閆淑輝，馮世英
（普天信息技術研究院有限公司，北京 100080）
摘 要： 隨著智能電網的建設，無線通信技術在電力系統自動化中起著越來越重要的作用。在實際應用中，無線通信系統表現出了部署簡便、應用成本低等優勢，但對于地下室、密集城區的陰影區域如何應對還缺乏有效的應對方法。另外，如要更好地發揮無線專網的作用，將電力有線網絡與無線網絡相融合，也需要更加深入的研究。本文針對電力無線專網的深入應用展開探討，提出了基于無線專網的地下室解決方案、盲區補充解決方案和有線無線混合組網方案，為電力無線專網的更好的應用提供幫助。
關鍵詞： 智能電網；無線通信專網；LTE230系統；地下室覆蓋；陰影區覆蓋
0 電力無線專網發展現狀
隨著智能電網建設的進一步深入，智能電網建設的重點正在向配用電智能化方向發展。由于配用電網絡具有分布廣泛、拓撲復雜等特點，使其通信方式由原來的線狀分布逐漸面狀分布發展。而解決面狀分布終端的最佳方案就是使用無線通信方式。
目前，國家電網采用的無線通信方式主要有無線公網方式和無線專網方式。雖然無線公網對配用電節點業務形成一定的補充覆蓋，但仍無法達到電力行業實現全覆蓋的目標。同時，無線公網時延大、Qos質量低及視頻業務價格居高不下的問題也日益凸顯。與無線公網相比，無線專網具有通信質量高、QoS可定制、網絡安全性好、設備抗毀性強等優點，可作為電力配電通信網絡中光纖通信的重要補充，并且能夠實現全天候視頻監控業務，是構建高速、可靠、靈活的電力配電通信網，解決配用電側全覆蓋、全采集目標的重要手段。
目前，無線專網承載的業務正在從計量自動化、配電自動化等核心業務擴展到微網、光伏發電、風電、汽車沖換電站、視頻監控、低壓電房視頻監控、低壓電房門禁監控等新型電力業務，以滿足電力日益增長的智能電網建設需求。
無線方式雖然對智能電網建設有著非常重要的作用，但針對地下室、密集城區的陰影區域覆蓋效果不理想，需要一些方法進行提升。
1 基于LTE230系統的電力無線通信專網
本文提出的TD-LTE230系統是為電力行業量身打造的寬帶無線接入系統。系統集成第4代移動通信LTE網絡架構的全部優點，并結合電力應用需求，利用載波聚合技術，將230MHz頻段離散的窄帶頻點資源進行統一整合形成寬帶資源以滿足行業應用。同時，該系統引入了OFDM、高階調制、高效編碼等新技術，一方面提高了頻譜效率，另一方面使系統具有優越的解調性能，提升了系統的抗干擾能力，從而保證了與數傳電臺系統在230MHz頻段的共存。該系統能夠支持包括用電信息采集、配電自動化、專變負控采集、視頻傳輸等電力業務，并能根據電力用戶需求不斷進行改進與定制。
1.1 系統架構
LTE230系統主要由無線終端UE、無線基站eNodeB、核心網EPC及網管eOMC構成。具體如圖1所示。
（1）無線終端UE
LTE230系統的無線終端模塊，直接與集中器、負控終端、配電自動化終端等電力終端設備通信。終端與監控單元能夠無縫連接，即插即用。
（2）無線基站eNodeB
LTE230系統的無線基站，能夠接入多路用戶。包括固定基站以及移動基站（車載）。每個基站單個扇區最多可接入2 000個電力數據用戶。
（3）無線核心網EPC
LTE230系統的核心網，負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，直接連接智能電網主站。通過核心網，電力終端能夠完成數據采集、視頻監控、調度指揮、應急搶險等功能。
（4）網管eOMC
LTE230系統的網絡管理單元主要包括兩部分內容：網絡狀態監控和設備運維。該中心支持對現存的電力信息管理進行融合，并能利用各種多媒體手段，GIS技術，完成統一集成的多媒體調度指揮系統。
1.2 系統特點
（1）覆蓋廣、信號繞射能力強：密集城區覆蓋3 km，鄉村30 km；
（2）安全性高：遵循LTE規范，實現3GPP最嚴格的加密鑒權機制，支持IP地址過濾與用戶數據協議過濾；
（3）數據傳輸穩定：支持Turbo信道編碼、HARQ、AMC等先進物理層技術保證數據傳輸可靠；
（4）設備可靠性高：設計過程中及進行了大量的高可靠性設計考慮，并在產品開發完成后進行了各種可靠性驗證；
（5）可維護性強：操作維護中心OMC可實現對LTE230網絡中的EPC、eNodeB、UE進行集中統一的管理，可以遠程、實時地對網元設備和網絡實現配置管理、拓撲管理、故障管理、性能管理、報表管理、軟件管理、日志管理和安全管理；
（6）可擴展性強：全IP網絡架構、支持軟件無線電技術；
（7）深度定制：上行為主、支持QoS設定、實時性強、終端產品豐富。
2 無線專網應用解決方案
2.1 地下室解決方案
本方案采用的是普天無線自中繼系統。該系統基于ZigBee無線技術，采用自組網技術，可以支持多跳傳輸，組網非常靈活，且系統功耗較低。
該系統的主要功能是與遠距離傳輸的LTE230結合使用，解決LTE230電力無線專網在大面積覆蓋時地下室覆蓋陰影區域多的難題。如圖2所示。
系統主要參數如表1。
2.1.1 系統組成
整個系統由接入點（AP）、路由終端（RE）、終端節點（ED）三部分組成，其中AP負責遠距離LTE230信號與470近距離信號的轉換；RE負責470信號的路由轉換；ED負責最后與電力終端進行對接。其中，路由節點可以根據網絡的復雜程度進行增加，終端節點根據電力終端的數量進行增加。如圖3所示。
2.1.2 系統優勢
由于現有電力終端多數安裝在居民小區、大型寫字樓或者商場內部或者地下室，電力無線專網難以覆蓋，目前，往往采用終端天線拉遠或者終端拉遠方式進行解決，但存在拉遠距離近、施工量大、物業協調困難等問題。
普天470 MHz近距離無線增強系統全部采用無線方式，具有以下優點：
（1） 采用470 MHz受保護頻段，干擾相對較少；
（2） 采用無線中繼方式，避免了拉線等施工難題，對物業破壞小，物業協調簡單；
（3）支持220 V市電，并備有應急鋰電池，電源供應穩定可靠，容災性強。
2.2 密集城區陰影解決方案
2.2.1 方案組成
LTE230在城市部署，陰影區域較多，終端接入困難。如果單純采用470方式，則需要在安裝終端的時候判斷是安裝230還是470，增加了終端安裝的復雜的。如果能夠統一安裝230終端，然后根據終端信號情況進行補盲，則會大大提高網絡部署可行性。
補盲過程中，補盲設備的供電相對比較容易解決，但是傳輸資源比較緊張，如果能夠實現無線回傳，則可解決補盲網絡中的巨大難題。
應用全一體化基站，結合CPE202組成無線中繼系統，實現陰影區域的無線覆蓋。全一體化基站進行覆蓋，CPE202實現全一體化基站SGI口的信號回傳。方案如圖4所示。
為了防止全一體化基站，與CPE直接的干擾，兩個系統采用濾波器隔離，加空間隔離的方式進行部署。
由于采用全一體化基站，做SGI口的數據回傳，因此整個網絡協議不需要進行任何修改，終端軟件也不需要進行任何修改。
CPE和全一體化基站盡量采用整個頻段中兩端的頻率，減少濾波器設計的復雜度，每個小區的覆蓋和回傳支持3～4個頻點即可。
2.2.2 方案優勢
終端完全不需要區分自己是工作在一個宏基站下，還是工作在一個無線中繼系統下，僅根據廣播信號強度區分小區。
整個系統安裝在高層建筑的樓頂，CPE信號有保障，全一體化基站靠近終端，終端信號有保障，大幅度提高整網的覆蓋質量。
除城區外，在山地，缺少傳輸資源的地方都可以使用。
2.3 有線傳輸備份解決方案
由于光纖通信的穩定性，對于重要的配電通信節點，往往會選擇光纖通信方式。光纖的布設往往是與輸電線路采用相同的路由。這種鋪設方式雖然減少了建設成本，但是當線路發生損壞或者中斷的時候，光纖通信也會出現一些問題。如果能夠使用無線通信方式對有線通信進行備份，則可以大幅度提升通信的可靠性。
在電力業務對通信信道要求較高的場景下，往往采用xPON+LTE230雙通道解決方案，形成有線和無線的互相備份，系統結構如圖5所示。
在雙通道解決方案中，ONU設備同時具備xPON接口和LTE230通信模塊，實現xPON與LTE230的同時在線。在xPON網絡正常的情況下，通過系統自動判斷選擇xPON網絡作為數據傳輸的通道，一旦xPON網絡故障，系統會切換到LTE230網絡傳輸數據。
該方案優勢如下：
（1）系統可靠性高。在光纖通道正常情況下采用光纖通信，通信可靠性高；當光纖故障的情況下采用無線通信，保證通信不中斷。
（2）備份成本低。與雙光纖的備份方案相比，光纖+無線的備份方案建設成本與維護成本都更加低廉。
3 結束語
隨著電力無線專網的廣泛應用，對于不同場景下，無線專網的解決方案也日益豐富。本文提出的地下室解決方案、密集城區陰影解決方案、以及有線傳輸無線備份解決方案，有效的解決了電力無線專網在應用中遇到的問題，突出了無線專網的優勢，為電力無線專網的應用打下良好的技術基礎。
參考文獻
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