光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)在荊州供電公司的應(yīng)用

楊先才 國(guó)網(wǎng)湖北電力荊州供電公司

光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)在荊州供電公司的應(yīng)用

楊先才 國(guó)網(wǎng)湖北電力荊州供電公司

為解決配網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度及搶修指揮中心自動(dòng)化系統(tǒng)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(lián)合通信網(wǎng)在配用電自動(dòng)化、應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)上的應(yīng)用研究。在總體規(guī)劃，循序漸進(jìn)，避免重復(fù)建設(shè)的指導(dǎo)原則下，于荊州核心城區(qū)構(gòu)建了一張以光纖網(wǎng)絡(luò)為骨干，無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)為主要接入手段的融合通信網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)多參數(shù)監(jiān)測(cè)、饋線自動(dòng)化、故障定位、高故障設(shè)備隔離、配網(wǎng)調(diào)度一體化數(shù)字集群指揮系統(tǒng)等多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用。文章重點(diǎn)分析了光纖和無線通信接入如何滿足電力應(yīng)用需求，闡述了構(gòu)建光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，提出了供電公司通信網(wǎng)建設(shè)的新思路。

配網(wǎng)生產(chǎn) 指揮應(yīng)急 業(yè)務(wù)應(yīng)用 光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng) 無線通信終端

引言

建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無法實(shí)現(xiàn)。

近年來，基于國(guó)網(wǎng)荊州供電公司應(yīng)急指揮中心試點(diǎn)建設(shè)工作，國(guó)網(wǎng)荊州供電公司通過大量的實(shí)際調(diào)研，圍繞利用配網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)控和控制的統(tǒng)一集中管理，使配網(wǎng)調(diào)度指揮、運(yùn)行監(jiān)控、故障應(yīng)急、生產(chǎn)協(xié)調(diào)完全融合的功能定位，提出了建設(shè)光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)以匹配智能電網(wǎng)對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)高標(biāo)準(zhǔn)要求的新思路，并進(jìn)行了試點(diǎn)建設(shè)工作，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

一、光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)簡(jiǎn)介

在我國(guó)目前的電力通信系統(tǒng)中，存在著多種通信技術(shù)手段，比較常見的有：光纖專網(wǎng)、電力線通信、無線公網(wǎng)及無線專網(wǎng)。上述各種技術(shù)手段都有其優(yōu)勢(shì)同時(shí)又有其弱點(diǎn)，因此，在現(xiàn)階段，如果僅依靠某種單一的通信技術(shù)手段，要想在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)于電力通信網(wǎng)絡(luò)的全面改造，使其達(dá)到智能電網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求，是難以實(shí)現(xiàn)的，只有因地制宜，采用多種通信手段相結(jié)合的方式，充分發(fā)揮各種通信方式的優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，才是可行之道。基于此，荊州供電公司提出了建設(shè)光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)的新思路。

光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)，顧名思義，即為利用光纖通信技術(shù)與無線通信技術(shù)相結(jié)合組建的融合通信網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以光纖專網(wǎng)為骨干，以寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)為有益補(bǔ)充，既保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性、安全性及穩(wěn)定性，又大大提升了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靈活性，實(shí)用性。其建設(shè)思路如下：

在通信骨干網(wǎng)絡(luò)下，對(duì)于一些重要的，容易實(shí)現(xiàn)并要實(shí)現(xiàn)遙控的電力設(shè)施上，采用光纖無源光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)（業(yè)內(nèi)多位專家都專門行文介紹此技術(shù)，本文不再贅述），對(duì)于其他設(shè)施點(diǎn)采用寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)作為接入手段，本文將重點(diǎn)介紹此種技術(shù)在荊州的應(yīng)用。

二、光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)在荊州的應(yīng)用

荊州供電公司經(jīng)過多方調(diào)研，選擇了基于IEEE802.16e協(xié)議的無線寬帶技術(shù)作為光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)的主要接入手段，并在光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)中集成全數(shù)字語音集群調(diào)度、視頻回傳、GPS定位等現(xiàn)代化應(yīng)急搶修技術(shù)，同時(shí)為移動(dòng)辦公系統(tǒng)、快速應(yīng)急部署等增值服務(wù)預(yù)留相關(guān)接口。

（一）基本概況

荊州光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)第一期工程覆蓋范圍為荊州政治中心城區(qū)內(nèi)約10平方公里的范圍。根據(jù)工程建設(shè)的需求，本次工程將利用光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)為覆蓋區(qū)域內(nèi)支線電力終端設(shè)備提供接入服務(wù)，并同時(shí)為荊州應(yīng)急集群指揮調(diào)度系統(tǒng)提供通信支撐服務(wù)。

荊州光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)第一期工程整個(gè)覆蓋區(qū)域如圖1所示，圖中紅線標(biāo)記范圍內(nèi)區(qū)域即為目標(biāo)覆蓋區(qū)域：

（二）光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)組網(wǎng)

圖2　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

整個(gè)系統(tǒng)主要由接入層、匯聚層及核心層三部分組成，現(xiàn)簡(jiǎn)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(lián)的電力設(shè)備終端（FTU，TTU及DTU等）組成，這些設(shè)備一起為客戶提供豐富多彩的業(yè)務(wù)應(yīng)用，是整個(gè)系統(tǒng)功能具體實(shí)現(xiàn)的體現(xiàn)。

（2）匯聚層：匯聚層主要由基站及基站側(cè)交換機(jī)組成，基站主要負(fù)責(zé)處理無線信號(hào)調(diào)制及將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)射出去，并通過無線信號(hào)與接入層無線終端設(shè)備進(jìn)行通信?；緜?cè)交換機(jī)主要負(fù)責(zé)基站與中心交換機(jī)的通信，并將各基站聯(lián)接起來組成無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)。匯聚層在整個(gè)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)提供空中接口，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

（3）核心層：核心層由各種服務(wù)器組成的子系統(tǒng)構(gòu)成，其功能是監(jiān)控和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，處理所有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)任務(wù)，包括網(wǎng)絡(luò)配置、告警處理、用戶管理和錯(cuò)誤日志；所有基站和通信終端都可以通過核心層進(jìn)行重新配置，從而最大限度地減少了現(xiàn)場(chǎng)處理。核心層中除網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)以外，其他子系統(tǒng)都可以根據(jù)用戶的實(shí)際應(yīng)用需要靈活選擇。

在圖2中還可以看到配電SCADA系統(tǒng)，所有來自無線終端的數(shù)據(jù)最后都經(jīng)由核心層處理，再通過安全檢測(cè)后匯聚到該系統(tǒng)。當(dāng)然，對(duì)于不同應(yīng)用的用戶來說，來自無線終端的數(shù)據(jù)最后匯聚的終點(diǎn)雖然各不相同，但無一例外均可以通過無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向、高速的數(shù)據(jù)傳輸，這也正是本系統(tǒng)“透明的信息高速公路”特性的具體體現(xiàn)。

（三）基站站址及基站設(shè)備選擇

在荊州光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)的建設(shè)中，優(yōu)先選擇荊州供電公司自有資產(chǎn)（辦公樓、變電站、營(yíng)業(yè)所、三產(chǎn)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(chǎn)業(yè)均建有專用的通信機(jī)房，傳輸設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備配置齊全，具備建站的基本條件。2.避免了物業(yè)租賃難、租賃費(fèi)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(chǎn)業(yè)建站，系統(tǒng)規(guī)劃簡(jiǎn)單，后期維護(hù)及擴(kuò)容更為方便。

選擇分布式基站作為主要設(shè)備。其優(yōu)勢(shì)如下：4.設(shè)備性能穩(wěn)定，功能齊全，維護(hù)簡(jiǎn)單，完全滿足電力系統(tǒng)的需要。5.該設(shè)備采用分布式架構(gòu)，將基站分為基帶處理單元BBU及射頻處理單元RRU兩個(gè)模塊。在實(shí)際使用中，即可構(gòu)建傳統(tǒng)的多扇區(qū)全向基站，亦可根據(jù)實(shí)際覆蓋需要，通過光纖拉遠(yuǎn)的方式（最大拉遠(yuǎn)距離10Km），將BBU及RRU布置于不同的地點(diǎn)，構(gòu)建少扇區(qū)甚至單扇區(qū)定向基站。與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)布網(wǎng)相比，采用分布式架構(gòu)可以大大增強(qiáng)對(duì)覆蓋目標(biāo)的針對(duì)性，減少投資，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建十分靈活。

（四）無線接入終端

光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)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(dòng)終端（內(nèi)置無線寬帶接入芯片的PDA、USB無線接入卡、工業(yè)級(jí)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(yīng)用中，電力設(shè)備終端（FTU、TTU等）通過CPE與核心系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)包括饋線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、配變運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、高故障設(shè)備監(jiān)控、配用電數(shù)據(jù)交互采集、故障定位自動(dòng)定位等傳統(tǒng)電力行業(yè)應(yīng)用；同時(shí)用戶亦可通過移動(dòng)終端（PDA、平板筆記本等）實(shí)現(xiàn)應(yīng)急調(diào)度指揮一體化、移動(dòng)辦公等廣泛的業(yè)務(wù)應(yīng)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(lián)合通信網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

（一）功能論證

荊州光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)第一期工程建成以后，承擔(dān)了在荊州政治中心試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)為配電自動(dòng)化系統(tǒng)提供專用的無線接入通道的任務(wù)，進(jìn)行了廣泛的業(yè)務(wù)功能測(cè)試，進(jìn)一步驗(yàn)證了光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)架構(gòu)在電力通信網(wǎng)智能化改造和建設(shè)中的可行性，目前其實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

1.配合饋線自動(dòng)化子系統(tǒng)中所使用的新型FTU在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)采集就地的交流測(cè)量量（如電壓、電流、功率等）和狀態(tài)量（如開關(guān)位置、儲(chǔ)能情況等），以及執(zhí)行遙控命令（如跳合開關(guān)）。

2.在故障自動(dòng)定位子系統(tǒng)中，將中繼器與判斷器采集的負(fù)荷信息和故障信息發(fā)回主站，實(shí)現(xiàn)配電的負(fù)荷信息、故障信息采集，及時(shí)反映線路運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)。使指揮調(diào)度中心系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路負(fù)荷信息，智能準(zhǔn)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(tǒng)確定線路故障區(qū)段，提供搶修決策，及時(shí)通知相關(guān)線路運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)隔離故障區(qū)段，快速查找及排除故障。

3.將配變運(yùn)行狀態(tài)多參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端數(shù)據(jù)傳回指揮中心主站，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、電量計(jì)量、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警等功能。

4.將高故障設(shè)備監(jiān)控及事故隔離子系統(tǒng)中的各配電終端檢測(cè)到的故障報(bào)警數(shù)據(jù)，變電站、開閉所等的繼電保護(hù)信號(hào)、開關(guān)跳閘等故障數(shù)據(jù)傳回指揮中心主站，使指揮中心能夠及時(shí)啟動(dòng)故障處理程序，確定故障類型和發(fā)生位置，輔助調(diào)度員進(jìn)行遙控操作，達(dá)到快速隔離故障和恢復(fù)供電的目的。

5.對(duì)配網(wǎng)調(diào)度一體化指揮通訊子系統(tǒng)提供通信支撐，實(shí)現(xiàn)了視頻回傳、語音調(diào)度、集群指揮、定位監(jiān)控、視頻會(huì)議、并和GIS系統(tǒng)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)搶修人員就近調(diào)度等豐富多彩的功能應(yīng)用，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急能力，提升了網(wǎng)絡(luò)安全性及可靠性。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能綜述如圖5所示：

圖5　一期工程功能綜述圖

（二）建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)效益分析

光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)利用無線寬帶技術(shù)作為主要的接入手段，充分利用了無線網(wǎng)絡(luò)部署靈活的特點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)接入方式組網(wǎng)相比較，擁有較大優(yōu)勢(shì)，其具體表現(xiàn)在：

（1）建設(shè)周期短：整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無需敷設(shè)大量的光纜，同時(shí)極大地?cái)[脫了城市光纜的管道及物業(yè)協(xié)調(diào)成本日益增加對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的干擾，因此大大縮短了建設(shè)周期，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期與傳統(tǒng)接入方法對(duì)比如下表：

（2）性價(jià)比高：無線接入與傳統(tǒng)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(qū)預(yù)計(jì)接入的電力終端設(shè)備投資成本對(duì)比表如下：

（3）易于維護(hù)：電力系統(tǒng)信息采集點(diǎn)種類多、數(shù)量多，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)改造較多、變動(dòng)頻繁，如采用傳統(tǒng)接入方式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需耗費(fèi)大量的人力物力重新鋪設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)成本高。而采用無線接入時(shí)，在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)可以根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，大大降低了網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本，同時(shí)也降低了維護(hù)人員的工作負(fù)擔(dān)。

（4）一張網(wǎng)下實(shí)現(xiàn)多種功能、滿足智能電網(wǎng)需求：寬帶無線接入技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用范圍很廣。采用寬帶無線接入技術(shù)，除了可以解決配電網(wǎng)的問題，還可以解決其他問題，比如備用通信、應(yīng)急指揮通信、移動(dòng)辦公、移動(dòng)營(yíng)銷、農(nóng)村電網(wǎng)通信、高壓線路視頻監(jiān)控、定位、無線調(diào)度等，極大地提升了整個(gè)供電系統(tǒng)的工作效率。

四、小結(jié)

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)對(duì)通信的依賴程度越來越大，沒有好的通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐，智能電網(wǎng)只能是“鏡中花，水中月”。為此，急需引入新的通信技術(shù)手段，以從根本上改變這一現(xiàn)象。荊州供電公司在多方調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分吸收2011年國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)部鼓勵(lì)智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新及實(shí)踐，繼續(xù)孵化具有創(chuàng)新性的試點(diǎn)工程（如電力專用無線寬帶網(wǎng)絡(luò)等）的精神，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，大膽提出建設(shè)光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)的思路，來突破這一瓶頸。

荊州供電公司光纖無線聯(lián)合通信網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)，是一個(gè)系統(tǒng)化，整體化，結(jié)構(gòu)化的工程。其建設(shè)目的并不僅僅局限于某個(gè)具體的功能的實(shí)現(xiàn)，也不僅僅局限于某個(gè)部門的具體應(yīng)用，而是著眼于通過引進(jìn)現(xiàn)代化的通信手段，為配網(wǎng)自動(dòng)化、應(yīng)急搶修指揮、電力營(yíng)銷系統(tǒng)等服務(wù)提供一個(gè)可靠地，有效地，先進(jìn)的專有統(tǒng)一通信平臺(tái)，從整體上提升荊州地區(qū)電力通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代化水平，更好的服務(wù)于荊州人民，具有較大的推廣價(jià)值。

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