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TD—LTE无线专网在配电网中的应用

作者:汪燕 来源:电子技术与软件工程 论文栏目:计算机论文     更新时间:2019-06-13   浏览

本学术论文《TD—LTE无线专网在配电网中的应用》,转载自学术期刊《电子技术与软件工程》2014年17期 发表过的职称 论文,原文作者:汪燕,由中国学术论文网编辑整理录入,仅供您在TD-LTE,配网自动化,无线专网等方面参考学习。

汪燕

摘 要

配电网存在结构复杂、数量多、分布广的特点,本文以国网资阳供电公司为例,分析了搭建基于TD-LTE的无线专网的可行性,并探讨了其在配网自动化、营销抄表等方面的应用。

【关键词】TD-LTE 配网自动化 无线专网

配电网处于电网末端,连接着电力最终用户,具有结构复杂、数量多、分布广的特点。配电网通信需要解决变电站和供电所、配电线路、配变和户表等环节的数据传输问题。目前,电力通信网络中占主导地位的光纤通信、载波通信等有线通信技术难以解决中低压配网点多面广的问题。国内主要采用有线方式解决配电网骨干网络通信问题,而采用无线公网方式作为补充。无线公网方式由于安全性、可靠性和带宽流量方面的限制,不宜作为配电网骨干网络通信方式。

1 技术特点

由于配电网通信网络薄弱,完全制约了配电网业务的发展。在电网中,由于无线网络的发展不受限于地面线路结构,且最新的无线通信技术已经具备非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、部署周期短、安全传输等优点,无线通信在电网配用电网中应用有着不可比拟的优势。可靠、安全、快速、经济的无线通信方式是解决电网中低压配网通信难题的有效方式。

1.1 技术优势

通过表1比较分析,发现无线宽带TD-LTE具有高上行带宽、终端种类丰富等特点,同时其“上、下行带宽可调,最大上行比下行可达3:1”的特点能够满足视频回传等上行高带宽并发业务应用需求,适合电力行业应用。适宜解决中低压配电网通信问题,特别是中低压配网设备密集、无线环境较为复杂的城区。

1.2安全机制

LTE网络在空中接口上可以提供数据的加密保护和信令的完整性保护,利用密钥分发机制实现终端的鉴权接入,在数据传输上,利用IPsec机制保证传输的信令、数据的完整性、机密性、抗重放等安全保护。

2 总体覆盖目标

2.1 覆盖区域

以四川省资阳市雁江区为例。选择三个站点做无线基站,覆盖距离直径为6公里,用三个站点可覆盖资阳城区整个供电区域,覆盖区域内所有站点都可以通过无线接入 。

采用三组全向天线,覆盖半径为2.5公里,呈圆形覆盖,三个基站完全可以覆盖整个资阳市区的全部供电线路,同时也覆盖了所有居民小区,在今后智能电表改造过程中也可以起到巨大的作用。如果今后有供电线路超过现在的覆盖区域,则可以采用单个120°角覆盖的天线局部覆盖,规划和扩容将会变得非常容易。

2.2 选址原则

(1)建筑物高度30-60m;机房位置位于建筑物较高楼层,以减少BBU和RRU之间光纤长度,节约成本;

(2)站点应具备上联骨干网络的传输资源,可以节约成本,降低施工难度;

(3)优先选择供电公司自有物业,避免业主纠纷,降低建设成本,同时便于后期维护。

3 无线组网方案

在资阳供电公司大楼机房内建设核心网后台支撑系统一套,用于整个网络的管理,后台支撑系统搭载的子系统如下:

(1)网络管理子系统:具备HSS(鉴权、认证)功能;eOSS网络操作管理功能。该子系统主要负责提供网络管理服务,包含故障/维护管理、配置管理、系统软件管理、安全管理、系统可靠性。

(2)网络服务子系统:具备DNS功能;FTP功能;DHCP功能;Web功能。该子系统主要用于提供Internet接入服务。

接入层由基站组成连续覆盖的网络,为接入层终端设备与核心层系统提供可靠的空中接口。

终端层包含馈线自动化系统、配用电数据交互采集系统、应急调度指挥一体化系统、移动办公系统等终端设备。对于具备FE接口的终端设备,均通过网线与CPE设备连接,将数据汇集到CPE设备后,经过AES加密,再通过空中接口传送至汇聚层设备;如果不具备FE接口的终端设备,可考虑使用232、485转换成FE口的转换器。

4 无线组网设备

4.1 紧凑型核心网(UGW、USN)

核心网信令控制,内嵌HSS功能,具备核心网业务数据转发及网元设备管理功能。

4.2 基站设备

主要功能为基带处理,信令处理,无线资源管理,以及提供到核心网的传输接口,提供操作维护功能和时钟同步。实现基带信号、中频信号和射频信号之间的转换,实现对无线接收信号的解调、对发送信号的调制和功率放大。

4.3 终端设备

工业级设备,主要功能将电力设备传递的数据转化为无线信号,传递到基站;并接受基站下发的控制信号传递给电力设备。

5 无线宽带专网在电力系统中可实现的业务

5.1 配网自动化通信

配电网系统拥有众多箱变、开闭所、柱上开关等电气设备,地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣。采用无线专网的方式能满足配电自动化中对带宽的需求。和光纤等有线资源相互补充,可以解决配电自动化所遇到的众多问题。

5.2 营销抄表通信

远程抄表系统分布点多面广,其远程抄表大多采用租借无线公网方式,存在网络拥挤、租借费用高、故障处理协调工作量大且不及时等问题。无线宽带基站覆盖范围广,单基站最多可带几千终端,基站摊到每路监控通道的费用很少。

5.3 户外工作支持

可使用支持无线宽带通信的PDA等智能终端实现在线式的移动办公,将实时语音、数据进行无缝的整合,完成变电站巡检、变电站在线操作、配电线路巡检、抢修人员调度等工作。

5.4 应急通信

可实现基于无线宽带通信的抢修车辆定位和调度,通过应急通信车载系统解决目前电力应急抢险、工程勘查、现场施工等环境下的临时音视频通讯问题,成为电力通信网络与信息化应用系统的延伸。

5.5 视频监控

变电站、开闭所、环网柜、配电房等重要供电设施的远程摄像监控,进行24小时不间断环境动力监测、综合报警处理。

5.6 移动办公

电力企业往往具有办公场所分散、人员移动性强等特点,比如一些乡镇电力营业网点,还有大量的设备设施处于农村、山野等荒凉场所,通过基于无线宽带网络的无线上网卡等终端设备,可以满足电力行业野外工作的需求。

6 结语

无线专网所具备的部署周期短、安全性、经济性和带宽高的特点在电网中低压配网通信中体现出较大的优势。在提供高速、高带宽的数据上下行接入业务的同时,亦可提供集群VOIP、视频监控、移动办公等多种增值业务,应用前景乐观。

参考文献

[1]王迎,龚慧莉 试论TD-LTE技术的未来发展[J].移动通信,2009(22).

[2]唐海.TD-LTE的标准化工作及进展[J].电信科学,2009(1)

[3]卓越.TD-LTE在电力系统中的应用研究.科技传播,2013(3).

作者单位

国网四川省电力公司资阳供电公司 四川省资阳市 641300

摘 要

配电网存在结构复杂、数量多、分布广的特点,本文以国网资阳供电公司为例,分析了搭建基于TD-LTE的无线专网的可行性,并探讨了其在配网自动化、营销抄表等方面的应用。

【关键词】TD-LTE 配网自动化 无线专网

配电网处于电网末端,连接着电力最终用户,具有结构复杂、数量多、分布广的特点。配电网通信需要解决变电站和供电所、配电线路、配变和户表等环节的数据传输问题。目前,电力通信网络中占主导地位的光纤通信、载波通信等有线通信技术难以解决中低压配网点多面广的问题。国内主要采用有线方式解决配电网骨干网络通信问题,而采用无线公网方式作为补充。无线公网方式由于安全性、可靠性和带宽流量方面的限制,不宜作为配电网骨干网络通信方式。

1 技术特点

由于配电网通信网络薄弱,完全制约了配电网业务的发展。在电网中,由于无线网络的发展不受限于地面线路结构,且最新的无线通信技术已经具备非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、部署周期短、安全传输等优点,无线通信在电网配用电网中应用有着不可比拟的优势。可靠、安全、快速、经济的无线通信方式是解决电网中低压配网通信难题的有效方式。

1.1 技术优势

通过表1比较分析,发现无线宽带TD-LTE具有高上行带宽、终端种类丰富等特点,同时其“上、下行带宽可调,最大上行比下行可达3:1”的特点能够满足视频回传等上行高带宽并发业务应用需求,适合电力行业应用。适宜解决中低压配电网通信问题,特别是中低压配网设备密集、无线环境较为复杂的城区。

1.2安全机制

LTE网络在空中接口上可以提供数据的加密保护和信令的完整性保护,利用密钥分发机制实现终端的鉴权接入,在数据传输上,利用IPsec机制保证传输的信令、数据的完整性、机密性、抗重放等安全保护。

2 总体覆盖目标

2.1 覆盖区域

以四川省资阳市雁江区为例。选择三个站点做无线基站,覆盖距离直径为6公里,用三个站点可覆盖资阳城区整个供电区域,覆盖区域内所有站点都可以通过无线接入 。

采用三组全向天线,覆盖半径为2.5公里,呈圆形覆盖,三个基站完全可以覆盖整个资阳市区的全部供电线路,同时也覆盖了所有居民小区,在今后智能电表改造过程中也可以起到巨大的作用。如果今后有供电线路超过现在的覆盖区域,则可以采用单个120°角覆盖的天线局部覆盖,规划和扩容将会变得非常容易。

2.2 选址原则

(1)建筑物高度30-60m;机房位置位于建筑物较高楼层,以减少BBU和RRU之间光纤长度,节约成本;

(2)站点应具备上联骨干网络的传输资源,可以节约成本,降低施工难度;

(3)优先选择供电公司自有物业,避免业主纠纷,降低建设成本,同时便于后期维护。

3 无线组网方案

在资阳供电公司大楼机房内建设核心网后台支撑系统一套,用于整个网络的管理,后台支撑系统搭载的子系统如下:

(1)网络管理子系统:具备HSS(鉴权、认证)功能;eOSS网络操作管理功能。该子系统主要负责提供网络管理服务,包含故障/维护管理、配置管理、系统软件管理、安全管理、系统可靠性。

(2)网络服务子系统:具备DNS功能;FTP功能;DHCP功能;Web功能。该子系统主要用于提供Internet接入服务。

接入层由基站组成连续覆盖的网络,为接入层终端设备与核心层系统提供可靠的空中接口。

终端层包含馈线自动化系统、配用电数据交互采集系统、应急调度指挥一体化系统、移动办公系统等终端设备。对于具备FE接口的终端设备,均通过网线与CPE设备连接,将数据汇集到CPE设备后,经过AES加密,再通过空中接口传送至汇聚层设备;如果不具备FE接口的终端设备,可考虑使用232、485转换成FE口的转换器。

4 无线组网设备

4.1 紧凑型核心网(UGW、USN)

核心网信令控制,内嵌HSS功能,具备核心网业务数据转发及网元设备管理功能。

4.2 基站设备

主要功能为基带处理,信令处理,无线资源管理,以及提供到核心网的传输接口,提供操作维护功能和时钟同步。实现基带信号、中频信号和射频信号之间的转换,实现对无线接收信号的解调、对发送信号的调制和功率放大。

4.3 终端设备

工业级设备,主要功能将电力设备传递的数据转化为无线信号,传递到基站;并接受基站下发的控制信号传递给电力设备。

5 无线宽带专网在电力系统中可实现的业务

5.1 配网自动化通信

配电网系统拥有众多箱变、开闭所、柱上开关等电气设备,地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣。采用无线专网的方式能满足配电自动化中对带宽的需求。和光纤等有线资源相互补充,可以解决配电自动化所遇到的众多问题。

5.2 营销抄表通信

远程抄表系统分布点多面广,其远程抄表大多采用租借无线公网方式,存在网络拥挤、租借费用高、故障处理协调工作量大且不及时等问题。无线宽带基站覆盖范围广,单基站最多可带几千终端,基站摊到每路监控通道的费用很少。

5.3 户外工作支持

可使用支持无线宽带通信的PDA等智能终端实现在线式的移动办公,将实时语音、数据进行无缝的整合,完成变电站巡检、变电站在线操作、配电线路巡检、抢修人员调度等工作。

5.4 应急通信

可实现基于无线宽带通信的抢修车辆定位和调度,通过应急通信车载系统解决目前电力应急抢险、工程勘查、现场施工等环境下的临时音视频通讯问题,成为电力通信网络与信息化应用系统的延伸。

5.5 视频监控

变电站、开闭所、环网柜、配电房等重要供电设施的远程摄像监控,进行24小时不间断环境动力监测、综合报警处理。

5.6 移动办公

电力企业往往具有办公场所分散、人员移动性强等特点,比如一些乡镇电力营业网点,还有大量的设备设施处于农村、山野等荒凉场所,通过基于无线宽带网络的无线上网卡等终端设备,可以满足电力行业野外工作的需求。

6 结语

无线专网所具备的部署周期短、安全性、经济性和带宽高的特点在电网中低压配网通信中体现出较大的优势。在提供高速、高带宽的数据上下行接入业务的同时,亦可提供集群VOIP、视频监控、移动办公等多种增值业务,应用前景乐观。

参考文献

[1]王迎,龚慧莉 试论TD-LTE技术的未来发展[J].移动通信,2009(22).

[2]唐海.TD-LTE的标准化工作及进展[J].电信科学,2009(1)

[3]卓越.TD-LTE在电力系统中的应用研究.科技传播,2013(3).

作者单位

国网四川省电力公司资阳供电公司 四川省资阳市 641300

摘 要

配电网存在结构复杂、数量多、分布广的特点,本文以国网资阳供电公司为例,分析了搭建基于TD-LTE的无线专网的可行性,并探讨了其在配网自动化、营销抄表等方面的应用。

【关键词】TD-LTE 配网自动化 无线专网

配电网处于电网末端,连接着电力最终用户,具有结构复杂、数量多、分布广的特点。配电网通信需要解决变电站和供电所、配电线路、配变和户表等环节的数据传输问题。目前,电力通信网络中占主导地位的光纤通信、载波通信等有线通信技术难以解决中低压配网点多面广的问题。国内主要采用有线方式解决配电网骨干网络通信问题,而采用无线公网方式作为补充。无线公网方式由于安全性、可靠性和带宽流量方面的限制,不宜作为配电网骨干网络通信方式。

1 技术特点

由于配电网通信网络薄弱,完全制约了配电网业务的发展。在电网中,由于无线网络的发展不受限于地面线路结构,且最新的无线通信技术已经具备非视距传输能力强、抵抗自然灾害能力强、部署周期短、安全传输等优点,无线通信在电网配用电网中应用有着不可比拟的优势。可靠、安全、快速、经济的无线通信方式是解决电网中低压配网通信难题的有效方式。

1.1 技术优势

通过表1比较分析,发现无线宽带TD-LTE具有高上行带宽、终端种类丰富等特点,同时其“上、下行带宽可调,最大上行比下行可达3:1”的特点能够满足视频回传等上行高带宽并发业务应用需求,适合电力行业应用。适宜解决中低压配电网通信问题,特别是中低压配网设备密集、无线环境较为复杂的城区。

1.2安全机制

LTE网络在空中接口上可以提供数据的加密保护和信令的完整性保护,利用密钥分发机制实现终端的鉴权接入,在数据传输上,利用IPsec机制保证传输的信令、数据的完整性、机密性、抗重放等安全保护。

2 总体覆盖目标

2.1 覆盖区域

以四川省资阳市雁江区为例。选择三个站点做无线基站,覆盖距离直径为6公里,用三个站点可覆盖资阳城区整个供电区域,覆盖区域内所有站点都可以通过无线接入 。

采用三组全向天线,覆盖半径为2.5公里,呈圆形覆盖,三个基站完全可以覆盖整个资阳市区的全部供电线路,同时也覆盖了所有居民小区,在今后智能电表改造过程中也可以起到巨大的作用。如果今后有供电线路超过现在的覆盖区域,则可以采用单个120°角覆盖的天线局部覆盖,规划和扩容将会变得非常容易。

2.2 选址原则

(1)建筑物高度30-60m;机房位置位于建筑物较高楼层,以减少BBU和RRU之间光纤长度,节约成本;

(2)站点应具备上联骨干网络的传输资源,可以节约成本,降低施工难度;

(3)优先选择供电公司自有物业,避免业主纠纷,降低建设成本,同时便于后期维护。

3 无线组网方案

在资阳供电公司大楼机房内建设核心网后台支撑系统一套,用于整个网络的管理,后台支撑系统搭载的子系统如下:

(1)网络管理子系统:具备HSS(鉴权、认证)功能;eOSS网络操作管理功能。该子系统主要负责提供网络管理服务,包含故障/维护管理、配置管理、系统软件管理、安全管理、系统可靠性。

(2)网络服务子系统:具备DNS功能;FTP功能;DHCP功能;Web功能。该子系统主要用于提供Internet接入服务。

接入层由基站组成连续覆盖的网络,为接入层终端设备与核心层系统提供可靠的空中接口。

终端层包含馈线自动化系统、配用电数据交互采集系统、应急调度指挥一体化系统、移动办公系统等终端设备。对于具备FE接口的终端设备,均通过网线与CPE设备连接,将数据汇集到CPE设备后,经过AES加密,再通过空中接口传送至汇聚层设备;如果不具备FE接口的终端设备,可考虑使用232、485转换成FE口的转换器。

4 无线组网设备

4.1 紧凑型核心网(UGW、USN)

核心网信令控制,内嵌HSS功能,具备核心网业务数据转发及网元设备管理功能。

4.2 基站设备

主要功能为基带处理,信令处理,无线资源管理,以及提供到核心网的传输接口,提供操作维护功能和时钟同步。实现基带信号、中频信号和射频信号之间的转换,实现对无线接收信号的解调、对发送信号的调制和功率放大。

4.3 终端设备

工业级设备,主要功能将电力设备传递的数据转化为无线信号,传递到基站;并接受基站下发的控制信号传递给电力设备。

5 无线宽带专网在电力系统中可实现的业务

5.1 配网自动化通信

配电网系统拥有众多箱变、开闭所、柱上开关等电气设备,地域分布广、种类多、运行状态复杂、自然环境恶劣。采用无线专网的方式能满足配电自动化中对带宽的需求。和光纤等有线资源相互补充,可以解决配电自动化所遇到的众多问题。

5.2 营销抄表通信

远程抄表系统分布点多面广,其远程抄表大多采用租借无线公网方式,存在网络拥挤、租借费用高、故障处理协调工作量大且不及时等问题。无线宽带基站覆盖范围广,单基站最多可带几千终端,基站摊到每路监控通道的费用很少。

5.3 户外工作支持

可使用支持无线宽带通信的PDA等智能终端实现在线式的移动办公,将实时语音、数据进行无缝的整合,完成变电站巡检、变电站在线操作、配电线路巡检、抢修人员调度等工作。

5.4 应急通信

可实现基于无线宽带通信的抢修车辆定位和调度,通过应急通信车载系统解决目前电力应急抢险、工程勘查、现场施工等环境下的临时音视频通讯问题,成为电力通信网络与信息化应用系统的延伸。

5.5 视频监控

变电站、开闭所、环网柜、配电房等重要供电设施的远程摄像监控,进行24小时不间断环境动力监测、综合报警处理。

5.6 移动办公

电力企业往往具有办公场所分散、人员移动性强等特点,比如一些乡镇电力营业网点,还有大量的设备设施处于农村、山野等荒凉场所,通过基于无线宽带网络的无线上网卡等终端设备,可以满足电力行业野外工作的需求。

6 结语

无线专网所具备的部署周期短、安全性、经济性和带宽高的特点在电网中低压配网通信中体现出较大的优势。在提供高速、高带宽的数据上下行接入业务的同时,亦可提供集群VOIP、视频监控、移动办公等多种增值业务,应用前景乐观。

参考文献

[1]王迎,龚慧莉 试论TD-LTE技术的未来发展[J].移动通信,2009(22).

[2]唐海.TD-LTE的标准化工作及进展[J].电信科学,2009(1)

[3]卓越.TD-LTE在电力系统中的应用研究.科技传播,2013(3).

作者单位

国网四川省电力公司资阳供电公司 四川省资阳市 641300 技术文

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