LTE230系统在智能电网中的应用

张瀚峰 普天信息技术有限公司高级工程师

闫淑辉 普天信息技术有限公司高级工程师

冯世英 普天信息技术有限公司高级工程师

LTE230系统在智能电网中的应用

张瀚峰 普天信息技术有限公司高级工程师

闫淑辉 普天信息技术有限公司高级工程师

冯世英 普天信息技术有限公司高级工程师

介绍了基于TD-LTE技术的新型电力专用230MHz频段的无线通信系统，并给出了该系统在智能电网中的多种应用解决方案。该系统为用配网自动化、用电信息采集、负荷控制等关键业务提供了高性能、高安全、高可靠的无线通信支撑。

LTE230系统 智能电网 无线基站

1 引言

通信网络是智能电网的神经系统，是智能电网的基石，其中宽带无线通信技术以其特有的优势在智能电网中发挥着越来越不可替代的作用，是解决配用电侧全覆盖、全采集发展目标的必然选择。因此，如何更好地应用宽带无线通信技术，选择一种兼具信息安全性高、信息传输带宽高、系统可靠性高、维护方便性好、网络扩展能力强、业务适应性强、采用新一代技术的无线通信系统为智能电网提供优质的通信保障，已成为电力通信发展的必然选择。

基于电网230MHz专用频段，结合第四代移动通讯TD-LTE先进技术的新一代电力无线通信系统（简称“LTE230系统”）为“坚强智能电网”提供优质的通信保障，该系统能提供完全符合电网规范的集中器、采集器、负控终端通信模块，可便捷地与GPRS模块互换；可为电网定制图形化界面的网管，便捷地实现系统设备和终端设备的统一管理，具有数据采集、远程控制、图像或视频传输、语音、调度等多种功能；该系统可用于用电信息采集、配电自动化、应急抢修、生产调度、营销核算、视频监控、新能源接入、智能台区等多种业务，为其提供广覆盖、低时延、安全可靠的双向无线通信信道。

2 系统架构

本文提出的TD-LTE230系统是为电力行业量身打造的宽带无线接入系统。系统集成第四代移动通讯LTE网络架构的全部优点，并结合电力应用需求，利用载波聚合技术，将230MHz频段离散的窄带频点资源进行统一整合形成宽带资源以满足行业应用。同时，该系统引入了OFDM、高阶调制、高效编码、频谱感知等新技术，一方面提高了频谱效率，另一方面使系统具有优越的解调性能，提升了系统的抗干扰能力，从而保证了与数传电台系统在230MHz频段的共存。该系统能够支持包括用电信息采集、配电自动化、专变负控采集、视频传输等在内的电力业务，并能根据电力用户需求不断进行改进与定制。

LTE230系统主要由无线终端UE、无线基站eNodeB、核心网EPC及网管eOMC构成，具体参见图1。

●无线终端UE

LTE230系统的无线终端模块，直接与集中器、负控终端、配电自动化终端等电力终端设备通信。终端与监控单元能够无缝连接，即插即用。

●无线基站eNodeB

LTE230系统的无线基站，能够接入多路用户。包括固定基站以及移动基站（车载）。每个基站单个扇区最多可接入2000个电力数据用户。

●无线核心网EPC

LTE230系统的核心网，负责终端认证、终端IP地址管理、移动性管理等，直接连接智能电网主站。通过核心网，电力终端能够完成数据采集、视频监控、调度指挥、应急抢险等功能。

●网管eOMC

LTE230系统的网络管理单元主要包括两部分内容：网络状态监控和设备运维。该中心支持对现存的电力信息管理进行融合，并能利用各种多媒体手段、GIS技术，完成统一集成的多媒体调度指挥系统。

图1 LTE230系统架构

3 基于LTE230系统的智能电网解决方案

LTE230系统主要定位在电力配用电业务上，可以作为电力光纤骨干网络的延伸和补充。

3.1 用电信息采集应用

电力用户用电信息采集系统的采集对象为所有电力用户，包括各类大中小型专变用户、各类380/220V供电的工商业用户和居民用户、公用配变考核计量点。

根据国家电网电能量采集系统建设的情况和营销业务的分类调查，除电力用户外，还有许多电能计量点（公用配变考核）尚未实现自动采集。电力用户信息采集系统的统一采集平台，支持多种通信信道和终端类型，可用来采集其他的计量点，如小水电、小火电上网关口、直调统调关口、变电站的各类计量点。在系统建设需求的研究中，将用户分为6大类：大型专变用户、中小型专变用户、三相一般工商业用户、单相一般工商业用户、居民用户、公用配变考核计量点。居民用户用电信息采集以小区楼道、柱上变或小区箱变（公变）为单位，完成单个楼道或箱变负荷范围内全部居民用户、关口计量点的用电信息采集。安装于楼道的采集器、农村柱上变或小区箱变处的集中器即为一个远程通信节点。

安装在上述计量点的采集计量终端将用电信息数据采集后通过新型230MHz电力无线专网的专用通道送到远端业务主站，如图2所示。业务主站的下发指令也通过新型230MHz网络传递到采集计量终端中，以控制电力采集计量终端的操作，实现安全可靠的双向通信。

3.2 配电自动化业务应用

配电作为直接面向客户需求的环节，通过对用户用电情况的实时监控，采取削峰填谷的手段，通过有效转移负荷，在现有网架基础上配送更多电量，实现对电网保护和控制的优化，提高电网的工作效率，它在电网安全、可靠、稳定运行中起着重要作用，更是智能化电网后台应用系统的数据源。

相对于骨干电网，配电网特别是10kV及以下电压等级网络具有结构复杂、电压等级多、配电设备数量多、支线多、分布广的特点。由此，也决定了配电网数据业务具有接线复杂、分布分散、通信点多、通信设备工作环境较差、单个通信点信息量仅几百波特，但基础数据库的信息量非常庞大的特征。采用新型230MHz电力无线宽带通信专网可以较好地解决智能电网对低压配网业务所要求的双向通信问题。

配电自动化终端的数据通过LTE230系统的专用通道送到远端监控主站系统，监控主站的下发指令也通过专网传递到配电自动化终端中，以控制配电自动化终端的操作，实现安全可靠的双向通信，如图3所示。

图2 用电信息采集应用

LTE230电力无线宽带通信系统提供在农村地区超过30km半径的覆盖，以及最高达14.96Mbit/s的上行无线传输链路，具备优先级设置功能，能按需分配业务带宽，较好地满足各类型配网业务顺利开展对通信通道的要求，保障了业务可靠性、实时性、安全性。LTE230电力无线宽带通信专网建设速度快，可较好地覆盖开闭所、环网柜、柱上开关等配电设备，实现配电自动化终端的通信接入。

3.3 输电线路监控业务应用

我国的电网系统是集中发电、特高压、高压远距离输电的大型互联网络，用电负荷的不断增加使得对远距离输电线路的传输容量需求不断增大，智能电网对电网运行的稳定性和安全性提出了更高的要求。

随着坚强智能电网对于电力坚强基础网架的需求，建设由1000kV交流和±800kV、±1000kV直流构成的特高压骨干电力传输网架，成为电网公司构建智能电网的必要手段。骨干输电线路往往架设在环境恶劣、人迹罕至的地区，首先在线路的建设上就增加了工作量和费用，其次在线路的维护上很不方便，会对电力传输系统的可靠性和稳定性造成影响。

电力无线通信系统可以为电力输电网络提供大容量、广覆盖的双向、可靠的通信解决方案，是电力光缆通信的良好补充。

新型230MHz电力无线宽带通信系统能很好地覆盖塔上塔下、塔间、大跨越两岸以及周围复杂环境，将施工现场的视频信息实时传送到工程指挥中心及相关管理部门，为现场施工指挥人员提供清晰的、图像化的指挥调度视频，从而提高了施工过程中的安全性、可靠性、准确性和实效性。对于已建好的骨干电网网架，通过新型230MHz电力无线宽带通信系统实现重点区域的实时视频监控，当输电线路出现故障时能够在现场迅速建立通信网络，为线路抢修提供临时通信保障，如图3所示。

另外，依托新型230MHz电力无线宽带通信系统可以覆盖偏远的变电站，为这些无人值守变电站提供应急视频监控、远程故障告警接收，实现电网调度可视化管理，保障电网运行的安全可靠。

4 结束语

本文从智能电网的通信业务需求出发，基于电网独有的230M频段离散频谱，利用TD-LTE先进无线通信技术，提出了具有深覆盖、高速率传输、实时性强、安全性强等特点的无线通信解决方案。解决了用电信息采集、配网自动化、负荷控制等多业务对电力无线通信的需求。

1 吴文炤.TD-LTE 230MHz在配电线路全项在线监测系统的应用.电力通信系统.2012,10

2 欧清海,谢杰洪,曾令康,李祥珍,曾岩.TD-LTE 230技术在配用电通信中的应用.现代电子技术.2012,11

3 周建勇,田志峰,李艳,陈宝仁.广覆盖LTE 230系统在电力配用电应用中的研究与实践.电信科学.2014,3

Application of LTE 230 System in Smart Grid

The paper proposes an innovative power wireless communication system using TD-LTE technology and power industry authorized radio frequency in 230MHz and some application solutions of smart grid based on the system.The system supports high performance,high security,high reliability wireless communication for the key services in smart grid such as distribution network automation,electric energy data acquisition and load control.

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2014-12-25）