王 虎，瞿继平，聂吉辉，吴兴全，李志伟，姚天亮，魏博斌

（1.中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 730050；2.中国能源建设集团规划设计有限公司，北京 100011）

0 引 言

某省地域辽阔，气候条件恶劣，近些年雪灾、地震以及泥石流等自然灾害屡有发生，对电力系统线路及变电站运行环境造成了严重影响，导致电力通信事故屡次发生，甚至导致电力系统通信中断。当前，该省的电力应急通信手段单一，主要借助电力通信专网和卫星移动，在各个地市公司各布置1台卫星通信便携站，另外有4部卫星用于应急通信保障。单一网络很难解决突发事件的不可预知性和电力抢修即时性之间的矛盾。因此，本文讨论一种基于第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Networks，5G）、卫星通信以及5.8 GHz网桥等多个技术融合的电力应急通信系统。在发生应急情况下，设计的系统可有效解决单一通信手段带来的问题，进一步提高该省的电力应急通信效率。

1 适用于电力应急通信的技术

1.1 5G移动通信

5G网络具备极高的速率、极大的容量以及极低的时延[1]。目前，5G以全新的网络架构和性能赋能应急管理、交通运输、医疗健康以及教育等垂直行业的信息化发展，同时在智能发电、输电以及配电等智能电网中也具有广泛应用，备受全球范围各行各业的关注[2-3]。

1.2 卫星通信

卫星通信系统由卫星和地球站两部分构成。在电力系统中，应急通信地球站部分由地面卫星应急通信中心站、卫星便携站以及卫星应急通信车组成。卫星通信具有通信范围大、不易受陆地灾害影响、可在多处接收、通信质量高以及电路设置灵活等优点，但建设成本较高，不易大规模部署。在电力应急通信中，卫星通信是最后的保障通信手段[4]。

1.3 5.8 GHz无线网桥技术

5.8 GHz无线网桥技术的频道为5.725～5.825 GHz和5.150～5.350 GHz，共有10个互不干扰的信道，可实现无线干线设备的远距离传输。在环境恶劣、实施困难的情况下，它可以发挥其施工量小、施工用时少、工序操作简单以及组网投入低等优势。理论上，组网实现信息传输的最大速率可以达到150 Mb/s[5-6]。

2 电力应急通信系统总体实现框架

针对该省地域特点、电力系统通信网络架构以及运维检修力量等实际情况，讨论的应急通信系统总体实现框架如图1所示。它利用电力有线通信、5G、卫星通信以及5.8 GHz网桥等多个技术来实现[7-8]。在现有电力光纤通信网的基础上，通过升级改造应急中心的软硬件，将多个技术在应急中心侧融于一体。增加5G、卫星通信以及5.8 GHz网桥的应急通信通道，并在电力系统内外网中布署防火墙，可实现不同网络的互联互通和信息共享，从而在应急通信中发挥更大且更可靠的作用[9]。

图1 多技术融合技术框架图

省级应急指挥中心可以同时接收3种不同通信方式获得的信息，即可以接收电力通信专网传过来的信号，又可以接收通过卫星和5G移动网传输的信息。在有线网络发生故障时，可以将卫星通信和公网通信作为后备通信方式[10]。

当前，电力应急通信网络主要依托光同步传输网络实现信息的传递、聚合与控制。该省地域广阔，某些变电站距离市区上百公里，发生灾害时抢险人员不能快速到达，且无线公网有的站点无法覆盖。在此情况下，可以借助5.8 GHz无线专网接入。在偏远变电站布置5.8 GHz无线网桥设备，将站内视频监控和语音等信息接入无线网桥的终端设备。通过在输电线路杆塔上安装5.8 GHz无线网桥中继设备，采用特定的协议将数据安全可靠传输至有人值守或光纤覆盖的变电站，最后通过电力专网将视频和语音信息传输至应急指挥中心。

3 系统的设计和实现

结合电力应急通信业务需求，讨论一种基于多通信技术的电力应急通信网络架构。该架构主要分为应急中心主站、系统通信通道以及现场采集设备。

3.1 应急中心主站

应急中心拟建设在省级应急指挥中心和市级应急指挥中心。在省级应急指挥中心布置1套主站系统，各个市级应急指挥中心布置1套子站设备。主站布置应急电机控制单元（Motor Control Unit，MCU）设备、核心路由器、5G服务器、卫星终端服务器、移动终端服务器、综合通信服务器、会议终端以及应急电话等。子站布置应急终端设备和会议终端等。主站和子站两侧均配置防火墙和协议转换器，利用主站和子站之间的电力通信专网，进行应急系统信息的交互。

图2 应急中心组网方案

省级应急指挥中心新建1个地面卫星应急通信中心站和13个应急远端站。13个应急远端站采用卫星便携站的形式，分别布置于各个地市及应急指挥中心[4]。发生应急情况时，便携终端可以机动灵活部署。在满足安全可靠的前提下，应急通信系统需考虑与其他信息通信系统、调度自动化系统以及能源管控系统的接口问题，从而为未来扩大规模预留足够的接口[11-12]。应急中心组网方案如图2所示。

3.2 系统通信通道

网络通信通道建设主要应用电力有线专网通信、5G通信、卫星通信以及5.8 GHz无线网桥等技术。省级应急中心主站和各个地市的应急中心的子站之间的通信，利用现有的电力通信专网，借助现有的电力光通信专网电路。省级应急中心和地市应急中心具有多个光通信路由，保证了两者之间通信的可靠性。目前，该省市大部分110 kV及以上的变电站一般具有两个路由。随着5G通信的逐步建设，该省大部分110 kV及以上的变电站都可以被公网通信覆盖到。在发生应急状况如有线电力光通信中断时，可以通过5G网络将现场信息传至主站系统，同时相应的子站系统也可以接收相关信息，并进行应急指挥通信。

但是，该省地域辽阔，一部分35 kV变电站距离市区好几百公里，导致公网通信网络无法覆盖到。在发生有线电力光通信时中断时，只能依靠应急通信车和卫星电话，保障方式单一。因此，本文讨论将5.8 GHz无线网桥设备布置于偏远的35 kV变电站，通过在输电线路杆塔上安装5.8 GHz中继设备，采用点到点的拓扑方式，实现偏远变电站和一般变电站之间大容量、高可靠性以及可管理的通信通道。将无线信号传输至有人值守或者光缆路由资源丰富的变电站，实现通信孤岛变电站之间传输数据的交互，最后通过有线电力专网或5G网络将信息传至应急指挥中心。

卫星通信通道将作为最后的通信手段。将卫星便携站利用交通工具快速灵活地部署在事故现场，建立起现场与应急指挥中心急通信中心站之间的卫星通道。由事故现场将语音、数据以及视频等业务传输至应急指挥中心，供指挥部门决策和制定相关救援措施。

3.3 现场采集设备

事故现场可以增设无人机、5G背包以及便携式卫星等进行现场采集。其中，5G直播灵活便捷，应急人员背上直播设备即可开始现场直播，不受场地限制，尤其遇到抗震救灾和突发事故时，5G直播优势很大。5G+无人机可实现空中多角度的高清直播，确保可及时上报灾情和警情，并指挥调度畅通。在非极端条件下，应急人员采用5G背包等便携设备即可完成应急现场与指挥中心之间业务流的双向传输，成本远低于直播车+卫星直播的传统直播方式。极端条件下可以选用卫星通信方式，以保证极端应急环境下的基础画面回传和指挥调度服务。

3.4 系统实现

省级应急指挥中心和市级应急指挥中心主站系统应能提供不同子系统的接口，如调度子系统、地理信息与GPS车辆跟踪子系统、视频监控子系统以及远程指挥子系统[7]，同时配置大屏系统和触摸屏调度台等设备。在系统接入功能上，它应能满足应急现场如便携式终端和视频电话等通信终端设备的接入需求。

考虑到应急中心主站要接收有线专网通信、5G通信、卫星通信以及5.8 GHz无线网桥技术的信号，不同的网络传输需要协作配合。因此，应急指挥系统需开发一套统一的软件平台，设定不同的优先级。如果同时存在多个网络，那么将能够实时监控不同信号的强度和网络状态，选择最优的通道传输现场信息，从而实现多网络自动化切换的功能。

应急指挥中心主站系统不仅需要具有远程指挥、地理信息与GPS车辆跟踪、预案管理与智能化的决策以及立体式的调度指挥等功能，还需要具有对指挥中心所有设备、信号、屏幕、服务器以及网络等进行实时不间断监控的功能。

4 结 论

自然灾害和突发事件对电力设施造成了巨大威胁和损坏，应急指挥中通信手段的多元化决定着通信的承载性与并发性。因此，以5G通信、卫星通信以及5.8 GHz无线网桥技术为载体，讨论了一种多技术融合适合该省地域特点的应急通信方案，克服了单一网络载体的缺陷，对该省电网应急通信的发展能起到积极作用。