闫淑辉，冯世英
（普天信息技术研究院有限公司，北京 100080）
摘 要： 随着智能电网的建设，无线通信技术在电力系统自动化中起着越来越重要的作用。在实际应用中，无线通信系统表现出了部署简便、应用成本低等优势，但对于地下室、密集城区的阴影区域如何应对还缺乏有效的应对方法。另外，如要更好地发挥无线专网的作用，将电力有线网络与无线网络相融合，也需要更加深入的研究。本文针对电力无线专网的深入应用展开探讨，提出了基于无线专网的地下室解决方案、盲区补充解决方案和有线无线混合组网方案，为电力无线专网的更好的应用提供帮助。
关键词： 智能电网；无线通信专网；LTE230系统；地下室覆盖；阴影区覆盖
0 电力无线专网发展现状
随着智能电网建设的进一步深入，智能电网建设的重点正在向配用电智能化方向发展。由于配用电网络具有分布广泛、拓扑复杂等特点，使其通信方式由原来的线状分布逐渐面状分布发展。而解决面状分布终端的最佳方案就是使用无线通信方式。
目前，国家电网采用的无线通信方式主要有无线公网方式和无线专网方式。虽然无线公网对配用电节点业务形成一定的补充覆盖，但仍无法达到电力行业实现全覆盖的目标。同时，无线公网时延大、Qos质量低及视频业务价格居高不下的问题也日益凸显。与无线公网相比，无线专网具有通信质量高、QoS可定制、网络安全性好、设备抗毁性强等优点，可作为电力配电通信网络中光纤通信的重要补充，并且能够实现全天候视频监控业务，是构建高速、可靠、灵活的电力配电通信网，解决配用电侧全覆盖、全采集目标的重要手段。
目前，无线专网承载的业务正在从计量自动化、配电自动化等核心业务扩展到微网、光伏发电、风电、汽车冲换电站、视频监控、低压电房视频监控、低压电房门禁监控等新型电力业务，以满足电力日益增长的智能电网建设需求。
无线方式虽然对智能电网建设有着非常重要的作用，但针对地下室、密集城区的阴影区域覆盖效果不理想，需要一些方法进行提升。
1 基于LTE230系统的电力无线通信专网
本文提出的TD-LTE230系统是为电力行业量身打造的宽带无线接入系统。系统集成第4代移动通信LTE网络架构的全部优点，并结合电力应用需求，利用载波聚合技术，将230MHz频段离散的窄带频点资源进行统一整合形成宽带资源以满足行业应用。同时，该系统引入了OFDM、高阶调制、高效编码等新技术，一方面提高了频谱效率，另一方面使系统具有优越的解调性能，提升了系统的抗干扰能力，从而保证了与数传电台系统在230MHz频段的共存。该系统能够支持包括用电信息采集、配电自动化、专变负控采集、视频传输等电力业务，并能根据电力用户需求不断进行改进与定制。
1.1 系统架构
LTE230系统主要由无线终端UE、无线基站eNodeB、核心网EPC及网管eOMC构成。具体如图1所示。
（1）无线终端UE
LTE230系统的无线终端模块，直接与集中器、负控终端、配电自动化终端等电力终端设备通信。终端与监控单元能够无缝连接，即插即用。
（2）无线基站eNodeB
LTE230系统的无线基站，能够接入多路用户。包括固定基站以及移动基站（车载）。每个基站单个扇区最多可接入2 000个电力数据用户。
（3）无线核心网EPC
LTE230系统的核心网，负责终端认证、终端IP地址管理、移动性管理等，直接连接智能电网主站。通过核心网，电力终端能够完成数据采集、视频监控、调度指挥、应急抢险等功能。
（4）网管eOMC
LTE230系统的网络管理单元主要包括两部分内容：网络状态监控和设备运维。该中心支持对现存的电力信息管理进行融合，并能利用各种多媒体手段，GIS技术，完成统一集成的多媒体调度指挥系统。
1.2 系统特点
（1）覆盖广、信号绕射能力强：密集城区覆盖3 km，乡村30 km；
（2）安全性高：遵循LTE规范，实现3GPP最严格的加密鉴权机制，支持IP地址过滤与用户数据协议过滤；
（3）数据传输稳定：支持Turbo信道编码、HARQ、AMC等先进物理层技术保证数据传输可靠；
（4）设备可靠性高：设计过程中及进行了大量的高可靠性设计考虑，并在产品开发完成后进行了各种可靠性验证；
（5）可维护性强：操作维护中心OMC可实现对LTE230网络中的EPC、eNodeB、UE进行集中统一的管理，可以远程、实时地对网元设备和网络实现配置管理、拓扑管理、故障管理、性能管理、报表管理、软件管理、日志管理和安全管理；
（6）可扩展性强：全IP网络架构、支持软件无线电技术；
（7）深度定制：上行为主、支持QoS设定、实时性强、终端产品丰富。
2 无线专网应用解决方案
2.1 地下室解决方案
本方案采用的是普天无线自中继系统。该系统基于ZigBee无线技术，采用自组网技术，可以支持多跳传输，组网非常灵活，且系统功耗较低。
该系统的主要功能是与远距离传输的LTE230结合使用，解决LTE230电力无线专网在大面积覆盖时地下室覆盖阴影区域多的难题。如图2所示。
系统主要参数如表1。
2.1.1 系统组成
整个系统由接入点（AP）、路由终端（RE）、终端节点（ED）三部分组成，其中AP负责远距离LTE230信号与470近距离信号的转换；RE负责470信号的路由转换；ED负责最后与电力终端进行对接。其中，路由节点可以根据网络的复杂程度进行增加，终端节点根据电力终端的数量进行增加。如图3所示。
2.1.2 系统优势
由于现有电力终端多数安装在居民小区、大型写字楼或者商场内部或者地下室，电力无线专网难以覆盖，目前，往往采用终端天线拉远或者终端拉远方式进行解决，但存在拉远距离近、施工量大、物业协调困难等问题。
普天470 MHz近距离无线增强系统全部采用无线方式，具有以下优点：
（1） 采用470 MHz受保护频段，干扰相对较少；
（2） 采用无线中继方式，避免了拉线等施工难题，对物业破坏小，物业协调简单；
（3）支持220 V市电，并备有应急锂电池，电源供应稳定可靠，容灾性强。
2.2 密集城区阴影解决方案
2.2.1 方案组成
LTE230在城市部署，阴影区域较多，终端接入困难。如果单纯采用470方式，则需要在安装终端的时候判断是安装230还是470，增加了终端安装的复杂的。如果能够统一安装230终端，然后根据终端信号情况进行补盲，则会大大提高网络部署可行性。
补盲过程中，补盲设备的供电相对比较容易解决，但是传输资源比较紧张，如果能够实现无线回传，则可解决补盲网络中的巨大难题。
应用全一体化基站，结合CPE202组成无线中继系统，实现阴影区域的无线覆盖。全一体化基站进行覆盖，CPE202实现全一体化基站SGI口的信号回传。方案如图4所示。
为了防止全一体化基站，与CPE直接的干扰，两个系统采用滤波器隔离，加空间隔离的方式进行部署。
由于采用全一体化基站，做SGI口的数据回传，因此整个网络协议不需要进行任何修改，终端软件也不需要进行任何修改。
CPE和全一体化基站尽量采用整个频段中两端的频率，减少滤波器设计的复杂度，每个小区的覆盖和回传支持3～4个频点即可。
2.2.2 方案优势
终端完全不需要区分自己是工作在一个宏基站下，还是工作在一个无线中继系统下，仅根据广播信号强度区分小区。
整个系统安装在高层建筑的楼顶，CPE信号有保障，全一体化基站靠近终端，终端信号有保障，大幅度提高整网的覆盖质量。
除城区外，在山地，缺少传输资源的地方都可以使用。
2.3 有线传输备份解决方案
由于光纤通信的稳定性，对于重要的配电通信节点，往往会选择光纤通信方式。光纤的布设往往是与输电线路采用相同的路由。这种铺设方式虽然减少了建设成本，但是当线路发生损坏或者中断的时候，光纤通信也会出现一些问题。如果能够使用无线通信方式对有线通信进行备份，则可以大幅度提升通信的可靠性。
在电力业务对通信信道要求较高的场景下，往往采用xPON+LTE230双通道解决方案，形成有线和无线的互相备份，系统结构如图5所示。
在双通道解决方案中，ONU设备同时具备xPON接口和LTE230通信模块，实现xPON与LTE230的同时在线。在xPON网络正常的情况下，通过系统自动判断选择xPON网络作为数据传输的通道，一旦xPON网络故障，系统会切换到LTE230网络传输数据。
该方案优势如下：
（1）系统可靠性高。在光纤通道正常情况下采用光纤通信，通信可靠性高；当光纤故障的情况下采用无线通信，保证通信不中断。
（2）备份成本低。与双光纤的备份方案相比，光纤+无线的备份方案建设成本与维护成本都更加低廉。
3 结束语
随着电力无线专网的广泛应用，对于不同场景下，无线专网的解决方案也日益丰富。本文提出的地下室解决方案、密集城区阴影解决方案、以及有线传输无线备份解决方案，有效的解决了电力无线专网在应用中遇到的问题，突出了无线专网的优势，为电力无线专网的应用打下良好的技术基础。
参考文献
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