基于TD-LTE的新疆配电自动化通信系统无线组网研究

【关键词】配电自动化 通信 无线组网

长期以来，我国电力形成了“重发轻供不管用”的局面，配电网建设滞后，问题日积月累。随着智能电网技术的发展，中低压配电自动化的建设将成为智能电网建设的重点。而配电自动化的建设，离不开通信系统的支撑，稳健的通信网络是配电自动化的基础。

2013年，新疆电力公司开始配电自动化系统建设。为配合配电自动化系统建设，新疆电网公司大力发展、建设配电网环节通信光缆。然而，敷设光缆涉及大量城市路面开挖工作，光缆建设举步维艰。以光纤通信为主的建设方式，受限于实施难度，时间进度上严重影响着配电自动化系统的建设。因此，需寻求安全、可靠的无线通信手段，是新疆电网配电自动化系统建设的必然选择。

1 配电自动化系统结构

配电自动化是应用现代计算机、远动、自控、通信等先进技术，实现配网远方监控和配电自动管理，以达到配网安全、可靠、经济、优质高效运行的目的。由馈线终端、配电子站和主站构成的三层结构已得到广泛共识。

配电自动化系统主站（即配电网调度控制系统，简称配电主站），主要实现配电网数据采集与监控等基本功能和分析应用等扩展功能，为配网调度和配电生产服务。

配电自动化系统子站（简称配电子站），是配电主站与配电终端之间的中间层，实现所辖范围内的信息汇集、处理、通信监视等功能。

配电自动化终端（简称配电终端）是安装在配电网的各类远方监测、控制单元的总称, 完成数据采集、控制、通信等功能。

2 配电自动化无线通信方式对比分析

随着技术进步，GPRS、3G等技术因为传输速率较低，已逐步过渡到4G。4G技术共包含TD-LTE和FDD-LTE两种制式，其中TD-LTE技术由中国主导，代表着无线通信的最先进水平。值得注意的是，按照《电力监控系统安全防护规定》（发改委 2014年 14号令）要求，配电自动化系统等电力监控系统业务必须采用专网承载。TD-LTE在230MHZ及1.8GHZ频率处均存在未分配频段，可以申请组建无线专网，两个频段技术对比如表1。

从表1中可看出，230MHZ频段的工作带宽已被无线电管理委员会授权使用，组网时不用单独申请，且其具有广覆盖的特点，但其峰值速率要低于1.8GHZ频段。1.8GHZ频段的工作带宽需要单独申请，可能会于民航等行业带宽需求冲突，其覆盖半径也较小，但其峰值速率要高于230MHZ频段。

两个频段在各有优缺点，但却完美匹配城市配电网和农村配电网两个应用场景。在城市配电网，用电负荷密度较大，配电线路一般沿着城市干道分布，配电自动化终端分布比较集中，上行速率也需求较大，可采用1.8GHZ频段组网。在农村配电网，用电负荷密度小，配电终端分布比较分散，上行速率需求较小，可采用230MHZ组网。

3 配电自动化无线通信组网方案

LTE网络通常由用户终端设备（Customer Premise Equipment，CPE）、基站组成。CPE配备以太网接口和UART接口，可与配电终端通信，即插即用。由于配电终端通常不具备无线模块，CPE可用来实现无线、有线业务数据的转换。基站是LTE系统的重要组成部分，可通过空中接口与不同的CPE连接，实现配电业务数据的收集及转发。

配电终端通过双绞线与CPE连接，配电数据可通过CPE转换成无线数据，进而上传给基站。基站通过光纤与连接至子站传输（SDH）设备，数据由光纤环网可靠上传至配电自动化主站。

4 方案实施

新疆电力公司在乌鲁木齐、昌吉分别搭建了LTE网络，乌鲁木齐供电公司采用1.8GHZ频段组网，昌吉供电公司230MHZ频段组网。测试结果显示，1.8GHZ频段无线网络覆盖范围可达3公里， 230MHZ频段无线网络覆盖范围可达16公里。在建筑物及树木遮挡、恶劣天气条件下，两个频段均可保证信息可靠传输。

在乌鲁木齐供电公司抽取五城四线、北医一线、东普线、菊永线、红郊线的五个配电终端进行时延测试，五个终端的时延在59～300ms之间。在昌吉供电公司抽取化二线、亚建线，亚宁二线、亚北一线、亚延线的五个配电站终端进行时延测试，五个终端的时延在200ms～800ms之间。从测试结果来看，采用TD-LTE技术进行无线组网，完全满足国网公司对配电终端实时性的要求。

5 结论

在疆配电通信网建设时，采用TD-LTE技术的1.8GHZ频段在城市组网，采用230MHZ频段在农村组网，满足了配电自动化可靠性和实时性要求，为光纤未覆盖区域的配电通信系统建设提供了解决思路，具有很好的参考意义。

参考文献

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