（广东电网有限责任公司佛山供电局 广东佛山 528000）
摘要：电力通信网经过多年的发展，目前已经形成了以光纤通信为主，载波、卫星为补充的通信网络格局。然而，与主网通信网相比， 10kV 及以下中低压配电网的通信网络发展却发展相对缓慢。10kV 及以下电网自身的特点决定了通信结构复杂、分布分散、节点多、工作环境差等特征，使得通信技术的选择异常复杂。随着无线通信技术的发展，最新的无线通信技术具有非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、传输距离远、带宽大、不受限于地面线路结构等优点，宽带无线接入专网与有线通信和公网移动通信相比有着其不可比拟的优势。其中TD-LTE 技术是代表性的无线宽带接入技术。
关键词：中低压配电网；无线通信技术；TD-LTE
1 无线通信技术发展与现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为短距离无线接入技术和长距离无线接入技术。一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，单跳传输距离限制在较短（通常最远为数百米）的范围内，就可以称为短距离无线通信。主要的代表技术有Bluetooth、WLAN、Zigbee、UMB、NFC等，短距离无线通信技术大部分工作在2.4G(2.45G±50MHz)和5G（5.8G±0.75G）频段。短距离无线通信主要是实现空间复用，即实现小范围的热点覆盖，如何避免多用户之间的相互干扰成为其技术难点问题。长距离无线接入技术主要有GSM、GPRS、CDMA2000、WCDMA、LTE、Wimax 等，也就是我们日常生活中接触最多的2G、3G、4G 无线接入技术，由于其广覆盖、大容量、安全性相对较高，也是最适用于电力行业的无线接入技术。
按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入，其中长距离宽带无线接入技术的代表有WCDMA、Wimax、LTE；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。各种无线通信接入技术的分类和演进如图1所示：
图1
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向，主要包括LTE和Wimax，由于3GPP组织的大力推广，以及之前GSM和WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA的深厚积累，LTE是其平滑演进方向，LTE技术已经成为全世界公认的下一代无线通信技术（4G，确切为3.9G，后续演进到LTE-A才为真正的第四代无线通信技术），技术日趋成熟，产业链完善。TD-LTE 是我国占主导地位并拥有多项知识产权的4G移动宽带通信技术，得到我国政府的大力推广。TD-LTE百兆级高带宽，毫秒级时延，能够充分保障配网自动化、多媒体应急通信、视频监控等智能电网业务的实时双向通信，并可持续开发新的应用。TD-LTE采用动态带宽分配，上下行时隙灵活配置，更加适应电力业务特点；并可根据业务的不同优先级来进行带宽分配，从而保证高优先级业务（如继电保护、遥控等）的业务等级。TD-LTE扁平化网络结构，易建设，易维护，易扩容，无需光纤铺设。TD-LTE具有灵活的频谱适配能力（1.4、3、5、10、15、20MHz），利于电力行业频谱申请。TD-LTE采用双向鉴权、UTRAN加密、信令完整性保护等技术保障通信网络安全可靠，采取措施确保不同安全等级的业务之间相互隔离，满足电网对于网络高安全性的需求。总之，TD-LTE在建设电力专网行业应用中具有得天独厚的技术优势。
2 TD-LTE设备在中低压配电网中应用的必要性
电力通信网络包括两个部分：一部分是主网通信网，另一部分是配网和用户侧通信。经过多年的发展，主网通信网络以形成了以光纤通信为主，微波、载波、卫星为补充的通信网络格局，实现了各调度控制中心、管理平台和110kV 及以上电压等级的电网全覆盖，光纤通信覆盖率达到100％、通信技术水平及服务保障能力不断提高，为主网层面的智能电网发展提供了根本保证。然而，10kV 及以下的线路、设备、终端构成的中低压配、用电部分通信网络覆盖较少。10kV 及以下电网自身的特点决定了通信结构复杂、分布分散、节点多、工作环境差等特征，使得通信技术的选择异常复杂，所以TD-LTE设备在中低压配电网中应用成为必然。
TD-LTE关键技术指标如下：
工作频率：灵活的频谱适应能力，支持1.4、3、5、10、15、20MHz不同的频谱带宽。目前电力行业主要申请频段为1785~1805M的20M行业专网频段。可支持的业务类型：TD-LTE支持数据业务、VoIP语音业务及流媒体等多种业务。峰值数据速率：支持上行50M，下行100M的峰值速率。时延：可达到控制面时延小于100ms，用户面时延5ms。频谱效率：下行情况下，频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标R6 HSDPA的3~4倍；上行情况下，LTE频谱效率的目标是R6 HSUPA的2~3倍。移动性：能为低速移动（0~15km/h）的移动用户提供最优的网络性能，能为15~120km/h的移动用户提供高性能的服务，对120~350km/h（甚至在某些频段下，可以达到500km/h）速率移动的移动用户能够保持蜂窝网络的移动性。覆盖：覆盖半径在2km 内，吞吐量、频谱效率和移动性等性能指标必须完全满足；覆盖半径在5km 内，用户吞吐量指标可以略有下降，频谱效率指标可以下降、但仍在可接受范围内，移动性指标仍应完全满足。
3 TD-LTE 优势
基于以上所述，经过对比分析可以发现，TD-LTE 技术的特点可以很好地满足对配网自动化和计量自动化对通信需求的要求，将TD-LTE 在中低压配电网中应用具有以下优势：
1)传输速率快，覆盖范围大。TD-LTE 可提供高速的无线宽带接入，而且还具有移动通信能力，满足了电网通信的即时性要求。此外，TD-LTE 技术的传输距离长，达到了覆盖范围广的效果。
2)灵活性强，可实现业务的多样性。TD-LTE 系统丰富的带宽可支持VOIP 语音、数据业务、集群业务等多种业务。灵活的频谱带宽和灵活的时隙配比，特别适于电力进行频率申请和业务匹配。
3)扩容便利，具有可升级性。新增扇区简易方便，灵活的通信通道规划使容量达到最大化，并且允许根据通信网络的发展情况扩容或升级网络。
4)TD-LTE 更适合电力行业高安全性要求。
4基于TD-LTE设备在中低压配电网中应用
4.1 配电自动化
配电自动化系统具备以下功能：1、配网SCADA 功能：对监控的变电站、柱上开关、环网柜、通过配电子站、FTU等配电自动化监控设备进行数据采集，对采集到的各种数据能根据实际需要进行进一步地分析、计算、统计，对开关装置进行遥控操作等，从而实现配网的优化运行；2、馈线自动化DA 功能：通过FTU 监控到线路上故障信息，判断故障性质，实现故障定位并进行故障隔离和非故障区域的快速自动恢复供电，把故障信息和处理过程上报给调度员；3、通过系统监测功能及时计算线路线损，使线路在最佳的经济状态下运行；4、AM/FM/GIS 功能，实现基于地理信息的网络建模、设备查询与统计，动态数据显示与分析；5、配网高级分析DMS 功能：对配电网进行状态估计、网络拓扑、潮流计算、电压/无功优化、安全分析、系统重构等高级应用。配电自动化业务是集中型实时业务，业务流向为各“三遥”、“二遥”、“一遥”终端集中到配电自动化中心主站。三遥：指遥信、遥测和遥控功能；两遥：指遥信、遥测功能；一遥：指遥信功能。
4.2 计量自动化
计量自动化系统是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术为一体的用电需求侧综合性的实时信息采集与分析处理系统。计量自动化系统以实现变电站、电厂、专变大客户、配变、低压客户供用电数据采集与管理的一体化应用为目标，在功能上实现负荷管理与负荷控制、厂站电能量数据自动采集、配电监测、低压抄表、防窃电、预付费、“四分”线损统计和需求侧管理等于一体的业务管理，能够对数据进行自动统计、考核结算、报表打印、信息发布。
4.3 移动办公业务
电网的特点决定了其有大量的设备、设施处于农村、山野等荒凉的场所，这些地区的有线接入手段往往比较匮乏、成本高昂。在室外和野外作业的电力职工往往因为一些重要数据需要分析和汇报就要往返很远的距离，这些职工都一直饱受工作不便的痛苦，办公效率很难提高，他们对实时的通信传输和信息共享有迫切的需求。电力无线宽带专网建成后可以有效解决远程无线办公通信问题，手持笔记本电脑或掌上电脑，插上网卡或终端模块，即可实现宽带“远程移动办公”，大大提高电力员工的办公效率。
4.4 应急集群、多媒体调度业务
集群通信的最大特点是话音通信采用 PTT(Push To Talk)，以一按即通的方式接续，被叫无需摘机即可接听，且接续速度较快，并能支持群组呼叫等功能，它的运作方式以单工、半双工为主，主要采用信道动态分配方式，并且用户具有不同的优先等级和特殊功能，通信时可以一呼百应。为了应对提升应对自然灾害、处置突发事件、保障重大活动所需的应急通信能力，业务应用方面应该满足以下的要求：语音：在事故发生期间，要求现场能够保证至少一路语音通道与行政交换网互通；数据：在事故发生期间，要求现场能够保证提供数据网接入能力；调度指挥：要求现场指挥中心能对现场抢修/工作人员进行直接调度指挥。随着事故应急指挥的需求升级发展，目前应急指挥现场除了需要实现集群语音通信以外，还需要建立集群视频通信及事故现场与指挥中心之间的音视频双工调度通道。
结语
南方电网高度重视智能电网的发展，提出围绕南方电网核心技术，运用现代信息通信技术，加快传统电网的升级改造，建设智能、高效、可靠的电网发展定位并积极参与国际、国内智能电网领域的学术论坛、会议，致力于推动智能电网的研究与应用。随着智能电网建设的不断深化，为更好推进智能电网的建设，以解决配变监测、低压集抄、大客户负荷管理、营配一体化AMI、智能表计、充电站、充电桩等业务终端用户量大、面广、业务分散、光缆不易敷设、通讯困难等问题，同时，加强配网自动化系统的升级，TD-LTE 技术的应用将在中低压配电网中有着广泛的前景。
参考文献
[1]国家电力监管委员会第5 号令《电力二次系统安全防护规定》.
[2] DL/T 723-2000《电力系统安全稳定控制技术导则》.
[3] DL/T 721《配电网自动化系统远方终端》.
论文作者:龚健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/2
标签：电网论文; 业务论文; td-scdma论文; 通信论文; 技术论文; 频谱论文; 通信技术论文; 《电力设备》2017年第35期论文;