基于1.8G的频段配电自动化TD-LTE专网研究
2019-10-21何志宏
何志宏
摘 要:以网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动为特征的坚强智能电网建设进入关键时期,对广泛覆盖、安全可靠的通信支撑提出迫切需求。 随着配用电各类生产业务大规模的信息化,配网自动化、用电集抄、无人值守可视化管理、应急通信、移动巡检及办公等业务逐渐投入及深化应用,亟需一个稳定、可靠、高带宽、低时延的坚强智能通信网络作为业务信息交换的基础。
关键词:频段;配电自动化;TD-LTE专网
1.引言
目前一般将光纤作为通信网络建设的首选,但通信网络面向用户侧的“最后一公里”线路建设受各方面因素制约,使得面向用户侧的通信线路资源极其匮乏,光纤覆盖模式无法实现,造成配用电主干通信网与配用电分支站点之间通信互联严重缺失,成为智能配用电网发展的瓶颈,并且光纤不能满足快速增长的移动业务需求。因此单一的光纤通信方式已经不能满足配电侧业务全覆盖、全采集、全费控等相关营销需求以及配网自动化,而目前通信辅助方式主要是中压载波通信及GPRS无线公网通信,但中压载波通信的速率低、通信可靠性低,GPRS无线公网通信的速率低、通信可靠性低、安全性差、租用费用高,使得这两种技术只能作为替代光纤的过渡方案,而TD-LTE无线专网技术具备高带宽、高安全性、干扰小、应用灵活等特性,能够很好地解决“最后一公里”问题及满足移动业务需求,因此开展基于1.8G公用频段的TD-LTE无线专网通信技术研究,能够更好的为配网自动化、用电集抄、无人值守可视化管理、应急通信、移动巡检及办公等业务深化应用服务。
2. TD-LTE简介
国内无线频率中将1.8GHz(1785M-1805M中20M连续频率)作为LTE公用频段,LTE是由3GPP组织制定的全球通用标准,TD-LTE是时分双工(Time Division Duplexing)分时长期演进的先进技术,包括正交频分复用(OFDMA)、自适应调制与解调技术、智能多天线技术(MIMO)、波束赋形技术、分布式发射与分级式接收技术、自适应重传机制(HARQ)、发射功率自动控制技术。利用这些技术,TD-LTE可以很好的满足电力系统无线覆盖面积广、终端数量多、速率传输时延小、上行速率高、高安全性等关键要求。通过对现有TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax、TD-LTE等技术研究比较,以及对电网的业务特征与分布、组网经济性、适应性、演进发展等方面的综合分析,建议采用我国具有自主知识产权的TD-LTE第四代移动通信技术作为首选无线接入方式。
TD-LTE在目前标准的基础上,提出了新的空中接口和无线网络架构,以进一步提高用户传输速率、系统带宽和覆盖范围,同时降低时延和运营商的成本并提供对不同无线频谱带宽的支持。LTE引入了以下行OFDMA、上行SC-FDMA为代表的物理层接入技术,并全面支持MIMO,可以在20MHz带宽的频率上实现下行100Mbps,上行50Mbps的峰值速率。
3.电力行业的无线通信需求
电网公司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,并设立相关专项,以推进配用电通信网络的发展,特别是对电力无线宽带通信新技术的研究与实践应用。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:
一是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、终端分布大体均匀、终端分布区域分散、网络的特殊性。
二是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、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
三是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:可靠性要求、安全性要求、及时性要求。
4. TD-LTE在电力行业的技术优势
通过对现有TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、WiMax、TD-LTE等技术研究比较,以及对电网的业务特征与分布、组网经济性、适应性、演进发展等方面的综合分析,建议采用我国具有自主知识产权的TD-LTE第四代移动通信技术作为首选无线接入方式。TD-LTE在电力行业具备以下的优势。
一是TD-LTE更适合电力专网大容量的要求。配用电网中存在着终端分布较广且数量巨大,巨大的网络容量是传统GPRS、CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、230M数字电台等较难满足的,相对目前系统容量较大的HSPA+技术,TD-LTE的网络容量是其5-10倍。并且,随着TD-LTE技术的不断演进,未来网络升级潜力巨大,速率可达到1Gbps。
二是TD-LTE更适合电力行业高安全性要求。配电网络、用电网络都有高度安全需求,电力专网不同于公共网络,其网络运营环境更加容易受到外界环境影响。同时,专网对设备级、网络级、业务级的安全都有极为严格的规定,而TD-LTE是多种技术融合演进的结果,在继承已有技术安全性的特点外,还在设备自恢复、业务QoS自保障、网络及业务层面数据加密鉴权方面得到了提升。这也为TD-LTE解决电力专网安全问题奠定了基础。
三是TD-LTE更适合电力行业业务灵活性的要求。电力专网业务多以控制计量点、数据采集、视频监控等业务为主,这些业务有着上行带宽高、终端位置固定的特点。TD-LTE具备上行业务带宽可调、低时延、系统扁平化设计的特点,并且对业务质量分等级进行保障,可以更好解决电力专网业务应用的诸多难题。
四是TD-LTE使电力企业更容易获取频率资源。1.8G频段申请相对宽松,仅通过地方无委会便可申请获得,同时TD-LTE相比其他移动通信系统,可使用频率、频带宽度都是非常灵活的,并且其频率资源利用率极高。
5.配电自动化TD-LTE解决方案
配电网自动化系统是指将现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合,将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成,构成完整的自动化系统,实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理现代化。配电网自动化系统建设是提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段,也是实现智能电网的重要基础之一。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,確保供电质量,提升优质服务的重要手段,也是智能电网建设的重要环节。在农网改造升级中引入这项技术对提高农网供电质量很有帮助。
参考文献
[1] 刘晓丽.基于智能电网业务的通信网的规划与演进的研究[J].中国科技信息,2015
[2] 基于可信计算技术构建电力监测控制系统网络安全免疫系统[J].四川大学学报(工程科学版),2017