（CS05 普天信息技术研究院有限公司）

1.概述

智能电网是未来电网的发展方向，它是把最新的信息化、通信、计算机控制技术和原有的输、配电基础设施高度结合，形成一个新型电网，实现电力系统的智能化。它在提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等方面起着重要的作用。用电信息采集是智能电网的重要业务，是实现电能量预测、需求侧管理、分段及分时电价的前提，在此基础上，可通过经济因素引导用户合理用电，实现削峰填谷，提高设备利用率，促进智能电网的发展。

通信技术是智能电网的基石，其中无线通信技术以其特有的优势在智能电网建设中占据了重要的地位。如何利用无线通信技术为智能电网提供更好的通信保障成为了移动通信研究的热点。

目前用电信息采集业务采用的传输通道由GPRS、EPON等通道。GPRS面向公共业务的传输信道，存在信息安全隐患，采集成功率不高，且每年需要交纳高额的信道租赁费用。EPON存在施工量大、组网灵活性不足，难以适应配用电网快速变化的需求。

电力无线通信系统是统一坚强智能电网建设的基础支撑平台，是统一坚强智能电网各种管理和控制信息实时双向交互的传输平台。其中无线宽带通信系统能够方便的覆盖各个电网区域内广泛用户、快速安全地将业务直接推送到电网末端，在电力通信系统中发挥重要作用。

TD-LTE230系统是在230MHz离散频谱上，充分利用当代最先进的4G无线通信技术，针对电力系统需求进行大量定制的一套通信系统。该系统能够支持多种业务模型，例如基于物联网技术的电力数传系统、基于宽带技术的视频监控系统。

2.TD-LTE230电力无线专网特点

1）技术路线

该通信网以第四代（4G）移动通信技术（TD-LTE）为基础、结合行业无线频谱资源特点、及行业发展新需求，为电力系统提供高性能的无线通信专网解决方案，满足坚强电网的通信和信息化发展需求。为更好地适合电力系统行业的应用，该电力无线通信专网紧密依托当代最先进的4G通信技术，深度定制多项电力业务。其主要技术路线如下（见图1）：

采用行业中已规模应用的230MHz数传电台的频谱资源，用离散频谱聚合、频谱感知等先进的无线通信技术，大幅提高了无线频率资源（230MHz频段）的使用效率，在窄带频谱上实现宽带数据传输。为电力系统行业提供无线宽带通信接入系统。在1MHz的离散带宽（40个25kHz）内，实现上行1.76Mbit/s、下行711kbit/s的传输速率，单基站覆盖半径最大可达30km。为电力行业提供低成本、广覆盖、实用化的无线通信系统（见图1）。

图1 TD-LTE230电力无线专网系统图

2）关键技术

a）OFDMA方式

OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址）方式，这种调制方式是第四代移动通信的主要调制方式，与普通的FDMA、TDMA、CDMA相比有以下优势：

① 频谱效率高；

② 抗频率选择性衰落的能力比较强；

③ 通过频域均衡可以实现低复杂度的接收机。

b）载波聚合

随着无线技术的大量应用，连续的大带宽频谱越来越难以得到，这为大带宽的无线传输带来了困难，为了解决这一问题3GPP提出了载波聚合技术。

载波聚合技术是指，对于某一个UE来说，可以通过基站的调度，为其分配和使用多个离散的载波，用于其数据的传输。3GPP提出的载波聚合技术，可以根据不同的用户需求和网络规划，将现有的LTE的多个不同的分量载波（CC，Component Carrier）整合使用，能够灵活地将频谱带宽扩展到LTE-Advanced所要求的最多100MHz的带宽。具体示意图如图2所示。

图2 连续载波聚合技术

引入载波聚合技术，可以在频谱资源日益紧张的今天，根据不同用户的不同需求，为其分配不同的带宽。这样的话，可以增加用户的上/下行数据传输速率，减少传输时延，增强用户的体验。

电力系统所分配的40个频点，均为离散频点，不能按照上述连续载波聚合方法实现连续频谱应用。但可以考虑将每个离散的信道看做一个成员载波，将不连续分配的成员载波通过软件无线电方式，进行虚拟连续聚合，并统一分配给一个用户使用，这样可以产生大于原来窄带系统几倍的传输带宽，从而达到宽带传输的效果（见图3）。

图3 非连续载波聚合技术

c）频谱感知

在已有的数传电台频段上，部分地区仍在使用传统的数传电台，该电台与新的电力无线通信系统可能存在相互干扰的问题，并且在实际应用中，也存在系统频谱资源不足的问题。针对上述问题，该系统专门设计了频谱感知技术，以解决与传统电台和谐共处以及更好频谱效率的问题，保证全网系统的效率最高。

d）安全加密

TD-LTE230系统采用多种加密机制，实现了鉴权、空口加密、NAS信令加密；满足无线通信系统安全传输的需要，同时系统支持用户端到端密码设备，保障用电信息的端到端加密传输：

① 双向认证与密钥协商；

② 空口安全加密；

③ 端到端加密实现信息的透明传输。

另外，系统还采用全IP构架，光纤拉远、干扰协调、软件无线电等技术。与电力系统行业所采用的其他通信系统相比，TD-LTE230系统具有明显优势，具体对比参见表1。(www.daowen.com)

表1 电力系统行业不同通信系统对比

3.TD-LTE230电力无线专网在用电信息采集中的应用

基于TD-LTE230系统可开展的用电信息采集模式有基于集中器的用电信息采集、基于采集器的用电信息采集、面向工商用户的用电信息采集及负载控制等业务。

a）集中器模式下的用电信息采集

该模式主要面向低压居民用户。低压居民电能表的数据首先汇聚到采集器，多个采集器数据再汇聚到集中器，由集中器内置的上行通信模块通过TD-LTE230无线信道传输到用电信息采集主站。

在实际应用中，采集器一般安装与电能表箱内，负责同一电能表箱内约4～24块电能表数据的采集。集中器一般安装在箱变、柱上变或配变室内，负责该箱变（柱上变、配变室）所辖范围内约50～1000块电能表的数据采集。

电能表到采集、采集器到集中器之间的下行（近端）通信可采用RS485、电力线PLC或微功率无线方式进行传输。

b）采集器模式下的用电信息采集

该模式主要面向低压居民用户。与集中器模式不同的是，单个采集直接上报所采集的电能表数据，省去集中器环节。简化下行组网结构和传输模式，降低施工量，提高信通的可维护性。但需要的无线节点数量较多，每个家庭电能表分摊的投入较大。在国家电网内部中，采集器也称“II型集中器”。

c）工商业用户用电信息采集

该模式主要面向工商业用户，包括单项智能电能表和三相智能电能表。与居民用电信息采集不同的是，上行通信模块直接内置于电能表没有，省去集中器和采集器环节。对于工商业用户，不但要求实现用电信息采集，还要实现远程供电控制，防止恶意欠费行为。

d）负载控制

该模式主要面向大型专变用户（A型用户）和中小型专变用户（B型用户）。承载专变监测和负载控制两种具体业务。实现功率控制、厂休控制、电量控制、预购电服务以及远程抄表功能。专变终端有Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，采用以一表一计的方式，即每个表计需一个远程通信节点。

e）其他业务

另外，TD-LTE230系统还支持线损管理、配电自动化巡检抢险、视频监控等业务。尤其是在巡检抢险和视频监控中具有实时高效的特点。

电力视频/图像监控主要用于电力施工现场、输电线路重点地段、应急指挥和事故处理现场、变电站等重要运营和操作场所、重大活动保电现场等。通过无线通信网对作业现场的视频/图像的传输，实现对应急抢修、检修的可视化监控。使非现场人员实时监控抢修、检修的现场情况，在必要时及时调整作业内容，提高现场作业的效率和规范化、标准化配电网现场作业管理。

1）用电信息采集终端产品形态

TD-LTE230针对用电信息采集业务推出LCM201、LCM206、LCM208等业务专用模块，这些模块符合国家电网2010年12月份发布的《电力用户用电信息采集系统功能规范》（QGDW373～QGDW380.7—2009），可实现与已有GPRS等上行通信模块的互换。

图4 电力行业应用模式

TD-LTE230同时提供可进行二次开发、灵活适用于多种业务的BRU模块。

图5 LCM201集中器远程通信模块

LCM201（见图5）适用于集中器模式下的用电信息采集业务。工作频段223.025～235.000MHz，占用带宽25kHz，上下行峰值速率分别为42.744kbit/s/15.688kbit/s，平均功耗不超过2.5W，温度范围-40～+70℃，外形尺寸71.2mm×66.5mm×31.8mm。

LCM206（见图6）适用于采集器模式下的用电信息采集业务。工作频段223.025～235.000MHz，占用带宽25kHz，上下行峰值速率分别为42.744kbit/s/15.688kbit/s，平均功耗不超过1W，温度范围-40～+70℃，外形尺寸70mm×53mm×22.7mm。

LCM208（见图7）适用于专变监测业务，内置于专变Ⅲ型终端。工作频段223.025～235.000MHz，占用带宽25kHz，上下行峰值速率分别为42.744kbit/s/15.688kbit/s，平均功耗不超过1W，温度范围-40～+70℃，外形尺寸73.9mm×73.6mm×29.67mm。

2）典型场景

TD-LTE230于2010年9月开始在浙江省海盐县部署，已运行24个月，承载的电力业务已稳定运行15个月。站点分别部署在海盐县武原镇的海盐供电局、沈荡镇沈荡供电所、通元镇的通元供电所，基本完成了对海盐县供电局供电区域的全覆盖。系统在郊区环境下覆盖距离可达12km，城区环境下覆盖距离可达3.5km，在有树木遮挡环境、楼宇遮挡环境、室内环境、雨天、雾天等复杂环境下，具有良好的覆盖能力。这种广域覆盖的特点进一步降低无线网络组网成本。通过两年多的运行，系统稳定可靠，同时对承载电力业务（主要是用电信息采集和现场应急抢险业务）进行了充分试验。

4.结束语

TD-LTE230系统已在海盐供电局实际环境运行了两年，承载用电信息采集、符合管理等业务，运行稳定，满足电力业务可靠传输的需求。

图6 LCM206采集器远程通信模块

图7 LCM208专变Ⅲ型终端内置通信模块

2012年2月通过国家机电学会鉴定，鉴定结论认为，该信通从智能电网应用需求出发，运用载波聚合、干扰协调等关键技术开发的新型230MHz电力无线宽带通信协调，首次在国际上应用，具有创新性。通过实际应用全面验证协调在智能电网配用电侧关键业务应用的适应性及可行性，在电力协调应用方面达到国际领先水平，具有良好的推广应用价值。

（作者：普天信息技术研究院有限公司 胡炜 冯世英）