基于LTE 技术的电力通信应用研究

2014-12-03孔文霞KONGWenxia王敬WANGJing

价值工程 2014年36期

孔文霞 KONG Wen-xia；王敬 WANG Jing

（国网河北省电力公司邯郸供电分公司，邯郸 056035）

（State Grid Hebei Electric Power Company Handan Power Supply Company，Handan 056035，China）

0 引言

电力通信网同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱，是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础。随着智能电网的应用普及，寻求一种合理的电力通信网实施策略，从而支撑智能电网多业务、安全性、保密性和实时性差异需求，成为了保障电网安全、稳定、经济运行的重要环节。目前，电力通信网采用的通信方式可分为有线方式和无线方式，其中，有线方式包括电力线载波、音频电缆、光纤通信，无线方式包括微波通信、数传电台、租用公网的无线通信（短信数据采集系统、GPRS 无线数据采集、CDMA 无线数据采集）等。电力通信网现网依托于高压输电线路已建成光纤骨干网络，光缆已经覆盖到35kV 以上变电站，而如果全部配电网采用光纤覆盖，则投资巨大。

鉴于以上原因，在众多的电力通信方式中，LTE 宽带无线技术以其频带宽、传输速率高、覆盖范围广、业务支撑能力强、可靠、安全等特点，成为国际电力界公认的电力无线通信技术发展趋势。

1 LTE 技术研究

LTE（Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP 多伦多TSG RAN#26会议上正式立项并启动。LTE 系统引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和MIMO（Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出）等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（20M 带宽2X2MIMO 在64QAM 情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为140Mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps），并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz 和20MHz 等，且支持全球主流2G/3G 频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE 系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。LTE 系统有两种制式：FDDLTE 和TDD-LTE，即频分双工LTE 系统和时分双工LTE系统，二者技术的主要区别在于空中接口的物理层上（像帧结构、时分设计、同步等）。FDD-LTE 系统空口上下行传输采用一对对称的频段接收和发送数据，而TDD-LTE 系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，相对于FDD 双工方式，TDD 有着较高的频谱利用率。

LTE 网络有能力提供300Mbit/s 的下载速率和75Mbit/s 的上传速率。在E-UTRA 环境下可借助QOS 技术实现低于5ms 的延迟。LTE 可提供高速移动中的通信需求，支持多播和广播流。LTE 频段扩展度好，支持1.4MHZ至20MHZ 的时分多址和码分多址频段。

2 基于LTE 技术的电力通信网络组建

2.1 电力通信系统应用现状电力系统正常运行需要借助于有效的通信手段，将控制中心的命令准确地传送到远方终端，并将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。随着无线通信技术的不断发展，利用移动运营商提供的移动通信技术实现电力系统中的数据传输，将是电力系统自动化的重要发展方向。

与此同时，GPRS（General Packet RadioService）也是一种被广泛采用的通信方式，它是一种基于第二代移动通信系统GSM 的2.5G 无线分组交换技术。这种技术具有覆盖范围广、永远在线、投入费用低、可按流量收费等优点。相比之下，LTE 技术不仅具有GPRS 技术的优点，同时也弥补了GPRS 技术在传输速度、保密性、安全性等方面的不足，因此更能适应未来智能电网建设的发展方向与技术要求。系统由应用层、网络层以及终端组成如图1所示。

2.2 LTE 技术在电力通信中的应用

图1

2.2.1 配电自动化配电自动化系统一般分四个层，第一层为现场设备层。主要由馈线终端单元（FTU）、配变终端单元（TYU）、远动终端单元（RTU）和电量集抄器等构成，统称为配电自动化终端设备。第二层为区域集结层。以110kV 变电站或重要配电开闭所为中心，将配电网划分成若干区域，在各区域中心设置配电子站，又称“区域工作站”，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备。第三层为配电自动化子控制中心层。建设在城市的区域供电分局，一般配备基于交换式以太网的中档配电自动化后台系统。第四层为配电自动化总控制中心层。建设在城市的供电局，一般配备基于交换式以太网的高档配电自动化后台系统和大型数据库，用于管理整个城市范围内的配电网。中小型城市的配电自动化系统一般只有前三层设备，不需要第四层。目前集成化、智能化和综合化是发展趋势。

2.2.2 用电信息采集电力用户用电信息采集系统（power user electric energy data acquire system）是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。

2.2.3 负荷管理负荷管理即用经济的、技术的和行政的手段来控制电力系统负荷的增长速度及调整电力系统的负荷曲线求得最佳经济效益。电力系统联网的规模愈大，系统各部分的最大负荷就愈不会在同一时刻出现，通过错峰效应。可以充分利用整个电力系统的发电设备的容量，起削峰填谷的作用。

2.2.4 输电线路监控由终端部分和监控管理中心两大部分组成。终端设备包括一个防水、防尘、防电磁干扰、满足IP65防护等级的机箱、太阳能供电板，一体化智能匀速球。监控中心包括图像监控服务器和图像监控客户端。

采集模拟视频信号送到无线视频终端，经过数字化、视频压缩编码后，通过LTE 无线网络、internet 发送到视频监控中心，在监控中心上对视频流进行解码，即可看到摄像头拍摄的现场视频画面。

2.2.5 应急指挥调度电力应急指挥调度系统是对电网出现的重大电网事故、突发灾害进行预警、防范、化解和善后的全程管理体系。系统包括指挥中心的建设、通信系统的建设和应急指挥平台软件的建设。