配電自動化系統無線專網建設分析

李惠庸

摘要：配電自動化系統是推動電網運行水平提升的重要系統，同時也是促進電網自動化、智能化發展的關鍵。不過傳統有線通信方案難以完全滿足配網發展需求，在很大程度上阻礙了配電自動化系統高效運行，需要運用無線專網技術解決這一問題。本文將簡單介紹配電自動化系統發展現狀，分析無線專網通信技術在配電自動化系統中的應用意義與可行性，并就相應的無線專網建設方案展開探討。

關鍵詞：配電自動化系統;無線專網;建設

隨著現代電力事業的發展，電網規模逐漸擴大，電網有線通信方式已經難以解決配網點多面廣的通信問題，在很大程度上影響了配電自動化系統的高效運行，需要積極采取合理措施加以改善。其中無線專網技術的應用能夠充分滿足配網通信需求，為配電自動化系統化的穩定運行乃至智能化發展提供有力支持，具有巨大應用價值。

一、配電自動化系統發展現狀

配電自動化系統的作用在于對配電網進行自動化的運行監測與控制，從而保障配電網運行安全及穩定。該系統的通信功能使得運維人員能夠通過終端迅速、直觀地掌握配電網運行信息，從而了解電網運行狀況，更能實現對配電網運行異常的自動化控制，確保電網正常運行。配電自動化系統的通信網包括配電通信主站、子站、通道及終端，當前主要采取有限通信模式。不過在我國電網規模不斷擴大的情況下，配電終端數量大幅增加，有線通信已經很難滿足配電網發展需求，也在一定程度上阻礙了配電自動化系統運行水平的提升。這是因為電網規模擴大使得通信傳輸信息量大幅增加，以自建或租用光纖的方式難以從根本上解決不斷增加的信息量問題。同時自建光纖成本較高，而租用光纖會導致配電線路監控點的通信受影響，無法保障配電調度及管理的有效、可靠。因此在近年來，配電自動化系統通信方案的相關研究與實踐越來越受重視，其中無線專網技術被視作改變現狀的關鍵技術。

二、無線專網通信技術在配電自動化系統中的應用意義與可行性

（一）應用意義

無線專網技術的應用能夠有效解決配網點多面廣的通信問題，同時其建設成本也較自建光纖方式更低，故而能夠有效推動配電自動化系統高效運行，保障配電網運行安全及穩定，實現自動化、智能化監測與控制。當前能夠應用于配電自動化系統的無線專網通信技術主要包括4G寬帶LTE技術、230M無線電臺技術、Mobitex技術等。以4G寬帶LTE技術為例，該技術在配電自動化系統中的應用廣泛包含正交頻分復用技術、多輸入多輸出技術等，這些技術可以顯著提升通信數據吞吐率，從而解決電網規模不斷擴大而帶來的通信數據容量增大問題。與此同時，4G寬帶LTE技術的應用能夠提升通信速率、節約寬帶資源、支持分雙工模式等，有利于配電網智能業務的發展。由于4G寬帶LTE技術是以扁平化組網模式應用，能夠輕松實現網元層次的減少，從而促進通信數據傳輸效率提高，進而為自動化配電網絡模式以及應急通信模式的協調提供支持，促進配電網智能化發展。

（二）可行性

無線專網通信技術在配電自動化系統中的應用具有極高的可行性，并且表現在技術與政策兩方面。從技術層面來看，4G寬帶LTE技術可支持的在線終端數量大，同時上、下行峰值吞吐量大，通信傳輸速率快，天線間耦合干擾小，覆蓋面積大，完全符合配電網通信需求。而且從4G通信頻段中劃分出部分頻段作為專用無線通信頻段，能夠進一步強化專網系統性能，為配電自動化系統的高效運行提供有力支持。從政策層面來看，國家已經明確規定將部分頻段的離散頻點用于電力負荷監控系統，支持電力企業更好地開展遙測、遙控、數據傳輸等業務，其中4G寬帶專網頻段則包括1.4G和1.8G頻段。

三、配電自動化系統無線專網建設方案

（一）組網架構

配電自動化系統無線專網組網架構包括核心網及接入網兩部分。核心網主要用于控制信令以及處理通道傳輸數據源與信息，并且可以按照功能劃分包含移動管理實體、服務網管等設備;接入網則是核心網與終端之間的通信網絡，是連接用戶與核心網的基礎。由于4G寬帶LTE技術的應用采取的是扁平架構，這將使得接入網網元層次減少，相應的層次間數據傳遞時間會有所延長，進而滿足配電自動化系統無線專網高傳輸效率以及低時延的要求。

在配電自動化系統無線專網中，通信終端與配用電業務終端之間的連接是依靠以太網口而實現的，這將有效實現業務終端數據到基站的穩定傳輸，同時在空中接口協議的處理下將數據再傳輸回業務終端。通信終端中包含USIM，能夠存儲并保障用戶號碼、根密匙等信息的安全，從而保障整個配電自動化系統無線專網的安全及穩定。為了有效保障無線專網覆蓋范圍，通常需要將射頻遠端單元設置在開闊位置，以免信號受阻。配電自動化系統無線專網基站中設置有基帶處理單元，其一般位于操作機房內部，并且依靠以太網口和MSTP設備進行數據交換，從而確保基站控制空口數據傳輸、分配信道資源等功能的有效實現，進一步保障專網通信穩定性與可靠性。核心網終端及基站之間的連接通信并不依靠以太網口，而是采用Uu接口方案，基站和基站之間則是采用X2接口方案，這樣就能利用多個設備共同組成傳輸網，并通過S11、S5等標準接口實現設備間數據傳輸。

由于配電自動化系統無線專網業務類型較廣，通常需要使用不同寬帶契合不同頻段基站需求，從而保障業務穩定開展。當前配電自動化系統無線專網業務主要包括“三遙”、“二遙”與“一遙”三種，對應的遙測、遙信和遙控，不同配電網存在一定差異。以變電站為例，當前110kV變電站通常配備有200以下的10kV節點設備，這些設備的寬帶需求不盡相同，不過主要集中在1～5kibt/s范圍內。因此在該業務中一般需要給110kV變電站覆蓋范圍提供1Mbit/s的通信帶寬，滿足遙測業務需求。但是由于110kV變電站需要配備大量計量自動化節點，數量通常在600以上，而且節點傳輸周期約為15min，故而需要配備31Mbit/s左右的通信帶寬。可以預見的是，隨著配電自動化系統無線專網的建設與發展，遙測、遙信與遙控功能越來越完善，相應的通信帶寬要求會更加規范和嚴格。而對配電自動化系統的移動寬帶辦公業務而言，遙信、遙測、遙控、負荷管理、配變監測、低壓集抄等業務帶寬要求實際較低，對帶寬要求大的業務主要是視頻監控以及移動辦公。

（二）組網方案

配電自動化系統4G寬帶LTE無線專網組網建設方案的組網架構不但可以分為核心網與接入網兩部分，還可以被分為四個層次，由業務系統主站到用戶終端依次為業務層、安全接入層、LTE接入層以及終端層。其中業務層的設備是業務系統自備設備，在建設無線專網時一般不考慮。安全接入層設備則主要包含正反向隔離裝置、前置雙向驗證裝置及安全接入裝置三部分，通常設置部署于業務層設備附近，起到保護后者的作用。LTE接入層設備則主要有核心網、核心路由器、LTE回傳光網絡及基站設備等。其中核心路由器必須在部署好核心網之后在進行設置安裝，這將保障各業務VPN得以有效分離，確保各業務系統能夠獨自運行。該層通信采取SDH獨立通道方案，從而實現低時延，滿足通信要求。終端層設備同樣由業務系統自備，在建設無線專網時無需過多考慮，主要包括手機、平板、網卡、CPE等。

結束語：

傳統有線通信模式已經難以滿足配電網自動系統發展需求，無法為規模不斷擴大、通信要求不斷提升的配電網提供有力支持。因此在近年來，無線通信技術在配電網中的應用受到了高度重視，以4G寬帶LTE技術為代表的無線通信技術正在推進配電自動化系統無線專網的建設與發展，加強組網結構優化，科學制定組網建設方案，建設符合配網發展需求的無線專網，能夠進一步保障配網穩定運行和發展。

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