TD—LTE技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景探討

劉芳白

【摘要】 本文通過(guò)對(duì)TD-LTE技術(shù)特點(diǎn)的分析，結(jié)合電力系統(tǒng)對(duì)寬帶無(wú)線通信技術(shù)的需求，對(duì)TD-LTE技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討，提出了應(yīng)用解決方案。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 電力系統(tǒng) 應(yīng)用 方案

一、TD-LTE技術(shù)介紹

1.1 TD-LTE技術(shù)概述

TD-LTE 即 Time Division- Long Term Evolution（時(shí)分長(zhǎng)期演進(jìn)），是第四代（4G）移動(dòng)通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。由于TDD雙工方式由于具有可以利用信道的對(duì)稱特性提高傳輸效率、不需要復(fù)雜笨重的頻率雙工器、可以靈活地分配上下行信道的無(wú)線資源、不需要對(duì)稱頻帶等優(yōu)點(diǎn)正逐漸成為全球公認(rèn)、使用非對(duì)稱頻譜的解決方案。

TD-LTE作為我國(guó)新一代寬帶無(wú)線通信網(wǎng)，被列入了國(guó)家重大科技專項(xiàng)，科技部將TD-LTE列入國(guó)家科技重點(diǎn)支撐項(xiàng)目，加強(qiáng)TD-LTE工作的推動(dòng)，包括新一代無(wú)線技術(shù)評(píng)估、網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和總體實(shí)施共4個(gè)項(xiàng)目。

1.2 TD-LTE系統(tǒng)性能

（1）通信速率高，TD-LTE實(shí)現(xiàn)了峰值速率的顯著提高。在20MHz帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(dá)到HSDPA的3到4倍，上行達(dá)到HSUPA的2到3倍，系統(tǒng)平均頻譜效率則可以達(dá)到1.58/0.66bps/Hz/小區(qū)。

（3）具有較好移動(dòng)性。TD-LTE可實(shí)現(xiàn)終端移動(dòng)速度為0～15km/h時(shí)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(dòng)性目標(biāo)；5～30km輕微降低；最大覆蓋范圍可達(dá)100km。

（5）延遲小。子幀長(zhǎng)度為0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問(wèn)題并降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，控制面延遲小于100ms，用戶面時(shí)延小于 5ms。

（6）架構(gòu)簡(jiǎn)單，服務(wù)質(zhì)量高。TD-LTE采用簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和軟件架構(gòu)，以信道共用為基礎(chǔ)，以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上將基于分組交換。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的QoS機(jī)制，保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

二、電力系統(tǒng)對(duì)無(wú)線通信的需求及特點(diǎn)分析

國(guó)家電網(wǎng)公司以“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”為戰(zhàn)略目標(biāo)，近年來(lái)開(kāi)展了大量有關(guān)智能配電通信網(wǎng)和智能用電通信網(wǎng)的研究與實(shí)踐應(yīng)用工作。不同于公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，電力對(duì)無(wú)線通信的需求主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）電力業(yè)務(wù)分布特征突出

電力業(yè)務(wù)分布不同于傳統(tǒng)無(wú)線通信業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)分布的下列特征對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提出了特殊要求：

●終端位置相對(duì)固定：終端一旦安裝后，其位置很少變動(dòng)，因此網(wǎng)絡(luò)可設(shè)計(jì)成固定無(wú)線接入模式的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中可以少考慮或不考慮終端的漫游與切換等復(fù)雜功能，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議的設(shè)計(jì)。

●終端分布大體均勻：公眾通信網(wǎng)不同，電力需求側(cè)通信終端分布大體上是均勻的，用電量大小只體現(xiàn)在變壓器容量上，和通信終端的數(shù)量無(wú)關(guān)；所以可以采用相對(duì)簡(jiǎn)單的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源的分配。

●終端分布區(qū)域分散：各終端相距較遠(yuǎn)，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋提出了較高要求。

●網(wǎng)絡(luò)的特殊性：在電力通信網(wǎng)中，終端之間并不需要具有通信功能，終端作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的最邊沿部分僅需要與處于網(wǎng)絡(luò)核心的主站服務(wù)器進(jìn)行通信，因此基站作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入設(shè)備，并不需要具備交換的功能，僅需要完成終端上行數(shù)據(jù)的集中上傳以及下行信息的廣播發(fā)送功能。

（2）多種電力業(yè)務(wù)需求并存

電力需求側(cè)管理特殊的應(yīng)用環(huán)境和業(yè)務(wù)需求，使業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具備以下特點(diǎn)。

●間斷通信與突發(fā)通信并存：正常運(yùn)營(yíng)情況下，電力需求側(cè)通信往往特定時(shí)刻進(jìn)行，如遠(yuǎn)程抄表、變壓器數(shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)等主站；突發(fā)事件則需要通過(guò)有效的通信手段盡快地傳送回主站系統(tǒng)。

●非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)與實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)并存：上述間斷通信的業(yè)務(wù)屬于非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，而突發(fā)通信的業(yè)務(wù)屬于實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)；

●重載負(fù)荷與輕載負(fù)荷并存：非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)一般較多，屬于重載負(fù)荷；實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量一般較少，屬于輕載負(fù)荷。

●電力業(yè)務(wù)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)要求較高：根據(jù)電力業(yè)務(wù)通信特點(diǎn)，對(duì)涉及的通信業(yè)務(wù)及其通信系統(tǒng)提出如下要求：

①可靠性要求高：電力所采集數(shù)據(jù)和管理對(duì)象所處環(huán)境復(fù)雜（如需求側(cè)配網(wǎng)自動(dòng)化所涉及區(qū)域是分布區(qū)域廣的配電線路、一次設(shè)備和配電終端），運(yùn)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(tǒng)必須能夠滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的通信可靠性，外界干擾產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包平均丟失率應(yīng)控制在低水平。

②安全性要求高：電力通信系統(tǒng)要求能夠保證數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)路中傳輸?shù)陌踩?，?yīng)該能夠抵抗惡意攻擊導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包丟失，保證電力需求側(cè)通信數(shù)據(jù)的正常傳輸順利進(jìn)行；比如保證采集數(shù)據(jù)不被惡意篡改以致影響電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益，保證控制數(shù)據(jù)為被篡改以致影響電力系統(tǒng)運(yùn)行安全等。

③及時(shí)性要求高：電力中既包括實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，也包括非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，但即使是非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，也有時(shí)間上的要求，即通信的及時(shí)性要求；比如自動(dòng)抄表和臺(tái)區(qū)變壓器數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域，通信數(shù)據(jù)需要在特定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)。

根據(jù)上述分析，電力系統(tǒng)所構(gòu)建的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足以上要求、可規(guī)模組網(wǎng)、并具備專網(wǎng)專用的能力、全網(wǎng)采用統(tǒng)一技術(shù)制式，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可保證業(yè)務(wù)高安全性及高精確控制性。

三、TD-LTE技術(shù)在電力系統(tǒng)通信應(yīng)用方案

3.1 配電自動(dòng)化TD-LTE解決方案

配網(wǎng)是電力系統(tǒng)中直面客戶的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，在配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是提高供電可靠性，確保供電質(zhì)量，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要手段。配網(wǎng)自動(dòng)化的各類采集單元采集數(shù)據(jù)可以通過(guò)RS232/RS485/FE連接到TD-LTE終端設(shè)備上，通過(guò)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)承載，完成和配電自動(dòng)化系統(tǒng)的互聯(lián)互通。采用TD-LTE技術(shù)可以解決配電網(wǎng)采集站點(diǎn)多，光纜無(wú)法敷設(shè)等問(wèn)題。

3.2 計(jì)量自動(dòng)化TD-LTE解決方案

計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)各變電站、電廠、公變、專變及低壓用戶計(jì)量點(diǎn)電量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，減少了人工抄表的時(shí)間誤差，并且提高了抄表效率。變電站、電廠實(shí)現(xiàn)15分鐘數(shù)據(jù)讀取，主網(wǎng)可實(shí)時(shí)觀測(cè)到各變電站，各條線路的數(shù)據(jù)，配合調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全，有力保障了區(qū)域安全供電。

用戶電表可通過(guò)低壓載波方式將用戶用電信息等傳遞到集中器，通過(guò)在集中器內(nèi)置TD-LTE無(wú)線模塊的方式就可以實(shí)現(xiàn)用戶用電信息和電網(wǎng)營(yíng)銷系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

3.3 應(yīng)急通信TD-LTE解決方案

近年來(lái)，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，地震中容易使電力通信電路出現(xiàn)了大面積癱瘓，同時(shí)多次發(fā)生的大范圍洪澇、雨雪冰凍等天氣，也導(dǎo)致部分輸電線路出現(xiàn)倒塔、斷線等災(zāi)害，電網(wǎng)安全運(yùn)行與電力供應(yīng)受到了嚴(yán)重的威脅。在抗擊災(zāi)害、保障電網(wǎng)安全面前，電力通信支撐能力再次經(jīng)受著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。面對(duì)突如其來(lái)的自然災(zāi)害和出現(xiàn)的各種問(wèn)題，電力通信應(yīng)急體系的建設(shè)迫在眉睫。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，可采用車載或單兵TD-LTE終端迅速在現(xiàn)場(chǎng)建立起應(yīng)急無(wú)線通信，及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)信息傳回指揮中心，保證指揮中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)度指揮。

四、結(jié)束語(yǔ)

TD-LTE作為新一代寬帶無(wú)線通信網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具有帶寬高、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，其在電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化、應(yīng)急指揮等方面可以發(fā)揮重要作用。由于電力系統(tǒng)通信對(duì)可靠性的要求很高，無(wú)線通信在電力系統(tǒng)通信中的保密措施、抗干擾措施需要通過(guò)進(jìn)一步研究解決。endprint