基于4G通信技術(shù)的配網(wǎng)自動化應(yīng)用

張 誠

（廣東辰譽電力設(shè)計咨詢有限公司，廣東 佛山528200）

1 配網(wǎng)自動化需求分析

隨著生產(chǎn)和生活對電力供應(yīng)需求的不斷增長，配電網(wǎng)自動化建設(shè)也進入了高速發(fā)展的時期，配電網(wǎng)自動化對電力通信需求也越來越復(fù)雜，針對配電網(wǎng)自動化的業(yè)務(wù)模型、業(yè)務(wù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)規(guī)格，對應(yīng)的配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)具有各自不同的要求，其需求分析如下。

1）先進性

配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)能夠可持續(xù)發(fā)展。采用科學(xué)的、主流的、符合發(fā)展方向的技術(shù)、設(shè)備和理念，根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)不足及故障情況分析得出最優(yōu)化、適合電力通信網(wǎng)發(fā)展的方案。

2）安全性

配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)運行的基礎(chǔ)是安全，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要具備災(zāi)備、安全預(yù)警及運行安全監(jiān)測等相關(guān)保障體系，人員操作要符合制度規(guī)范，關(guān)鍵設(shè)備和模塊應(yīng)該有冗余備份。

3）可靠性

配電網(wǎng)終端在正常運行時向配電網(wǎng)主站定期發(fā)送相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)；而在發(fā)生電網(wǎng)故障等異常情況時，配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)需要承擔(dān)遠遠超出正常運行時的通信負(fù)載。因此，通信系統(tǒng)的最大負(fù)荷（帶寬、延遲）不僅要能滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)日常的通信要求，還要能在系統(tǒng)異常時快速及時地傳送大量數(shù)據(jù)[1]。此外網(wǎng)絡(luò)設(shè)計應(yīng)采用災(zāi)備系統(tǒng)及冗余連接，保證核心設(shè)備和通信線路在系統(tǒng)發(fā)生異常時能自動切換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備選型、系統(tǒng)建設(shè)、制度建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)管理需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)運行可靠性、可用性以及可維護性，確保網(wǎng)絡(luò)是一個不間斷的運行系統(tǒng)。同時，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備越來越多，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和管理的難度相應(yīng)的增加，通信系統(tǒng)應(yīng)具有實時監(jiān)測、統(tǒng)計分析、故障告警等設(shè)備管理功能。

4）可擴展性

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能配網(wǎng)技術(shù)越來越得到業(yè)界的關(guān)注。配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計不但要保證當(dāng)前業(yè)務(wù)的需求，也要考慮未來智能配網(wǎng)體系的對接。最大化的保護原有設(shè)備的投資。配電網(wǎng)規(guī)模比輸電網(wǎng)大得多，在節(jié)點終端設(shè)備上兩者相差近兩個數(shù)量級，這對通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、架構(gòu)規(guī)劃和覆蓋能力提出了很高的要求[2]。

5）實用性

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中線路的投資屬于長期投入，配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)需要在先進性、安全性、可擴展性、可靠性和穩(wěn)定性以及建設(shè)投資成本上進行綜合平衡，要求在性能滿足未來需求的前提下具有較優(yōu)的系統(tǒng)性價比。

2 4G技術(shù)在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的地位

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)通信的特點

配電網(wǎng)自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分布特點決定了配電網(wǎng)自動化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布分散、節(jié)點多、工作環(huán)境差等等特征，使得通信技術(shù)的選擇異常復(fù)雜，目前配網(wǎng)通信系統(tǒng)在使用的技術(shù)方案有光纖通信、中壓載波通信、無線公網(wǎng)通信、無線專網(wǎng)通信等等。其中，無線公網(wǎng)是指由公網(wǎng)通信運營商建設(shè)并且對公眾開放的通信網(wǎng)絡(luò)。無線公網(wǎng)對用戶的數(shù)量沒有限制，用戶無需建網(wǎng)和維護，具有建設(shè)周期短、業(yè)務(wù)開展快、初期網(wǎng)絡(luò)成本低等特點。

2.2 4G技術(shù)在配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中的優(yōu)勢分析

目前基于2/3G技術(shù)的國內(nèi)無線蜂窩數(shù)據(jù)通信采用的技術(shù)包括2G系統(tǒng)的GSM體制GPRS/EDGE和基于CDMA體制的CDMA2000 1x，以及3G系統(tǒng)的WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000 1x EVDO。目前各大城市均有WCDMA和TD-SCDMA覆蓋網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)運營商采用雙模終端，實現(xiàn)2G網(wǎng)絡(luò)補充3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式運營。

4G通信技術(shù)的相對與2/3G數(shù)據(jù)通信最主要特征是開放式高速移動傳輸，擁有傳播速度快和傳播方便的特點，特別是在傳輸大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)異常信息時，能夠保證大帶寬和低延遲；4G通信技術(shù)在信息傳輸?shù)倪^程中還展示出了自身的定位查找功能，為遠程監(jiān)控以及實地監(jiān)測提供了良好的網(wǎng)絡(luò)條件，在對配電網(wǎng)運行狀態(tài)的監(jiān)測過程中也能夠發(fā)揮出自身的重要作用。

TD-LTE是我國自主研發(fā)推出的4G移動通信標(biāo)準(zhǔn)，中國對于標(biāo)準(zhǔn)的政策支持也達到前所未有的力度，從支持國家創(chuàng)新角度來看，TD-LTE的應(yīng)用優(yōu)勢將優(yōu)于其他無線通信制式。其相對于前代的2/3G通信技術(shù)，具有的優(yōu)勢有以下兩個方面。

1）網(wǎng)絡(luò)通信可靠性高

公網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)容量是有限的，2/3G通信技術(shù)由于其低帶寬的特性，一旦發(fā)生自然災(zāi)害等緊急情況，公眾業(yè)務(wù)增多的同時電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)通信數(shù)據(jù)量也會增加，如果這時由于2/3G網(wǎng)絡(luò)帶寬或延遲問題導(dǎo)致配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中斷，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的斷網(wǎng)事故。另一方面，由于無線公網(wǎng)服務(wù)于民眾，網(wǎng)絡(luò)通道受政府機構(gòu)、軍隊等單位的影響較大，區(qū)域GPRS網(wǎng)絡(luò)臨時被關(guān)閉時有發(fā)生，導(dǎo)致片區(qū)低壓集抄業(yè)務(wù)全部中斷。此外，每年在部分區(qū)域，學(xué)校、政府機構(gòu)、保密部門等企事業(yè)單位有意制定的信號屏蔽等也將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷，連帶影響整個基于2/3G網(wǎng)絡(luò)的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)不可用。4G通信技術(shù)由于通信頻段與2/3G不在相同的頻段內(nèi)，因此受干擾的可能減少。

2）終端在線率及通信成功率低

2G網(wǎng)絡(luò)中的GPRS數(shù)據(jù)通信技術(shù)是一個采用GSM技術(shù)體制實現(xiàn)的通用分組無線業(yè)務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)中語音和數(shù)據(jù)占用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，并且根據(jù)QoS保證語音相對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有優(yōu)先權(quán)，因此一旦語音業(yè)務(wù)負(fù)載過高，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就無法得到保障，甚至出現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷的情況。經(jīng)過系統(tǒng)統(tǒng)計，目前配電網(wǎng)在GPRS/CDMA系統(tǒng)的一次通信成功率低于90%，無線公網(wǎng)GPRS終端在線率（終端在線時長/總統(tǒng)計時長）約為85%，這無法滿足電網(wǎng)對于業(yè)務(wù)終端的在線率要求。而4G技術(shù)語音和數(shù)據(jù)分離，分別放在不同的網(wǎng)絡(luò)資源上承載，互不影響，因此能保證更高的通信成功率和在線率。

3 基于4G的配網(wǎng)自動化終端接入方案設(shè)計

基于4G的配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)由遠程終端、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測中心三部分組成。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用基于TD-LTE技術(shù)的無線公網(wǎng)來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要為用戶終端提供無線信號接入，用戶終端層通過無線空中接口與接入層基站互聯(lián)，接入層通過電力系統(tǒng)光纖通信專網(wǎng)建立與監(jiān)測中心的聯(lián)系，實行無線資源的管理、業(yè)務(wù)的調(diào)度等功能。無線通信規(guī)約采用IEC60870-5-101規(guī)約。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)同時提供軟件數(shù)據(jù)接口，為地調(diào)SCADA、負(fù)荷監(jiān)控和管理、用電營業(yè)管理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)支持。

4 總結(jié)

本文針對電力通信的特點，分析了4G技術(shù)在配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)中的應(yīng)用利弊，并簡要提出了能滿足復(fù)雜條件下基于4G技術(shù)的配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)設(shè)計方案。4G通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用必定會成為今后電力系統(tǒng)通信發(fā)展的重要方向，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展以及社會的發(fā)展都有重要的意義。

［1］賈董鵬.配網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].華南理工大學(xué),2009.

［2］張淦.配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)研究及應(yīng)用[D].鄭州大學(xué),2011.