王艳琦 周宇波 付诚

【摘要】随着TD-LTE公网运营商牌照的颁布，TD-LTE在电网公司的实用化应用也提上日程，通过统计分析目前及未来智能配电网的业务类型及上传速率，研究目前TD-LTE的无线专网对于智能配电网业务的适应性，提出分层分布体系架构的智能配电网接入层通信系统架构设计及组网方案设计。

【关键词】TD-LTE;系统架构;智能配电网

1.引言

目前，电网正朝着智能、高效、可靠和绿色方向发展，这对通信技术提出了新的要求。云南电网公司不断加大骨干光纤通信网络的建设，然而由于受到配电与用电网分布式结构的限制（网络复杂，通信点多，通信设备工作环境差），面向用户侧最后一公里的通信网络资源极其匮乏，已成为电网建设的瓶颈。由于光纤布放难度大，单一的光纤通信方式不能满足配用电侧业务全覆盖、全采集、全费控的需求，需要开展以光纤通信为主、无线通信为辅的复合通信网络建设与应用尝试，以更好地实现配网自动化、集抄、应急通信、移动办公、巡检、等业务。

2.无线通信方式分析

云南电网公司采用的无线通信方式包括微波通信、租用公网的无线通信（GPRS无线数据采集、CDMA无线数据采集）等。

由于微波的频率极高，波长又很短，超过视距以后需要设置中继站转发，信号衰减大，时间延迟长，不能满足生产业务可靠性、实时性传输需求。

租用公网通信方式在云南电网的应用主要在应急通信、配网自动化及营销自动化。通过租用公网GPRS/CDMA无线通信资源解决配变监测、大客户负控、低压集抄等通道问题。然而，由于公网通信存在网络不稳定、需求及故障处理滞后等一些技术和管理方面的问题。

传统的配电网通信技术在传输速率、可靠性、实时性及维护难易程度方面不能满足网络智能化的需求。

3.智能配电网业务需求分析

智能配电业务主要包括如下：

（1）智能配电自动化业务

配电自动化终端（FTU、DTU、TTU）分布式部署在10kV配网线路柱上开关、环网柜、配变侧，负责采集配网一次设备的运行信息、状态信息、故障信息，并将信息传送至配网调度中心。业务点范围：所有配网节点设备遥信信息的上传;部分配网节点（如重要开关）设备的遥测、遥信和控制，传输带宽30k，传输时延<500ms。

（2）电能量信息业务

在用户侧部署智能电表，实时采集用户用电信息、状态信息等至配网调度中心，向用户传送实时电费、分时电价等信息。智能电表信息汇聚至集中采集器后，再通过配电通信网上送。业务特性：集中型准实时业务，业务流向为各计量终端、抄表集中器集中到配网计量自动化中心主站，传输时延<15分钟。

（3）分布式能源业务

微网是分布式发电设备运行的有效形式，有助于充分利用各种清洁和可再生能源。配置分布式能源监测系统，实现分布式能源电量信息、逆变器信息的采集及传送，传输带宽30k，传输时延<1s。

（4）10kV大用户业务

在10kV大用户线路出口侧配置负荷控制终端，实现负荷预测、电能质量监测、负荷控制参数下发等功能，传输带宽5k，传输时延<60s。

（5）线路保护业务

目前配电网线路保护业务采用不需要通道的電流保护方式，智能电网时代保护方式将发生改变，利用配网通信通道进行纵联网络保护方式，传输带宽64k～1M，传输时延<100ms。

（6）配电网视频监控

为满足将来配电网重要节点（环网柜）的运行和监控需求，考虑每个重要节点配置视频监控业务。一般采用实时向监控主站传送信号，业务带宽变动不大。每条10kV配电线路同时点播视频两个点考虑，视频业务图像格式质量达到4CIF要求，传输带宽2M～4M，传输时延<60s。

4.TD-LTE技术在配电网中的应用

TD-LTE具备上行业务带宽可调、低时延、系统扁平化设计的特点，并且对业务质量分等级进行保障，可以解决电力专网业务应用的诸多难题。TD-LTE技术的引入可以有效解决电力通信“骨干网强、接入网弱”的态势，其扁平化的网络架构可以简化配网结构，减小配网管理成本、降低网络运营复杂度。

4.1 TD-LTE系统构成

LTE的主要目标是数据包的传输达到最优化，所有网元全都IP化，连接到网管上。LTE系统主要由无线终端UE、无线基站eNB、核心网EPC及网管构成。

无线终端设备UE主要由进行无线信号收发、基带处理和高层应用运行的ME设备（移动单元）和一个或多个可拆卸的、可以保存数据、程序和安全身份识别的智能卡USIM构成。无线终端主要以高速分组域数据业务为主，具备业务与底层间QOS参数传送机制，可以接收上层业务指派的具体QOS需求，并上传给网络。无线终端可直接与集中器、负控终端、配电自动化终端等电力终端设备通信。

LTE基站为分布式基站设备，是由基带单元设备（BBU）、射频远端设备（RRU）构成，是一种可以灵活分布式安装的基站组合。其中RRU通过Ir接口与基带单元设备BBU相连，BBU通过S接口和EPC连接。LTE基站满足上下行信道资源分配以及调度算法的要求以及上下行功率控制方法及参数。支持 MAC、RLC、PDCP及 RRC协议，并实现系统内移动性管理、接入控制、完成上层同步。完成数据和信令承载、所支持QCI以及 QoS机制的要求。

无线核心网EPC作为LTE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。网络管理单元主要完成网络状态监控和设备运维。

4.2 TD-LTE在电力系统的应用

TD-LTE在电力系统应用组网采用三层结构，最底层为终端接入层：包括配网自动化业务、电能量业务、视频监控信息、应急通信等各种业务接入终端，分别对应配置无线终端设备。第二层是信息传输层：包括无线基站（BS），网关设备GW，主要为用户终端提供无线接入信号，负责无线资源的管理，业务的调度等功能，根据覆盖范围分别配置不同数量的无线基站。无线基站一般设置在具有光纤通信资源的节点，在本节点完成从无线到有线的转换。数据处理层包括LTE系统的核心网，一般设置在调度中心所在，由统一的网络管理系统进行集中的维护，减少管理系统分散带来的麻烦。

5.结语

LTE技术为智能配电网的建设提供了经济、实用、可靠的一体化电力专网信息通信平台。具有覆盖广、建网快、带宽高的特点，最大程度的节省了电网公司建设、运营、维护成本，避免了采用公网运营商网络租赁费用的同时，大大提升了网络安全可靠性。

参考文献

[1]辛培哲.智能配电网通信技术研究及应用[J].电力系统通信，2010（31）：217.

[2]秦立军，马其燕.智能配电网及其关键技术[M].中国电力出版社.

[3]王映民，孙韶辉.TD-LTE 技术原理与系统设计[M].人民邮电出版社.

[4]赵训威.3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术[M].人民邮电出版社.

[5]朱长国.TD-LTE无线网络规划关键技术研究[J].中国新通信，2013：27.

[6]刘鹏.TD-LTE在南网智能配用电通信示范区应用[J].电力学报，2013：324-327.