基于TD-LTE230系统电力单表用户用电信息采集到应用

2017-05-02孔晓昀

中国新通信 2017年6期

孔晓昀

【摘要】计算机和网络云技术的应用促进了电力系统的智能发展，在具体应用的过程中，网络一体化在电力系统中发挥着重要的角色和作用。随着国家电网的逐渐成熟和建设，在近年来已经逐渐形成了具有一定规模和效用的光纤通信网络系统。随着用户需求和国家的投资力度，光纤网络的覆盖面积已经能够全面覆盖国家标准的电网调度控制主域、音效机构管理、110kv或更高电压级别的出输电网络。光纤网络能够在智能电网的构建中起到至关重要的作用。

【关键词】 TD-LTE230系统电力单表用户用电信息采集与应用

一、前言

智能电网的运行离不开网络系统的媒介和载体。在电力通信的体系中拥有骨干网和接入网等两大布局。这两大布局都具有独立而重要的作用和特点。通信骨干系统的主体结构和传输方式主要以光缆为主，通过数字同步的传送系统（SDH）为主要前提，结合光传送网（OTN）重要技术，构成了联组网络模式。电力通信在骨干网运行的基础上，对于接入网的具体定位能够进行有效的延伸，可以最终实现1～10公里距离的延伸信号覆盖。

光纤通信网络在应用（≥110kv）骨干网络中性能卓越。与之相比，在面对多点应对和环境复杂的输电系统中的（≤35kv）低压配电网络还需要技术和性能的提升。基于此种功能和技术不足，需要引入宽带无线通信技术对真题光纤通信系统进行功能性补足。可以看出，搭建高速、稳定、灵活的电力通信接入网络能够有效的解决配用电系统的全面覆盖和采集中的问题，同时也是电力系统各个功能布局发展的主要趋势和方向。

二、电力采集系统的现状

2.1用电信息系统采集的构架

我国电力系统的信息采集技术已经普及。主要系统体运行结构为：电表采集终端、采集点控制集中器、通信通道传输网、电网数据主站[1]。这些结构设施组成电力信息采集系统的主要体系。其中以数据主站、集中器和终端电表为主要构架，通信通道为传输媒介，其结构可以详见图1。

2.2传统电力采集系统的弊端

1. RS-485由于传输速率低、传输距离受电力线状态影响大

在目前传统电力信息采集系统中的，电表终端到采集器之间的运行模式主要还是以RS-485收发器进行信息采集平衡和差分接受。虽然收发器的检测功能能够达到200mV的电压，可以实现双绞线多站联网以及可以对长距离通信[2]进行传送。但是，其技术和性能还是受到地理位置和传送速度的限制。特别是在郊区、农村区域以及单户之间库里远和承载数据传输的电力线老化、破损等原因导致的一些用户数据进行无法完整上传至集中器的现象。最终会导致上传到主站的集中管理系统出现问题。

在自动化领域的建设中，具有多种系统的的发展过程中具有适合远距离的通信功能。RS-485标准采用平衡的发送，根据收发的数据收发器进行总线驱动[3]。包括其规格：接收器的输入电阻RIN≥12kΩ；驱动器能够输出±7V的工模电压；进行输入端的电容≤50pF；节点标准为32个，进行120Ω的终端电阻配置。驱动器进行进行输出的电压1.5V；接收器的灵敏度200mV；因为RS-485的远距离多点传输能够降低系统成本，使其在一段时期内成为数据传输的主流配置。但是在实际应用的过程中RS-485的总线运行仍然存在着很多问题和不足，在一定程度上，限制电力工程体统的质量和进展。

2.“采集器——电网数据主站”[4]之间通信通过运营商GPRS网络传输劣势

运营商GPRS在网络传输中的速率相对偏低，安全性也无法完全保障，在处理故障的时间安排上存在不可操控性。从发展事态来看，2G～4G网络将逐渐被新的技术和功能过取代。因此，针对目前优秀的TD-LTE230电力无线专网系统可以确认其乐观的发展前景和解决问题的重要地位。

三、TD-LTE230系统简介

3.1 TD-LTE230系统

TD-LTE230 无线宽带系统是采用LTE核心技术，并用正交频分多址技术。运用CA等窄带频谱聚集原理，进行合理的系统和终端信息吞吐。实现同时运控不同带宽需求业务的无线通信标准[5]。智能电网的电信采集功能可以显现物联网模式的供求需要。表现在采集点数量多，而每次传输的数据量相对较小。该系统针对数据传输的标准开始半静态调度设计简化命令，简化终端进行节约能耗的目标操作。根据TD-LTE230系统的标准进行电力行业的宽带无线接入。在对系统集成的第四代通信LTE网络构架进行优化，并结合电力的应用标准进行载波聚合技术应用。将230MHz频段离散的窄带频点进行宽带资源的行业标准对接。在该系统引用的OFDM[6]、告诫调制、高效编码等新技术，可以在系统整体提升频谱效率，还能对系统进行优化的性能调整，增强整体的抗干扰能力。

在很大程度上确保数据系统与230MHz频段的共存。对系统应用的支持包括用电信息的采集用和自动化配电以及电力业务的传输能力为用户提供全方位的服务。综合上述论述， LTE230系统的主要由无线终端UE、无线基站eNodeB、核心网EPC以及网管eOMC四大体系构成，详见图2。

3.2 TD-LTE230系统特点

TD-LTE230系统先进的性能和实用性的应用带来了电力信息采集方面极强的行业发展动向。（1）具有覆盖面积广泛信号绕射能力强劲的优势，密集区域的覆盖可以达到3km以上，乡村在30km左右。（2）安全性能较高，其设计原理在LTE的规定范围之内，在实现3GPP的合格机密鉴权机制的同时，能够支持IP地址的相应过滤与数据过滤协议[7]。（3）数据传输平稳，能够充分支持Turbo信道编码、HARQ、AMC等高端物理层技术，为数据稳定提供有效的技术支撑。（4）设备可靠性高，在设计的过程中及时进行了大量的标准设计规范，在产品应用的产品进行合理的可靠性验证。（5）可维护性较强，在操作维護中心的OMC可实现对LTE230系统的EPC、eNodeB、UE进行集中化统一标准的管理，在远程的通信和实地网元设备和网络系统中进行，配置。拓展、故障、性能、报表、软件、日志、安全等管理模式。（6）延展性较强，全IP网络架构、支持软件的无线电技术。（7）深度制定效果，上行为主、支持已有的QOS的制定、形成实时性较强的终端产品[8]。

四、基于TD-LTE230技术的用电用户单表采集方案

4.1 LTE230系统的配用电自动化方案应用

基于TD-LTE230技术的优秀特点，可对在关于电力信息采集系统中的先进方案进行详细的分析和论述。我国在电力信息配电和用电过程中，出现了很多网络拓扑复杂、变化快和终端阶段较多的现象，还有繁多的种类和复杂的空间分布等诸多外在因素。在不同类型的配电业务当中进行信息传输[9]和不同要求的标准形成。在配电业务之间的额信息传输和要求进行不同的定向。在配电网络的区分和差异以及标准范围之内进行短信通信的多种通信方式研究。在以光纤为骨干网系统、无线通信网作为全面覆盖的组网模式进行有机的系统融合。

LTE230的终端能够测定电业业务的需求标准和安装连接边控采集系统的信息。通过合理的连接配合完成自动化终端运行[10]。在通过230MHz无线链路接入系统的LTE230基站系统后。LTE230能够在变电站的楼顶运行自身的设备功能和标准。在应用电网光纤标准的同时对资源进行有效的利用和衔接。在对LTE230的核心标准的网络技能管理过程中进行有效部署。在电力大厦的与电力主站之间进行精准对接，实现域内LTE230基站和终端的有效管理和调控。详情请见图3。

在LTE230的电力无线宽带系统建设中，农村地域的覆盖面积大约能够超过30公里左右的标准。最大能够支撑2000个左右的电力业务终端同时在线。可以达到14.96MbPs上行无线传输链路标准。在优先级的设置中，可以根据分配业务的带宽大小，对各类配用电业务进行通道分配和供给。能够标准的达到业务的可靠性和实时性，同时也能充分控制全方位的安全性能。LTE230的电力宽带通信建设速度较快，在实现专变负控终端技术和集中器的用电信息采集中，进行有效的接入。在封闭的场所和环网柜以及柱上开关等配电设备的完整调控，实现配电自动化终端的标准接入，为自动化的电力信息采集打好坚实基础。

4.2光纤到台区的微基站方案应用

对于LTE230电力无线宽带系统设置无线信息数据标准采集方案，可以通过对配电区进行小型和简单化的LTE230基站来完善电力信息信息采集的构架。需要在电力数据中心机房的设置中进行一套有效的LTE230核心网络（EPC）标准。对于管理和应用的每个地域，进行基站终端设备监督和管理。关于台区无线采集的相关设备以及运行系统如图4所示。

此项方案在应用的过程中，能够对台区的变压器以及相关附件进行有效衔接。在在对于台区的光纤接入口进行连接。对于台区变压器1km范围之内的电力采集终端进行无线覆盖。对于供电方式的域内可以规定220V/380V电压标准[13]。对于AC/DC的转换模块进行跳帧，使其达到基站需要的-48V的直流电压。

此项方案能够综合光纤和无线通信的有点，进行宽带无线技术的合理延伸和应用，针对“最后1km”的设施部署难题记性有效的应用解决，在针对光纤网络的延长和无线信号的传播距离进行合理的电力连接和网络管理。

4.3地下覆盖环节的应用

LTE230系统在终端天线的拉远技术应用中能够对地下室等区域的覆盖进行有效的改良和信号技术加强。通过创新性质的470MHz的近距离无线增强系统的配合，对混合组网的构建进行处理。在LTE230的电力地下室无线覆盖方案的实施中，进行有效的电力信息采集标准应用。这项方案的远距离接触能够对电力信息的采集进行新的技术标准应用。即230MHz的LTE技术，对于近距离的传输状态470MHz的ZigBee无线技术，能够进行自组网络技术标准。可以支持多跳传输的应用范围。具有较强的网络灵活性和数据准确性。而且在系统运行方面的系统功耗较低。能够很好的解决LTE230无线网路在大面积覆盖上的控点不足问题。

地下室覆盖解决方案能够在应用的过程中进行有效的LTE230基站以及核心网络和网管的构成。通过对地下室墙体信号减弱现象的实地情况研究，可以对电力应用终端的安装部位尽量安排在靠近墙体的位置。简单易行的施工流程完成后，可以通过对信号的测试，在区域内进行直接LTE230信号覆盖，通过信号的强度对需要采集的230射频天线进行拉远技术处理。在地下室的安装设施过程总，通过发现地下室墙体信号衰减较大甚至需要跨越多个墙体，则需要根据实际情况进行信息传输的230终端接入点（AP）、在短距离无线增强模块的应用（RE）、短距离的无线通信终端节点（ED）三部分组成，在其中的AP负责远距离的LTE230信号与470M近距离信号的衔接和转换。完成RE归属的e470信号的路由转换功能，ED负责最后环节和电力终端连接。在流程过程中，路由节点可以根据网络的复杂程度进行适当增加，对于终端节点可以根据电力终端的数量进行增设。

在方案的室内设施标准运行中，采用标准的近距离无线增强通信方式，排除额拉线等技术环节的施工难题。对物业实施的破坏程度较小，协调性容易，并且支持220V市电标准，而且有应急备用电池，能够提供可靠的稳定性和容灾性能。一定程度上节约了设施的人力物力成本。

五、实际应用场景

5.1浙江省嘉兴市海盐县电力宽带无线专网建设情况

基于相关电力系统建设和数据分析的需求。针对海盐县供电系统的实验情况进行详细的调研和分析。海盐县电力系统的覆盖、容量以及吞吐性能进行无线系统的额共存方面都进行了充分的实际应用验证。

1.覆蓋性测试

在对小区调研和搜索以及随机接入业务的标准覆盖指标过程中，进行有效实况跟踪。

（1）小区区域搜索。对电力小区的信号覆盖情况进行测试。完成标准的单元测试点信息收集，对小区内进行搜索成功率测试，在记录用户的设备和基站的距离。其结果显示，小区的最远搜索距离为14km。

（2）随机性接入。在小区的实验过程中，对拉远距离进行有效的测试，在单元测试中进行随机接入测验，在统计随机接入的成功率测试过程中进行有效的技术性接入如RSRP和UE进行基站的信息距离对位。继续结合结果的随机接入显示，记录其最远覆盖距离可以达到13.6km。

（3）业务覆盖距离。在针对业务范围的测试和研究过程中，需要对UE的的布置远离基站的不同位置。参照最低码率QPSK的调制方式进行数字业务传输。在保持一段时间以后，进行记录该项位置的RSRP、BLER和系统吞吐量的数值记录。直到块误码率达到10%，测量出UE的正常业务最远离，这就使业务覆盖面积的最大实际有效距离。详情调查参见表1。

2.吞吐量研究

在系统的频谱利用率指标测试中，进行小区的RSRP=-80dBm点标准选择，对其进行OPSK配置、16QAM、64QAM等相关调试方式整合。在UE的测试过程中对2M数据包的速率进行定位跟踪，统计出10min，算出平均值，作为基站最大传输速率的标准。TD-LTE230无线宽带通信系统的传输效率较高，最大的频谱效率可达到2.44bps/Hz，相比传统的电台的频谱提升了几倍。

3.容量的衡量

电力信息的重点速度直接影响整个电力信息采集系统的效率和质量。在海量用户的大形势下，通过TD-LTE230无线宽带信息系统的拓展和应用，能够有效解决用户传输的不足和堵塞。在网络容量测试其核心网络处理能力的TDLET230无线宽带通信系统的支持可以到达60000个终端的稳定运行。

4.测试结论评定

关于相关技术和数据的对接和总结测试，对于TDLTE230无线宽带西戎的郊区环境进行最远覆盖距离的应用，对于12km的标准范围进行适当的而条件规范和数据分类。对于室内环境、遮挡环境、雨天、雾天等特殊情况的应用中进行有效的整理和专业对应设施调整[10]。TD-LTE230无线宽带系统采用的先进调制编码功能对于高频谱效率的应用运行非常出色。在针对传统数传电台提升数倍的成绩参考中，对载波聚合技术的应用体现了先进技术的优势。在离合40多个频点资源的环境下能够使小区的吞吐量达到1.75Mbps。完全适应了配电网的整体业务需求。

5.2关于单表用户用电信息在海盐县电力专网上的实际应用

在对海盐县进行试验网测试的过程中，基于抄表等数据业务的重点跟踪能够对喝多测算的具体数据业务、视频监控以及图像再现进行合理的规划和具体应用。在进行长期的稳定的运行中进行TD-LTE230系统高端技术的综合运用。从整体上体现高端电力配用电网业务额价值和研究方向。

1.抄表业务

在城市试验网点电力数据系统的连接中，可以看出，很多集中器抄表业务和符合控制等功能已经完全实现了终端自动化处理。对于很多调查内容的总结，已经证实了具体系统和用电信息系统采集的需要。在应用具体功能和抄表工人进行每日工作规划和工作意向处理。在针对阶段性内调查的抄表总户次数和总样本树进行统一统计。

2.视频图像业务

海盐县的eTD-LTE230系统部署在沈荡和通元供电所，用于电力设备监控和应急指挥作业。其对电力设备和路线进行了实时画面监控，并且支持远程电力维护故障处理等功能。

5.3运行效果对比

TD-LTE230提現了优秀课科技成果和电力信息采集系统的进步。通过对海盐县各区域的阶段性数据研究和试验证实了TD-LTE230系统的优越性。以表2为数据总结进行对比。