TD－LTE 1.8GHz无线宽带网络助力智慧电网建设

孙 静 李青昱 陆 旭 邹 愚

1.国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 内蒙古 呼和浩特 010010

2.国网辽宁省电力有限公司盘锦供电公司 辽宁 盘锦 124010

3.国网内蒙古东部电力有限公司电力调控中心 内蒙古 呼和浩特 010010

4.辽宁邮电规划设计院有限公司 辽宁 沈阳 110179

引言

智慧电网需要对发电、输电、变电、配电、用电等多个环节的进行智能化提升，实现整个电网的信息化、自动化和互动化，而这些都需要以高速稳定的通信网络为基础。此外，为了更好的保障相关业务的开展，以及考虑到电网运转的经济性，需要选择成熟、合理的通信技术搭建电网的通信网络，以支持智慧电网中不同类型业务的接入，稳定的进行各类业务数据的传输。所以，通信网络的建设是整个智慧电网业务的关键和基础[1]。

传统的电网通信网络都采用专网的方式进行建设，即铺设光缆形成专用的通信网络，这种方式投资巨大，搭建的时间周期较长且难度较高，适合于固定地点的大量数据传输。但电网相关设备及工作环境地点具有数量巨大、分布范围广泛的特点，固定光纤网络难以全面覆盖。因此，利用TD－LTE等无线网络通信技术建设电力无线专网，作为光纤网络的有效补充，正在成为电网通信网络的主流建设方式，从而可以更加容易的实现广阔的覆盖范围，并能够支撑更多的宽带网络业务需求[2，3]。

宽带无线专网在交通运输、港口、环境、能源等行业得到了较为广泛的应用，提升了安全应急管理、智慧调度等工作的效率。而且国家也出台了相应的指导文件——《工业和信息化部关于重新发布1785～1805MHz频段无线接入系统频率使用事宜的通知》(工信部无[2015]5号)，明确各行业可以使用1.8GHz专用频段。在电力行业中，输变电自动化、输变电设备在线监测、输变电巡检、应急调度音视频传输、用户用电采集等业务都需要宽带无线专网[4]，从而可以实现高安全、高速度、高可靠和低延迟的数据传输。而且随着智能电网的建设，以及电网业务量的增加，具有自主产权的宽带TD－LTE技术逐渐成为构建电力无线宽带专网的发展重点。

1 TD－LTE 1.8G无线专网的优势

(1)TD－LTE是由中国主导的第四代移动通讯系统(4G)的国际标准之一，包含了大量中国自主的知识产权。TD－LET标准中有着完善的安全防护技术，除了传统的安全防护技术外，其还在网络自恢复、QoS自适应保障、业务数据加密鉴权进行了更多的提升，防止黑客的入侵及信息泄露。这些技术为电力专网的安全提供了更加坚实的保障，非常适合于电力这种对安全有着极高要求的行业[5]。(2)电网中存在非常大量的终端设备，分布也十分广泛，传统的GPRS、CDMA、230MHz等无线网络难以满足如此多的设备共同接入无线网络[6]。相对于系统容量较大的HSPA＋技术，TD－LTE的网络容量是其5－10倍，而且在构建基于TD－LTE的无线宽带专网时，无需过多考虑网络设计、安装位置、设备布线等，可以方便、灵活、快速的部署接入点。(3)TD－LTE具有高速率、大带宽、低延时的特点，能够满足电网数据采集、视频监控、音视频调度等业务需求，其单用户下行100 M、上行50M的高速率，5ms的延时非常适合于视频、语音信号的实时传输。并且TD－LTE可以对不同的业务按照不同的质量等级进行保障，可以更好的保障不同类型业务数据传输质量。(4)TDLTE 1.8G在国家政策的支持下，其频段申请过程相对容易，仅需向地方无委会申请即可。另外，TD－LTE相比其他无线宽带技术，在频率、频带宽度等方面的使用更为灵活，频率资源的利用率也更高。

2 TD－LTE宽带无线专网系统架构

基于TD－LTE技术的宽带无线专网首先应满足终端业务节点和业务系统之间数据传输要求，即提供安全、稳定、可靠的数据传输通路；其次还应满足大量的终端设备同时接入无线宽带网络；此外还应该提供终端设备、无线基站和核心网络的配置与管理功能，其架构如图1所示。

图1 TD－LTE宽带无线专网架构图

在TD－LTE电力无线宽带专网中，主要包括:(1)无线终端:连接业务节点和无线基站；(2)无线基站:在无线基站的覆盖范围内，使无线终端可以接入网络系统；(3)核心网:负责终端的接入认证、终端的IP分配、移动性管理等，并实现业务节点和业务系统之间的对接、数据传输等；(4)网管系统:负责无线宽带网络中设备状态的监控、运维等。

同时，为了提高TD－LTE无线宽带专网资源的利用率，可以将无线基站设置为共享模式，使一个无线基站接入多个核心网节点，通过分析无线终端的接入信令选择合适的核心网元，为多个核心网提供服务。

3 TD－LTE宽带专网系统在智慧电网中的应用

3.1 变电业务自动化 变电业务自动化基于对各变电设备信息的采集，如采集各类开关、变压器、逆变器的运行状态信息，而这类信息的采集通常采用无线传感设备，然后将采集到信息通过TD－LTE 1.8G无线专网进行数据传输。后端系统对采集到的数据进行分析计算，并与相关应用系统的信息进行集成，实现对变电系统的监测、控制，以及对变电站内设备的辅助科学管理。

3.2 输电线路网格化视频监控 输电线路沿线部署了众多的视频监控设备，通常都是通过公共的4G网络进行数据传输。TD－LTE宽带专网则可以支撑输电线路沿线监控设备的接入，实现专网内的视频监控，使监控设备直接与视频平台及其他业务系统互通。同时，在TD－LTE宽带专网的支持下，可以接入更多的监控设备，实现对输电线路全线的网格化监控，将输电线路的情况通过视频方式实时回传或存储至视频平台。此外，还可以将实时回传的视频提供给智能分析系统，实现对输电线路异常情况的实时分析和报警。

3.3 电网单兵作业无线通信 电网单兵作业终端设备利用TD－LTE 1.8G无线专网作为数据传输通道，用于支撑语音调度、视频回传、业务数据录入、人员定位为一体的综合智能巡检业务。同时，还可以很好的支撑应急单兵抢修等智能巡检管理业务。

3.4 电网安全应急处理 电网安全应急处理系统包括应急指挥车和调度中心。应急指挥车配备高清的监控摄像机和存储设备，将摄像机拍摄的现场视频存在在车内的存储设备里，并通过1.8G车载终端设备将视频传回调度中心，实现现场情况实时监控。此外，应急指挥车还配备车内会议系统，通过网络交换机与1.8G车载终端连接，实现和调度中心会议系统的音视频传输。调度中心侧，由于远程监控摄像机、会议设备等均已接入TDLTE无线专网，调度员可以在调度中心直接对前端设备和人员进行调度操作。

当电网有突发事件出现后，应急处理人员随同应急指挥车快速到达事件现场，指挥车作为现场临时指挥所，利用车载监控摄像机或单兵手持终端，通过TD－LTE无线专网将现场视频实时传输至指挥中心，同时还传递语音和其他数据信息。指挥中心根据现场传回的数据，使用会议系统语音调度进行远程指挥，并进行持续跟踪。

4 结语

本文在梳理智慧电网无线通信网络建设要求的基础上，从网络安全、终端设备容量、网络带宽等方面分析了TD－LTE无线宽带专网的优势，给出了TD－LTE宽带无线专网的系统架构。在此架构上，分析了TD－LTE宽带无线专网在智慧电网相关业务中的应用方式。随着智慧电网建设的进一步深化，TD－LTE 1.8GHz无线宽带专网将会发挥更加重要的作用，助推电网数字化转型目标快速实现。