TD—LTE技术在电力系统的应用前景探讨

刘芳白

【摘要】 本文通过对TD-LTE技术特点的分析，结合电力系统对宽带无线通信技术的需求，对TD-LTE技术在电力系统的应用前景进行了探讨，提出了应用解决方案。

【关键词】 TD-LTE 电力系统 应用 方案

一、TD-LTE技术介绍

1.1 TD-LTE技术概述

TD-LTE 即 Time Division- Long Term Evolution（时分长期演进），是第四代（4G）移动通信技术与标准。由于TDD双工方式由于具有可以利用信道的对称特性提高传输效率、不需要复杂笨重的频率双工器、可以灵活地分配上下行信道的无线资源、不需要对称频带等优点正逐渐成为全球公认、使用非对称频谱的解决方案。

TD-LTE作为我国新一代宽带无线通信网，被列入了国家重大科技专项，科技部将TD-LTE列入国家科技重点支撑项目，加强TD-LTE工作的推动，包括新一代无线技术评估、网络新技术、实验验证和总体实施共4个项目。

1.2 TD-LTE系统性能

（1）通信速率高，TD-LTE实现了峰值速率的显著提高。在20MHz带宽内实现100Mbit/s的下行峰值速率，和50Mbit/s的上行峰值速率。

（2）频谱效率高。平均用户吞吐率和频谱效率下行达到HSDPA的3到4倍，上行达到HSUPA的2到3倍，系统平均频谱效率则可以达到1.58/0.66bps/Hz/小区。

（3）具有较好移动性。TD-LTE可实现终端移动速度为0～15km/h时拥有最佳性能；15～120km/h有较好性能；120～350km/h保持连接，确保不掉线。

（4）覆盖范围广。0～5km满足上述吞吐量和移动性目标；5～30km轻微降低；最大覆盖范围可达100km。

（5）延迟小。子帧长度为0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，控制面延迟小于100ms，用户面时延小于 5ms。

（6）架构简单，服务质量高。TD-LTE采用简单的网络架构和软件架构，以信道共用为基础，以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务的服务质量。

二、电力系统对无线通信的需求及特点分析

国家电网公司以“统一坚强智能电网”为战略目标，近年来开展了大量有关智能配电通信网和智能用电通信网的研究与实践应用工作。不同于公众移动通信网络，电力对无线通信的需求主要体现在以下方面。

（1）电力业务分布特征突出

电力业务分布不同于传统无线通信业务，业务分布的下列特征对无线网络提出了特殊要求：

●终端位置相对固定：终端一旦安装后，其位置很少变动，因此网络可设计成固定无线接入模式的网络，同时在网络中可以少考虑或不考虑终端的漫游与切换等复杂功能，简化网络结构与协议的设计。

●终端分布大体均匀：公众通信网不同，电力需求侧通信终端分布大体上是均匀的，用电量大小只体现在变压器容量上，和通信终端的数量无关；所以可以采用相对简单的方案来实现无线资源的分配。

●终端分布区域分散：各终端相距较远，对无线网络覆盖提出了较高要求。

●网络的特殊性：在电力通信网中，终端之间并不需要具有通信功能，终端作为整个网络设备的最边沿部分仅需要与处于网络核心的主站服务器进行通信，因此基站作为无线网络的接入设备，并不需要具备交换的功能，仅需要完成终端上行数据的集中上传以及下行信息的广播发送功能。

（2）多种电力业务需求并存

电力需求侧管理特殊的应用环境和业务需求，使业务数据具备以下特点。

●间断通信与突发通信并存：正常运营情况下，电力需求侧通信往往特定时刻进行，如远程抄表、变压器数据定时上报等主站；突发事件则需要通过有效的通信手段尽快地传送回主站系统。

●非实时性业务与实时性业务并存：上述间断通信的业务属于非实时性业务，而突发通信的业务属于实时性业务；

●重载负荷与轻载负荷并存：非实时性业务数据一般较多，属于重载负荷；实时性业务数据量一般较少，属于轻载负荷。

●电力业务对无线通信技术要求较高：根据电力业务通信特点，对涉及的通信业务及其通信系统提出如下要求：

①可靠性要求高：电力所采集数据和管理对象所处环境复杂（如需求侧配网自动化所涉及区域是分布区域广的配电线路、一次设备和配电终端），运行温度因素、电磁干扰因素，外力破坏因素多存在，因此要求通信系统必须能够满足业务数据的通信可靠性，外界干扰产生的数据包平均丢失率应控制在低水平。

②安全性要求高：电力通信系统要求能够保证数据在通信网路中传输的安全性，应该能够抵抗恶意攻击导致的数据包丢失，保证电力需求侧通信数据的正常传输顺利进行；比如保证采集数据不被恶意篡改以致影响电力系统经济效益，保证控制数据为被篡改以致影响电力系统运行安全等。

③及时性要求高：电力中既包括实时业务，也包括非实时业务，但即使是非实时业务，也有时间上的要求，即通信的及时性要求；比如自动抄表和台区变压器数据采集等领域，通信数据需要在特定的时间内到达。

根据上述分析，电力系统所构建的无线通信网络应满足以上要求、可规模组网、并具备专网专用的能力、全网采用统一技术制式，同时，网络可保证业务高安全性及高精确控制性。

三、TD-LTE技术在电力系统通信应用方案

3.1 配电自动化TD-LTE解决方案

配网是电力系统中直面客户的最后一个环节，在配电网中实现自动化是提高供电可靠性，确保供电质量，提升优质服务的重要手段。配网自动化的各类采集单元采集数据可以通过RS232/RS485/FE连接到TD-LTE终端设备上，通过TD-LTE网络进行数据承载，完成和配电自动化系统的互联互通。采用TD-LTE技术可以解决配电网采集站点多，光缆无法敷设等问题。

3.2 计量自动化TD-LTE解决方案

计量自动化系统对各变电站、电厂、公变、专变及低压用户计量点电量实现自动采集，减少了人工抄表的时间误差，并且提高了抄表效率。变电站、电厂实现15分钟数据读取，主网可实时观测到各变电站，各条线路的数据，配合调度系统，实时监测主网络运行的安全，有力保障了区域安全供电。

用户电表可通过低压载波方式将用户用电信息等传递到集中器，通过在集中器内置TD-LTE无线模块的方式就可以实现用户用电信息和电网营销系统的互联互通。

3.3 应急通信TD-LTE解决方案

近年来，我国地质灾害频发，地震中容易使电力通信电路出现了大面积瘫痪，同时多次发生的大范围洪涝、雨雪冰冻等天气，也导致部分输电线路出现倒塔、断线等灾害，电网安全运行与电力供应受到了严重的威胁。在抗击灾害、保障电网安全面前，电力通信支撑能力再次经受着严峻的考验。面对突如其来的自然灾害和出现的各种问题，电力通信应急体系的建设迫在眉睫。

当发生紧急情况时，可采用车载或单兵TD-LTE终端迅速在现场建立起应急无线通信，及时将现场信息传回指挥中心，保证指挥中心对现场的调度指挥。

四、结束语

TD-LTE作为新一代宽带无线通信网技术标准具有带宽高、覆盖范围广等特点，其在电力系统配电网自动化、应急指挥等方面可以发挥重要作用。由于电力系统通信对可靠性的要求很高，无线通信在电力系统通信中的保密措施、抗干扰措施需要通过进一步研究解决。endprint