纖無線聯合通信網為覆蓋區域內支線電力終端設備提供接入服務，并同時為荊州應急集群指揮調度系統提供通信支撐服務。

荊州光纖無線聯合通信網第一期工程整個覆蓋區域如圖1所示，圖中紅線標記范圍內區域即為目標覆蓋區域：

（二）光纖無線聯合通信網組網

圖2　網絡拓撲圖

整個系統主要由接入層、匯聚層及核心層三部分組成，現簡單介紹如下：

（1）接入層：接入層主要由無線通信終端及終端下聯的電力設備終端（FTU，TTU及DTU等）組成，這些設備一起為客戶提供豐富多彩的業務應用，是整個系統功能具體實現的體現。

（2）匯聚層：匯聚層主要由基站及基站側交換機組成，基站主要負責處理無線信號調制及將調制后的信號發射出去，并通過無線信號與接入層無線終端設備進行通信。基站側交換機主要負責基站與中心交換機的通信，并將各基站聯接起來組成無線覆蓋網絡。匯聚層在整個系統中負責提供空中接口，是整個網絡的基礎。

（3）核心層：核心層由各種服務器組成的子系統構成，其功能是監控和管理整個網絡，處理所有網絡運行和維護任務，包括網絡配置、告警處理、用戶管理和錯誤日志；所有基站和通信終端都可以通過核心層進行重新配置，從而最大限度地減少了現場處理。核心層中除網絡管理子系統以外，其他子系統都可以根據用戶的實際應用需要靈活選擇。

在圖2中還可以看到配電SCADA系統，所有來自無線終端的數據最后都經由核心層處理，再通過安全檢測后匯聚到該系統。當然，對于不同應用的用戶來說，來自無線終端的數據最后匯聚的終點雖然各不相同，但無一例外均可以通過無線寬帶接入網絡進行實時、雙向、高速的數據傳輸，這也正是本系統“透明的信息高速公路”特性的具體體現。

（三）基站站址及基站設備選擇

在荊州光纖無線聯合通信網的建設中，優先選擇荊州供電公司自有資產（辦公樓、變電站、營業所、三產樓宇等）作為首選站址。其原因如下：

1.目前荊州供電公司自有產業均建有專用的通信機房，傳輸設備、動力設備配置齊全，具備建站的基本條件。2.避免了物業租賃難、租賃費用高等情況，最大限度的減少了前期資金投入。3.選擇自有產業建站，系統規劃簡單，后期維護及擴容更為方便。

選擇分布式基站作為主要設備。其優勢如下：4.設備性能穩定，功能齊全，維護簡單，完全滿足電力系統的需要。5.該設備采用分布式架構，將基站分為基帶處理單元BBU及射頻處理單元RRU兩個模塊。在實際使用中，即可構建傳統的多扇區全向基站，亦可根據實際覆蓋需要，通過光纖拉遠的方式（最大拉遠距離10Km），將BBU及RRU布置于不同的地點，構建少扇區甚至單扇區定向基站。與傳統的無線網絡布網相比，采用分布式架構可以大大增強對覆蓋目標的針對性，減少投資，整個網絡的構建十分靈活。

（四）無線接入終端

光纖無線聯合通信網中使用的無線終端種類非常多，大體分為固定接入終端CPE和移動終端（內置無線寬帶接入芯片的PDA、USB無線接入卡、工業級平板電腦等）兩大類別，如圖3所示：

圖3　豐富多彩的無線接入終端

在具體應用中，電力設備終端（FTU、TTU等）通過CPE與核心系統進行通信，實現包括饋線自動化監測、配變運行狀態檢測、高故障設備監控、配用電數據交互采集、故障定位自動定位等傳統電力行業應用；同時用戶亦可通過移動終端（PDA、平板筆記本等）實現應急調度指揮一體化、移動辦公等廣泛的業務應用。

圖4　無線接入終端與電力終端典型連接示意圖

三、荊州光纖無線聯合通信網的建設經驗

（一）功能論證

荊州光纖無線聯合通信網第一期工程建成以后，承擔了在荊州政治中心試點區域內為配電自動化系統提供專用的無線接入通道的任務，進行了廣泛的業務功能測試，進一步驗證了光纖無線聯合通信網架構在電力通信網智能化改造和建設中的可行性，目前其實現的主要功能如下：

1.配合饋線自動化子系統中所使用的新型FTU在系統中實現采集就地的交流測量量（如電壓、電流、功率等）和狀態量（如開關位置、儲能情況等），以及執行遙控命令（如跳合開關）。

2.在故障自動定位子系統中，將中繼器與判斷器采集的負荷信息和故障信息發回主站，實現配電的負荷信息、故障信息采集，及時反映線路運行狀況數據。使指揮調度中心系統能實時監測線路負荷信息，智能準確判斷短路故障和接地故障，并可通過配電故障智能決策支持系統確定線路故障區段，提供搶修決策，及時通知相關線路運行維護人員及時隔離故障區段，快速查找及排除故障。

3.將配變運行狀態多參數監測子系統中的配變監測計量終端數據傳回指揮中心主站，實現實時數據采集、電量計量、歷史數據存儲、故障報警等功能。

4.將高故障設備監控及事故隔離子系統中的各配電終端檢測到的故障報警數據，變電站、開閉所等的繼電保護信號、開關跳閘等故障數據傳回指揮中心主站，使指揮中心能夠及時啟動故障處理程序，確定故障類型和發生位置，輔助調度員進行遙控操作，達到快速隔離故障和恢復供電的目的。

5.對配網調度一體化指揮通訊子系統提供通信支撐，實現了視頻回傳、語音調度、集群指揮、定位監控、視頻會議、并和GIS系統的結合實現搶修人員就近調度等豐富多彩的功能應用，提高了整個網絡的應急能力，提升了網絡安全性及可靠性。

整個網絡的功能綜述如圖5所示：

圖5　一期工程功能綜述圖

（二）建設經驗及經濟效益分析

光纖無線聯合通信網利用無線寬帶技術作為主要的接入手段，充分利用了無線網絡部署靈活的特點，因此與傳統接入方式組網相比較，擁有較大優勢，其具體表現在：

（1）建設周期短：整個網絡無需敷設大量的光纜，同時極大地擺脫了城市光纜的管道及物業協調成本日益增加對網絡建設的干擾，因此大大縮短了建設周期，整個網絡建設周期與傳統接入方法對比如下表：

（2）性價比高：無線接入與傳統接入方式相比較，其投資成本大大降低，本次工程及未來荊州城區預計接入的電力終端設備投資成本對比表如下：

（3）易于維護：電力系統信息采集點種類多、數量多，同時網絡改造較多、變動頻繁，如采用傳統接入方式，當網絡需要進行調整時，需耗費大量的人力物力重新鋪設通信網絡，維護成本高。而采用無線接入時，在無線網絡覆蓋范圍內可以根據需要隨時對網絡進行調整，大大降低了網絡的維護成本，同時也降低了維護人員的工作負擔。

（4）一張網下實現多種功能、滿足智能電網需求：寬帶無線接入技術在電力行業的應用范圍很廣。采用寬帶無線接入技術，除了可以解決配電網的問題，還可以解決其他問題，比如備用通信、應急指揮通信、移動辦公、移動營銷、農村電網通信、高壓線路視頻監控、定位、無線調度等，極大地提升了整個供電系統的工作效率。

四、小結

隨著電網的不斷發展，電網對通信的依賴程度越來越大，沒有好的通信網絡作為支撐，智能電網只能是“鏡中花，水中月”。為此，急需引入新的通信技術手段，以從根本上改變這一現象。荊州供電公司在多方調研的基礎上，充分吸收2011年國家電網公司智能電網部鼓勵智能電網技術創新及實踐，繼續孵化具有創新性的試點工程（如電力專用無線寬帶網絡等）的精神，結合國內外先進經驗，大膽提出建設光纖無線聯合通信網的思路，來突破這一瓶頸。

荊州供電公司光纖無線聯合通信網項目建設，是一個系統化，整體化，結構化的工程。其建設目的并不僅僅局限于某個具體的功能的實現，也不僅僅局限于某個部門的具體應用，而是著眼于通過引進現代化的通信手段，為配網自動化、應急搶修指揮、電力營銷系統等服務提供一個可靠地，有效地，先進的專有統一通信平臺，從整體上提升荊州地區電力通信網絡的現代化水平，更好的服務于荊州人民，具有較大的推廣價值。

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