LTE230系統在智能電網中的應用

張瀚峰 普天信息技術有限公司高級工程師

閆淑輝 普天信息技術有限公司高級工程師

馮世英 普天信息技術有限公司高級工程師

LTE230系統在智能電網中的應用

張瀚峰 普天信息技術有限公司高級工程師

閆淑輝 普天信息技術有限公司高級工程師

馮世英 普天信息技術有限公司高級工程師

介紹了基于TD-LTE技術的新型電力專用230MHz頻段的無線通信系統，并給出了該系統在智能電網中的多種應用解決方案。該系統為用配網自動化、用電信息采集、負荷控制等關鍵業務提供了高性能、高安全、高可靠的無線通信支撐。

LTE230系統 智能電網 無線基站

1 引言

通信網絡是智能電網的神經系統，是智能電網的基石，其中寬帶無線通信技術以其特有的優勢在智能電網中發揮著越來越不可替代的作用，是解決配用電側全覆蓋、全采集發展目標的必然選擇。因此，如何更好地應用寬帶無線通信技術，選擇一種兼具信息安全性高、信息傳輸帶寬高、系統可靠性高、維護方便性好、網絡擴展能力強、業務適應性強、采用新一代技術的無線通信系統為智能電網提供優質的通信保障，已成為電力通信發展的必然選擇。

基于電網230MHz專用頻段，結合第四代移動通訊TD-LTE先進技術的新一代電力無線通信系統（簡稱“LTE230系統”）為“堅強智能電網”提供優質的通信保障，該系統能提供完全符合電網規范的集中器、采集器、負控終端通信模塊，可便捷地與GPRS模塊互換；可為電網定制圖形化界面的網管，便捷地實現系統設備和終端設備的統一管理，具有數據采集、遠程控制、圖像或視頻傳輸、語音、調度等多種功能；該系統可用于用電信息采集、配電自動化、應急搶修、生產調度、營銷核算、視頻監控、新能源接入、智能臺區等多種業務，為其提供廣覆蓋、低時延、安全可靠的雙向無線通信信道。

2 系統架構

本文提出的TD-LTE230系統是為電力行業量身打造的寬帶無線接入系統。系統集成第四代移動通訊LTE網絡架構的全部優點，并結合電力應用需求，利用載波聚合技術，將230MHz頻段離散的窄帶頻點資源進行統一整合形成寬帶資源以滿足行業應用。同時，該系統引入了OFDM、高階調制、高效編碼、頻譜感知等新技術，一方面提高了頻譜效率，另一方面使系統具有優越的解調性能，提升了系統的抗干擾能力，從而保證了與數傳電臺系統在230MHz頻段的共存。該系統能夠支持包括用電信息采集、配電自動化、專變負控采集、視頻傳輸等在內的電力業務，并能根據電力用戶需求不斷進行改進與定制。

LTE230系統主要由無線終端UE、無線基站eNodeB、核心網EPC及網管eOMC構成，具體參見圖1。

●無線終端UE

LTE230系統的無線終端模塊，直接與集中器、負控終端、配電自動化終端等電力終端設備通信。終端與監控單元能夠無縫連接，即插即用。

●無線基站eNodeB

LTE230系統的無線基站，能夠接入多路用戶。包括固定基站以及移動基站（車載）。每個基站單個扇區最多可接入2000個電力數據用戶。

●無線核心網EPC

LTE230系統的核心網，負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，直接連接智能電網主站。通過核心網，電力終端能夠完成數據采集、視頻監控、調度指揮、應急搶險等功能。

●網管eOMC

LTE230系統的網絡管理單元主要包括兩部分內容：網絡狀態監控和設備運維。該中心支持對現存的電力信息管理進行融合，并能利用各種多媒體手段、GIS技術，完成統一集成的多媒體調度指揮系統。

圖1 LTE230系統架構

3 基于LTE230系統的智能電網解決方案

LTE230系統主要定位在電力配用電業務上，可以作為電力光纖骨干網絡的延伸和補充。

3.1 用電信息采集應用

電力用戶用電信息采集系統的采集對象為所有電力用戶，包括各類大中小型專變用戶、各類380/220V供電的工商業用戶和居民用戶、公用配變考核計量點。

根據國家電網電能量采集系統建設的情況和營銷業務的分類調查，除電力用戶外，還有許多電能計量點（公用配變考核）尚未實現自動采集。電力用戶信息采集系統的統一采集平臺，支持多種通信信道和終端類型，可用來采集其他的計量點，如小水電、小火電上網關口、直調統調關口、變電站的各類計量點。在系統建設需求的研究中，將用戶分為6大類：大型專變用戶、中小型專變用戶、三相一般工商業用戶、單相一般工商業用戶、居民用戶、公用配變考核計量點。居民用戶用電信息采集以小區樓道、柱上變或小區箱變（公變）為單位，完成單個樓道或箱變負荷范圍內全部居民用戶、關口計量點的用電信息采集。安裝于樓道的采集器、農村柱上變或小區箱變處的集中器即為一個遠程通信節點。

安裝在上述計量點的采集計量終端將用電信息數據采集后通過新型230MHz電力無線專網的專用通道送到遠端業務主站，如圖2所示。業務主站的下發指令也通過新型230MHz網絡傳遞到采集計量終端中，以控制電力采集計量終端的操作，實現安全可靠的雙向通信。

3.2 配電自動化業務應用

配電作為直接面向客戶需求的環節，通過對用戶用電情況的實時監控，采取削峰填谷的手段，通過有效轉移負荷，在現有網架基礎上配送更多電量，實現對電網保護和控制的優化，提高電網的工作效率，它在電網安全、可靠、穩定運行中起著重要作用，更是智能化電網后臺應用系統的數據源。

相對于骨干電網，配電網特別是10kV及以下電壓等級網絡具有結構復雜、電壓等級多、配電設備數量多、支線多、分布廣的特點。由此，也決定了配電網數據業務具有接線復雜、分布分散、通信點多、通信設備工作環境較差、單個通信點信息量僅幾百波特，但基礎數據庫的信息量非常龐大的特征。采用新型230MHz電力無線寬帶通信專網可以較好地解決智能電網對低壓配網業務所要求的雙向通信問題。

配電自動化終端的數據通過LTE230系統的專用通道送到遠端監控主站系統，監控主站的下發指令也通過專網傳遞到配電自動化終端中，以控制配電自動化終端的操作，實現安全可靠的雙向通信，如圖3所示。

圖2 用電信息采集應用

LTE230電力無線寬帶通信系統提供在農村地區超過30km半徑的覆蓋，以及最高達14.96Mbit/s的上行無線傳輸鏈路，具備優先級設置功能，能按需分配業務帶寬，較好地滿足各類型配網業務順利開展對通信通道的要求，保障了業務可靠性、實時性、安全性。LTE230電力無線寬帶通信專網建設速度快，可較好地覆蓋開閉所、環網柜、柱上開關等配電設備，實現配電自動化終端的通信接入。

3.3 輸電線路監控業務應用

我國的電網系統是集中發電、特高壓、高壓遠距離輸電的大型互聯網絡，用電負荷的不斷增加使得對遠距離輸電線路的傳輸容量需求不斷增大，智能電網對電網運行的穩定性和安全性提出了更高的要求。

隨著堅強智能電網對于電力堅強基礎網架的需求，建設由1000kV交流和±800kV、±1000kV直流構成的特高壓骨干電力傳輸網架，成為電網公司構建智能電網的必要手段。骨干輸電線路往往架設在環境惡劣、人跡罕至的地區，首先在線路的建設上就增加了工作量和費用，其次在線路的維護上很不方便，會對電力傳輸系統的可靠性和穩定性造成影響。

電力無線通信系統可以為電力輸電網絡提供大容量、廣覆蓋的雙向、可靠的通信解決方案，是電力光纜通信的良好補充。

新型230MHz電力無線寬帶通信系統能很好地覆蓋塔上塔下、塔間、大跨越兩岸以及周圍復雜環境，將施工現場的視頻信息實時傳送到工程指揮中心及相關管理部門，為現場施工指揮人員提供清晰的、圖像化的指揮調度視頻，從而提高了施工過程中的安全性、可靠性、準確性和實效性。對于已建好的骨干電網網架，通過新型230MHz電力無線寬帶通信系統實現重點區域的實時視頻監控，當輸電線路出現故障時能夠在現場迅速建立通信網絡，為線路搶修提供臨時通信保障，如圖3所示。

另外，依托新型230MHz電力無線寬帶通信系統可以覆蓋偏遠的變電站，為這些無人值守變電站提供應急視頻監控、遠程故障告警接收，實現電網調度可視化管理，保障電網運行的安全可靠。

4 結束語

本文從智能電網的通信業務需求出發，基于電網獨有的230M頻段離散頻譜，利用TD-LTE先進無線通信技術，提出了具有深覆蓋、高速率傳輸、實時性強、安全性強等特點的無線通信解決方案。解決了用電信息采集、配網自動化、負荷控制等多業務對電力無線通信的需求。

1 吳文炤.TD-LTE 230MHz在配電線路全項在線監測系統的應用.電力通信系統.2012,10

2 歐清海,謝杰洪,曾令康,李祥珍,曾巖.TD-LTE 230技術在配用電通信中的應用.現代電子技術.2012,11

3 周建勇,田志峰,李艷,陳寶仁.廣覆蓋LTE 230系統在電力配用電應用中的研究與實踐.電信科學.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.

LTE230 system,smart grid,base station

2014-12-25）