基于特高频无线技术变电站自动化数据通道的探究及应用

段振英

（中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西 桂林 541004）

0 引 言

在碳中和建设浪潮中，新能源需求日益剧增，为了快速实现新能源电厂并网发电，保证电力系统平稳调度和安全运行，必须加强新型智能电网建设。特别是新能源新增变电站的建设，其中变电站投运前的自动化数据业务调试是新能源并网前必须完成的技术验证工作。一般情况下电力调度通信网的光纤通道大都采用OPGW 复合架空地线承载，把光纤放置于架空高压输电线的地线中，随高压线路同步架设，往往到变电站投运前几天才完成光纤线路的熔接贯通，由于高压输送线路建设的滞后性，通常自动化数据通道必须等到变电站配套光纤通道开通后才能正式调试试验，留给电气自动化试验的时间极为紧迫。为此相关的光纤通信、电气自动化调试技术人员均需要加班加点赶工期，若调试过程中遇到预想不到的遗漏项或隐患整改项，就会耽搁投产进度，进而影响项目并网发电。同时由于项目工期短、工作压力大，有可能给项目后期运行带来安全隐患。为解决以上问题，本文深入研究了一种基于UHF 特高频无线技术的临时通信链路的实现方案，并通过现场系统调试验证了UHF 特高频无线技术在新型变电站建设的自动化无线数据通道试验中灵活部署的实用性和推广价值。

1 基于UHF 特高频无线技术搭建无线数据通道的简析

依照相关技术部门此前遵循的智能变电站建设项目快速并网调试要求，变电站从主体建设到内部电气自动化系统设备调试试验都有一套标准操作，其关键步骤不仅包括生产厂家的系统参数配置，控制模拟联调和出厂验收测试，还包括现场硬件设备安装调试。在变电站投运前必须按最严格检验标准要求，一丝不苟地完成投产试验技术验证工作，确保新建变电站的自动化系统与电力调度中心完成系统远程联动，而现场调试和投产试验是由电网公司技术主管部门协调组织相关专家在新建变电站现场调试验证的，只有通过此项考核才能说明智能变电站做好了投运前的技术准备工作，一旦时机成熟变电站就可以投入运行。

现场调试和投产试验往往是同步进行的两者密不可分，是变电站电气自动化控制系统的一次全方位产前体检，按系统功能又可分为单机调试和系统联调；其中系统联调需要提前使用自动化数据通道传输电力调度系统控制指令，完成电力调度控制中心与变电站的远程控制通信链路搭建，保证调度控制指令的准时传达与执行结果反馈。此数据传输通道一般为ETH 接口或E1 接口。为了把项目投运前的基础技术工作做牢做实，验证站内自动化控制技术精准执行电力调度指令，我们深入探讨一种基于UHF 特高频无线技术搭建新建变电站自动化无线数据通道的设计方案。

2 特高频无线通信技术的工作原理简析

2.1 无线通信技术的实现

无线通信技术的实现是利用某种编解码技术加载到特定频率的电磁波信号里，让电磁波在特定空间自由传播的方式进行有效信息传输交换的通信手段。无线通信技术的实现原理图如图1所示。

图1 无线通信技术原理示意图

一般无线通信技术所使用的电磁波频率资源是由国家无线电管理局规划制定的，按无线通信技术发展趋势及行业应用拓展，频率资源划分范围如表1所示。

表1 无线通信频率资源划分

2.2 特高频无线技术与COFDM 调制相结合的优势

新建变电站与相邻老变电站空间距离一般不超过几十公里，前方不可避免出现建筑物、树木等遮挡物，为了能使无线电磁波顺利绕射超过这些高大的障碍物，我们优先选择特高频段的电磁波来完成有效信息的传输任务；还要保证两个站点之间的可靠传输带宽达到16 Mbps。针对以上两个特征要求，强烈推荐基于特高频无线通信系统用于新建变电站自动化数据通道用于投产试验，该无线通信系统应具有以下优势。

2.2.1 无线频段资源划分及应用范围分析

目前340 MHz～5 850 MHz 无线频段资源基本被各大运移动营商以拍卖方式获得专营权，只有狭小的340～470 MHz 频段尚未充分开发，这部分频段资源还可以申请使用。经过以上频段资源分析及综合考虑，UHF 特高频段的无线电磁波资源尚未充分开发，通过无线电频率资源划分表得知特高频电磁波具备超强的绕射能力，可以搭建两个变电站之间的无线数据通道。

2.2.2 无线信号调制方式分析

传统常用的无线通信系统的信号调制方式不仅有频分多址（FDMA）技术，主要用于模拟通信系统；还有把时间割成若干个时隙的时分多址（TDMA）技术，但TDMA 技术因其扩展信号频谱而带来严重多径干扰，所以该技术也不适合单独组建宽带无线系统；进入数字通信时代又把码分多址（CDMA）技术发挥到极致，虽然码分多址（CDMA）技术具有强抗干扰、频谱利用率高等优点，但码间串扰大，对时钟同步要求高，不适合组建宽带无线系统；后来真正得到重视发展的还是正交频分复用（OFDM）技术，它本质上是多载波调制的一种，OFDM 编码调制技术的主要思想是将主信道分成若干个子信道，在若干个子信道上并行传输高速数据信号，从而提高了频谱利用率；它也可以通过使用不同数量的子信道来实现上下行链路中不同的传输速率来满足不同的业务需求。

2.2.3 COFDM 调制技术的优越性

COFDM 调制技术就是完成信源编码的正交频分复用（OFDM）技术的升级版，该调制技术带有极强的发展潜力与先进性，其开发价值打破多种限制，使其具有很强的抗干扰性、抗多径性、信息隐蔽性、测量高精准、多址保密等特点。

2.2.4 基于COFDM 编码的特高频无线技术分析

针对有阻挡与非视距环境而言，若想增强无线信号传输能力，我们不仅需要加大发射功率，还要使用更为先进COFDM 编码技术的配合，才能有效绕开或穿透郊区高大建筑物，形成真正的数据通道。在实际工作中采用COFDM 调制技术的无线终端设备需要借助全向天线灵活部署，快速建立稳定可靠的无线数据通道，用于高码流的数据传输；总而言之，在有限时间内搭建两个变电站之间的内部自动化无线数据通道过程中，基于COFDM 编码技术的特高频无线技术手段是一个不错的选择。

3 基于特高频无线技术自动化无线数据通道的搭建

由于历史原因及社会经济发展水平不同，各个地区的电力通信网络资源差异很大，有些变电站自动化试验中需要E1 接口，有些地方需要FE 接口，为了方便业务调试，在各个站点的特高频无线终端设备下挂接一台155M 的SDH 设备分解出不同的E1 和FE 业务类型，以供站内电气自动化业务调试需求，下挂SDH 设备一般配置有16 个FE 接口和16 个E1 接口。依照两个变电站之间距离的远近，我们为其设计两种具体的搭建方案。如果两个变电站之间距离不大于20 km，就采用背靠背传输方案，如果距离超过20 km，就得在中间增加多个中继站传输方式。

如果两个变电站之间的传输距离小于20 km，无线终端设备无须中继站延伸就能直接背靠背通信。如图2所示。

图2 无中继特高频无线通信系统示意图

如果两个变电站之间传输距离大于20 km，则按每增加20 km 里程就多配置一台无线中继设备的方式来完成两个变电站之间的无线数据通道的搭建。如图3所示。

图3 有中继特高频无线通信系统示意图

我们在新建变电站完成有无中继站的实验环境搭建后，根据相关部门的要求对搭建的自动化数据通道做了误码测试和可靠性测试，证实了基于COFDM 编码技术的特高频无线技术自动化数据通道方案的可行性。

4 特高频无线技术在变电站建设中的实验论证

为了掌握第一手数据和直观对比，按照有无中继传输方式分别搭建了两组不同环境的特高频无线数据通道方案，我们选取了某地区具有代表性的新建变电站进行真实现场试验验证。按照系统示意图把特高频无线终端设备安装调试好，确保两个站点间的无线数据通道正常运行，通过专业仪器仪表对系统重要指标进行测试，并做好测试记录，比如无线传输距离、设备运行测试时长、最大有效传输带宽、单位时间内传输通道数据丢包率、系统2M 支路误码率等指标。有/无中继方式的特高频无线通信系统测试结果如表2、表3所示。

表2 无中继特高频无线通信系统测试结果

表3 有中继特高频无线通信系统测试结果

在争分夺秒推进项目验收移交的关键工期内，以最快速度完成简易无线通信系统部署代替正式的光纤通信系统，体现了特高频无线数据传输系统的灵活性和经济性。试验结果表明，采用UHF 特高频和COFDM 编码调制技术的特高频无线数据传输系统各项重要指标完全符合智能电网变电站并网建设要求。在新建变电站的光纤通道未开通之前，快速建立一道稳定高效的无线数据通道供自动化调度系统验证使用，有效缓解了电气自动化调试时间不足，光纤通信建设滞后等问题，确保了自动化系统的建设质量，有利于变电站按期投运。

5 结 论

近年来信息技术、计算机控制技术不断发展，推动电网越来越智能化，不仅满足了人们便捷的生活方式，也对电力调度系统稳定运行提出更高要求。基于特高频无线技术和CODFM 编码调制技术的无线数据通道传输方案能够快速搭建新建变电站的自动化数据通道，可避免因光纤通道架设缓慢导致投产试验时间仓促而造成安全隐患的问题，有利用变电站内部基建完工的同时，也保证站内电气自动化调试工作的开始，给变电站自动化投产试验带来充足的反复验证时间和纠错补漏的机会，给新建变电站顺利投产助一臂之力。