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隨著無線通信技術的快速發(fā)展，目前，可選用的無線通信技術比較多：傳統(tǒng)230MHz數(shù)傳電臺、公網(wǎng)GPRS/CDMA、WiMAX（全球微波互聯(lián)接入）、McWILL（多載波無線信息本地環(huán)路）、Mobitex、TD-LTE230系統(tǒng)等。這些技術均可實現(xiàn)農(nóng)村電網(wǎng)信息的遠程通信。采用GPRS/CDMA公網(wǎng)租用方式每年的租用費用較高，如果引入視頻、寬帶等業(yè)務，費用更高昂，網(wǎng)絡安全性方面也存在問題；230MHz電臺專網(wǎng)、Mobitex專網(wǎng)通信帶寬較小很難滿足電力系統(tǒng)對寬帶業(yè)務的需求。如何對現(xiàn)有農(nóng)網(wǎng)多種無線通信方式進行客觀的分析與評價，進行統(tǒng)一規(guī)劃、設計和建設公司縣域農(nóng)村電網(wǎng)無線通信專網(wǎng)，成為一個有待解決的問題。本文在分析農(nóng)村電網(wǎng)通信現(xiàn)狀與業(yè)務需求基礎上，論述了無線通信在農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展的必要性與定位，結合無線專網(wǎng)通信技術的最新發(fā)展和應用，分析了無線通信專網(wǎng)技術性能、業(yè)務支持能力、組網(wǎng)應用及技術發(fā)展路線，提出了構建農(nóng)村電力無線通信專網(wǎng)的技術方案，探討了農(nóng)村電力無線專網(wǎng)建設模式，為無線通信技術在廣大農(nóng)村電網(wǎng)的應用提供了參考。

電力無線通信技術現(xiàn)狀

發(fā)展我國的電力通信網(wǎng)伴隨著電網(wǎng)的發(fā)展，從小到大、從點到面發(fā)展并形成覆蓋全國的電力通信網(wǎng)。電力通信技術也經(jīng)歷了電力線載波、無線（微波、衛(wèi)星、一點多址微波、無線集群、230MHz數(shù)傳電臺）、光纖通信為主的3個發(fā)展階段。20世紀80年代開始以數(shù)字微波為干線，覆蓋全國大部分省、市的電力通信干線網(wǎng)初步形成，作為骨干網(wǎng)的補充和延伸，150MHz、450MHz無線移動通信、800MHz集群移動通信、一點多址微波通信等也得到應用。由于無線通信頻率資源有限，隨著通信信息量的急劇增加，無線通信已經(jīng)遠遠不能滿足電網(wǎng)通信業(yè)務的需求。光纖通信技術的成熟和應用，依托電力系統(tǒng)特有的線路資源，20世紀90年代中后期電力光纖通信系統(tǒng)迅猛建設，目前，已經(jīng)建成了覆蓋各級變電站的電力骨干通信網(wǎng)絡。數(shù)字微波、衛(wèi)星、一點多址微波、無線集群等無線通信在不斷萎縮并基本退出歷史舞臺。230MHz數(shù)傳電臺自1991年國家無線電管理委員批復電力負荷控制專用頻點以來，經(jīng)過多年發(fā)展，全國大部城市已建有230MHz無線系統(tǒng)。系統(tǒng)以地市公司為單位建設，在地市公司主站附近建一主臺站，在轄區(qū)隨信號覆蓋情況建設基站/中繼站，實現(xiàn)地市級大用戶覆蓋。電網(wǎng)智能化發(fā)展需要構建覆蓋全網(wǎng)直至用戶側的高速實時、支持多業(yè)務靈活接入的電力通信網(wǎng)絡。受到農(nóng)村電網(wǎng)尤其是廣大中西部地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展與通信基礎設施薄弱、農(nóng)網(wǎng)通信點多、覆蓋范圍廣、通信設備工作環(huán)境差等限制，面向廣大農(nóng)村用戶側通信網(wǎng)絡資源極其匱乏，已成為電網(wǎng)建設與智能發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)有的電力骨干光纖通信網(wǎng)絡向下延伸，存在短時間內(nèi)無法大面積覆蓋、光纖布放難度大、投資高、運維工作量大等問題。為滿足農(nóng)網(wǎng)復雜業(yè)務的需求，單一的光纖通信方式已經(jīng)不能滿足農(nóng)村電網(wǎng)業(yè)務全覆蓋要求，需要開展以光纖通信為主、無線通信為輔相結合的復合通信網(wǎng)絡建設與應用嘗試，以更好地開展農(nóng)網(wǎng)配電自動化、負荷控制、用電營銷、輸電線路監(jiān)測、無人值守可視化管理、移動辦公、巡檢、應急搶險、視頻監(jiān)控等業(yè)務。

現(xiàn)狀一直以來，無線通信技術在農(nóng)電通信中的應用采用各業(yè)務部門單獨建設無線通信網(wǎng)的方式，自建網(wǎng)承載自有業(yè)務。2005年以前，縣級電力公司主要選用230MHz無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)專變用戶的數(shù)據(jù)采集與負荷控制等功能，具有投資少、建設周期短、維護簡單等優(yōu)點，非常適合應用于通信節(jié)點分散的配電網(wǎng)。230MHz無線數(shù)傳電臺也存在一些諸如傳輸速率低、實時性差、管理能力差、系統(tǒng)容量小、組網(wǎng)能力弱等缺點，在很大程度上制約了該項技術的發(fā)展和應用。近幾年，各地農(nóng)村縣級電力公司結合配電自動化、用電信息采集、應急搶修、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)建設，采用了最新的寬帶無線專網(wǎng)技術構建縣域無線通信專網(wǎng)，支撐有關業(yè)務系統(tǒng)的建設。（1）McWILL試點工程McWILL試點工程主要集中在重慶永川、河北張家口、山東蓬萊、商河等縣，主要承載負荷控制、遠程抄表、配變電監(jiān)測、移動視頻監(jiān)控等業(yè)務。（2）TD-LTE230試點工程在浙江海鹽縣已建成230MHzLTE試點工程，建設3個基站，小區(qū)半徑5km，站間距10km，覆蓋海鹽城區(qū)。主要承載業(yè)務：兩個視頻監(jiān)控點，配電自動化終端分布于一條10kV線路，共10個業(yè)務點。同時連接20余用電信息采集節(jié)點，連接大用戶專變采集和居民用電信息采集集中器。海鹽未來將有17500個終端接入，為滿足需求并預留足夠的系統(tǒng)容量，基站數(shù)擴容到6個，可以達到36000個終端的接入能力。（3）國網(wǎng)公司啟動試點工程建設2012年3月，國網(wǎng)公司啟動縣域電力通信網(wǎng)試點工程建設，選擇35個縣進行寬帶無線通信專網(wǎng)試點建設，進行包括TD-LTE230電力無線寬帶通信系統(tǒng)、McWILL、eWIN寬帶多媒體集群系統(tǒng)技術應用，以驗證無線寬帶通信專網(wǎng)承載農(nóng)網(wǎng)智能化業(yè)務的適用性，探索農(nóng)村電力無線通信專網(wǎng)建設模式和運維方式。

需求

農(nóng)村電網(wǎng)通信業(yè)務特征（1）終端數(shù)量多單基站在線用戶數(shù)較大，并發(fā)用戶數(shù)需考慮變電終端、配網(wǎng)自動化終端等。（2）單點數(shù)據(jù)量不大，總數(shù)據(jù)量大電表信息實時采集、配網(wǎng)自動化業(yè)務、負荷管理、智能用電服務等總帶寬要求。（3）大上行比智能用電及用電信息采集無線網(wǎng)絡上行數(shù)據(jù)量比例高，需提供靈活上下行帶寬配比。（4）設備結構簡單，便于安裝及維護（5）對傳輸時延要求高無線通信網(wǎng)絡由單向信息收集向雙向互動演進，控制信息、安全一區(qū)業(yè)務信息對傳輸時延要求很高。

業(yè)務需求（1）配電自動化按照配電自動化功能規(guī)范DL/T814-2002的要求，開關變位信息要求在5s以內(nèi)傳送到主站，綜合考慮一個饋線監(jiān)控終端傳輸所有信息，每個終端至主站（或子站）至少需要2.4bit/s全雙工通道。（2）負荷管理國家電網(wǎng)公司項目“電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設”相關研究表明，如果每一個專變用戶的用電信息在15min內(nèi)采集完成，每個終端至主站（或子站）需要1.2bit/s全雙工通道。（3）用電信息采集國家電網(wǎng)公司項目“電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設”相關研究表明，如果一個公用變壓器按照5戶三相工商戶、5戶單相工商戶、200戶居民戶考慮，15min內(nèi)要完成公用變壓器考核點及其下的所有低壓用戶用電信息實現(xiàn)采集，至少需要從公用配電變壓器至主站具有19.2~100bit/s全雙工信道。（4）智能電網(wǎng)用戶服務將通信網(wǎng)絡延伸到用戶家庭，實現(xiàn)用戶用電信息、電力交易信息及用戶用電智能管理等智能電網(wǎng)用戶服務功能，需要為每個用戶至少提供100bit/s通信帶寬。

業(yè)務寬帶預測根據(jù)我國典型農(nóng)村電網(wǎng)線路、配電開關、配電變壓器、低壓用戶情況的統(tǒng)計分析，每平方公里擁有的配電設備、用戶及其通信需求。

可行性

遠程通信技術目前終端通信接入網(wǎng)遠程通信技術主要有光纖、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)和中壓電力線載波，通信方式結合系統(tǒng)建設規(guī)模、技術前瞻性、實時性、安全性、可靠性等因素綜合考慮，以確定適用的組網(wǎng)通信方式。遠程通信技術比較見表2。由表2可以看出，光纖通信具有容量大、可靠性好、實時性高的特點，適合作為業(yè)務密集城區(qū)、重要客戶匯集區(qū)域的遠程通信通道，但是光纖網(wǎng)絡的建設和維護難度較大，實現(xiàn)光網(wǎng)絡全覆蓋花費巨大且沒有必要。無線專網(wǎng)和中壓載波可以充分利用其無需布線、運維簡單的優(yōu)點和光纖網(wǎng)絡形成優(yōu)勢互補，在光纖不能達到或者無必要達到的區(qū)域承載配電自動化或者用電信息采集業(yè)務。公網(wǎng)通信具有無可比擬的靈活性，目前應用廣泛，為此電網(wǎng)公司每年需向運營商支付巨額費用，公網(wǎng)的可靠性和實時性均無保障，應該逐步被專網(wǎng)取代?？紤]到實際情況，偏遠地區(qū)和專網(wǎng)覆蓋死角可以繼續(xù)保留公網(wǎng)通信。

多種無線技術

無線公網(wǎng)技術目前國內(nèi)公網(wǎng)主要采用GPRS、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA。（1）GPRSGPRS在國內(nèi)已經(jīng)廣泛應用于用電信息采集、負荷控制領域，每年需向運營商支付大量費用。一般是租用移動運營商APN資源作為用電信息采集信道，GPRS理論最大瞬時速率為171bit/s，實測一般為8～48bit/s。（2）WCDMAWCDMA是歐洲和日本所采用的3G技術，在國內(nèi)，中國聯(lián)通采用WCDMA建立3G網(wǎng)絡。WCDMA技術成熟，國際上已有近10年的商用經(jīng)驗。新版本理論峰值下載速度可達14.4Mbit/s，上傳速度是6.8Mbit/s。在3G信號覆蓋不到的區(qū)域，WCDMA可以平滑過渡到GSM網(wǎng)絡，這是WCDMA在公網(wǎng)中的一大優(yōu)勢。（3）cdma2000cdma2000是美國采用的3G技術，在國內(nèi)，中國電信采用cdma2000構建3G網(wǎng)絡。理論峰值速率2~3Mbit/s。基站比較龐大，終端成本較高。（4）TD-SCDMATD-SCDMA是我國研發(fā)的3G技術，中國移動采用TD-SCDMA技術構建3G網(wǎng)絡。目前，政府支持力度很大，但業(yè)界普遍持觀望態(tài)度。理論峰值速度384kbit/s。廠商對終端的支持不夠。

無線專網(wǎng)技術相對于公網(wǎng)，專網(wǎng)無線系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：節(jié)約運行費用，長期效益明顯；靈活度高，可以根據(jù)電力業(yè)務需求自由規(guī)劃網(wǎng)絡；實時性強，電網(wǎng)可以根據(jù)不同業(yè)務等級，靈活自定義業(yè)務優(yōu)先級，確保實時性業(yè)務獲得最優(yōu)信道資源；安全性保障機制完善，可采用鑒權、加密等多種安全機制保障業(yè)務安全性，可以方便地使用應用層加密技術確保端到端數(shù)據(jù)的可靠傳輸。構建專網(wǎng)的難度同樣不小，具體介紹如下。一次投資成本高，運行維護較公網(wǎng)更為復雜，這也是所有行業(yè)專網(wǎng)面臨的共性問題。頻譜資源問題。頻譜資源問題是構建電力無線專網(wǎng)面臨的主要問題。雖然電力行業(yè)用擁有230MHz頻段的40個頻點，但是總帶寬只有1Mbit/s，與目前3G、4G技術動輒10Mbit/s、20Mbit/s的帶寬相比十分有限，且40個頻點離散、不對稱，技術開發(fā)難度較大。申請其他頻段的難度較大，目前剩余資源有限。技術制式不統(tǒng)一，缺乏相關標準。目前，電力無線存在多種技術并存、接口不規(guī)范的局面，比如，大部分配電自動化設備如FTU、TTU等接口為RS232/485，無線通信終端大部分支持FE口，接口不統(tǒng)一導致設備安裝調試、運行維護難度增大。

（1）McWILLMcWILL是在現(xiàn)有大規(guī)模商用的窄帶SCDMA技術的基礎上，國內(nèi)自主研發(fā)寬帶無線通信系統(tǒng)，支持用戶在數(shù)據(jù)業(yè)務下的移動、漫游、切換等功能。從全球來看，McWILL與WiMAX在技術性能和業(yè)務應用領域的差別不大，在國內(nèi)市場有其獨特的優(yōu)勢，如頻率資源、市場基礎等。McWILL可以使用1785～1805MHz和406.5～409.5MHz兩段授權頻率，兩段頻率非McWILL專用，需要地方無委批準使用?；就掏铝浚?MHz帶寬下，達到15Mbit/s。小區(qū)覆蓋范圍：密集城區(qū)1~3km（1800MHz頻段），農(nóng)村8~13km（1800MHz頻段）。McWILL核心技術屬于北京信威通信有限公司，只有少數(shù)的終端廠商做外圍支持。因此，如果大規(guī)模建設，產(chǎn)業(yè)鏈支撐能力有限。

（2）TD-LTE230TD-LTE230是國家電網(wǎng)信通公司聯(lián)合普天公司研發(fā)的電力寬帶專網(wǎng)技術。目前在海鹽電業(yè)局有3個基站規(guī)模的試點，基站間距10km，覆蓋整個城區(qū)。該技術采用了TD-LTE所采用的某些技術，采用電力行業(yè)授權的230MHz頻段的40個離散頻點，頻點離散、非對稱，總帶寬1MHz。TD-LTE230采用了載波聚合技術實現(xiàn)離散頻譜聚合，提高了頻譜利用率。采用了頻譜感知技術，目前該技術用于躲避干擾，系統(tǒng)設計支持340個子頻點，在檢測到除電力專用的40個子頻點外其他頻點空閑時，可以靈活借用以提高傳輸速率，但是此項功能在試點系統(tǒng)并未使用。TD-LTE230于2012年4月獲得了國家無委基站和終端的設備型號核準證，起草完成了13項國網(wǎng)企業(yè)標準。同McWILL技術一樣，TD-LTE230同樣面臨產(chǎn)業(yè)鏈支撐能力弱的問題。

（3）TD-LTELTE是3G的演進，是以OFDM/FDMA為核心的4G技術。3GPPLTE項目的主要性能目標包括：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)時延，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms；能夠為350km/h高速移動用戶提供大于100bit/s的接入服務；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25~20MHz多種帶寬。TD-LTE技術作為國際公認的3G演進方向，在產(chǎn)業(yè)鏈完整性、技術先進性上面是毋庸置疑的，目前國內(nèi)大規(guī)模實驗局進展順利。目前TD-LTE產(chǎn)業(yè)鏈已受到包括日本軟銀、沃達豐、德國電信、法國電信、SK電訊、印度Yota、美國Clearwire等一批國外主流運營商以及擁有TDD頻段的新興運營商的認可和接納，在全球已建設33個試驗網(wǎng)，預計2012年將有超過10個國家和地區(qū)開始TD-LTE網(wǎng)絡商用部署。2011年，我國進行了TD-LTE第一階段規(guī)模試驗，基站數(shù)量超過1000個。目前TD-LTE尚沒有面向電力的試點工程，北京政府在城區(qū)建設基于TD-LTE的北京政務網(wǎng)，覆蓋北京三環(huán)內(nèi)城區(qū)，網(wǎng)絡規(guī)劃建設90個基站。該工程平均每基站覆蓋1.7km2，基站覆蓋半徑小于1km，該參數(shù)顯示了密集城區(qū)的基站覆蓋密度需求。

典型應用技術方案電力無線寬帶通信系統(tǒng)在遠端監(jiān)控模塊與后臺主站之間提供安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，并提供對網(wǎng)絡設備和遠端通信模塊的配置和管理功能，系統(tǒng)采用全IP網(wǎng)絡構建,系統(tǒng)架構如圖1所示。終端設備：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控調度、寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗h端模塊的統(tǒng)稱，是智能電網(wǎng)遠端信息采集和監(jiān)控調度的執(zhí)行單元，如集中器、配電終端、攝像頭等。（1）主站智能電網(wǎng)主站系統(tǒng)。（2）接入終端系統(tǒng)的無線終端模塊，直接與監(jiān)控單元通信。終端與監(jiān)控單元能夠無縫連接，即插即用。（3）基站系統(tǒng)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）。（4）核心網(wǎng)系統(tǒng)的核心網(wǎng)，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(wǎng)主站。通過核心網(wǎng)，電力終端能夠完成數(shù)據(jù)采集、調度指揮、應急搶險等功能。（5）網(wǎng)管網(wǎng)絡管理單元，主要包括兩部分內(nèi)容：網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)控和設備運維。該中心支持對現(xiàn)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(tǒng)一集成的多媒體調度指揮系統(tǒng)。具體包括：調度指揮中心（指控系統(tǒng)以及電視墻、GIS信息顯示）；現(xiàn)場應急指揮調度系統(tǒng)（車載應急基站、衛(wèi)星接入系統(tǒng)、車載臺、集群終端、移動視頻監(jiān)控等）；可視電話調度系統(tǒng)（包括有線與無線可視電話）；監(jiān)控系統(tǒng)。

電力無線網(wǎng)絡建設模式探討

自建自營自建自營電力專網(wǎng)，在安全性、可靠性、業(yè)務保障能力方面具有明顯優(yōu)勢，與此同時，構建專網(wǎng)也存在一次性投入大、運行維護復雜等問題。目前，電力專網(wǎng)目前尚處于小規(guī)模試點階段，承載業(yè)務量有限，系統(tǒng)穩(wěn)定性尚未得到驗證。以浙江海鹽TD-LTE230無線專網(wǎng)試點為例，如圖2所示，目前采用3個基站實現(xiàn)市區(qū)全覆蓋，而系統(tǒng)掛載終端的數(shù)量只有幾十個，與單基站支持6000個點在線的設計指標差距很大，就當前情況看難以評估該系統(tǒng)的實際性能。目前，海鹽供電局計劃逐步增加終端數(shù)量，最終實現(xiàn)17500業(yè)務點全接入，屆時，TD-LTE230的性能將得到有效的驗證。因此，應繼續(xù)推進電力專網(wǎng)試點工程建設，在增加試點數(shù)量的同時，著重提高試點建設質量，以便真實有效地評估電力專網(wǎng)的業(yè)務支撐能力。綜合考慮建設成本、系統(tǒng)性能、終端分布等因素，宜采用電力無線專網(wǎng)作為終端通信接入網(wǎng)遠程通道，可以用于直接承載“二遙”配電自動化業(yè)務、負荷控制業(yè)務、少量的視頻業(yè)務，也可以作為用電信息采集業(yè)務的主干通道。

租用公網(wǎng)租用公網(wǎng)簡便快捷，維護簡單，但是安全性、實時性得不到保證，長期經(jīng)濟性差。對于重要性能低的配電自動化業(yè)務，普通居民和一般工商用戶抄表業(yè)務以及構建專網(wǎng)明顯有難度的區(qū)域可以采用租用無線公網(wǎng)的方式。

結束語

目前各地開展的新型無線寬帶通信技術的實踐活動表明，基于新型無線寬帶技術的農(nóng)村電網(wǎng)通信系統(tǒng)演進過程正在逐步展開，電力無線通信系統(tǒng)正在朝著寬帶、大容量、高可靠、低時延、穩(wěn)定性強的方向升級換代，新型電力無線寬帶通信系統(tǒng)需要充分借鑒公網(wǎng)無線通信系統(tǒng)已有成果，具備廣覆蓋、低成本、技術先進、標準/產(chǎn)品相對成熟等諸多優(yōu)勢，快速形成新型電力無線寬帶通信系統(tǒng)的市場化應用。無線通信具有覆蓋范圍廣的優(yōu)點，更適合于農(nóng)村、城鄉(xiāng)結合部等大范圍、節(jié)點分散的應用場合。

作者：李建岐趙濤單位：中國電力科學研究院