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隨著無線通信技術的快速發展，目前，可選用的無線通信技術比較多：傳統230MHz數傳電臺、公網GPRS/CDMA、WiMAX（全球微波互聯接入）、McWILL（多載波無線信息本地環路）、Mobitex、TD-LTE230系統等。這些技術均可實現農村電網信息的遠程通信。采用GPRS/CDMA公網租用方式每年的租用費用較高，如果引入視頻、寬帶等業務，費用更高昂，網絡安全性方面也存在問題；230MHz電臺專網、Mobitex專網通信帶寬較小很難滿足電力系統對寬帶業務的需求。如何對現有農網多種無線通信方式進行客觀的分析與評價，進行統一規劃、設計和建設公司縣域農村電網無線通信專網，成為一個有待解決的問題。本文在分析農村電網通信現狀與業務需求基礎上，論述了無線通信在農村電網發展的必要性與定位，結合無線專網通信技術的最新發展和應用，分析了無線通信專網技術性能、業務支持能力、組網應用及技術發展路線，提出了構建農村電力無線通信專網的技術方案，探討了農村電力無線專網建設模式，為無線通信技術在廣大農村電網的應用提供了參考。

電力無線通信技術現狀

發展我國的電力通信網伴隨著電網的發展，從小到大、從點到面發展并形成覆蓋全國的電力通信網。電力通信技術也經歷了電力線載波、無線（微波、衛星、一點多址微波、無線集群、230MHz數傳電臺）、光纖通信為主的3個發展階段。20世紀80年代開始以數字微波為干線，覆蓋全國大部分省、市的電力通信干線網初步形成，作為骨干網的補充和延伸，150MHz、450MHz無線移動通信、800MHz集群移動通信、一點多址微波通信等也得到應用。由于無線通信頻率資源有限，隨著通信信息量的急劇增加，無線通信已經遠遠不能滿足電網通信業務的需求。光纖通信技術的成熟和應用，依托電力系統特有的線路資源，20世紀90年代中后期電力光纖通信系統迅猛建設，目前，已經建成了覆蓋各級變電站的電力骨干通信網絡。數字微波、衛星、一點多址微波、無線集群等無線通信在不斷萎縮并基本退出歷史舞臺。230MHz數傳電臺自1991年國家無線電管理委員批復電力負荷控制專用頻點以來，經過多年發展，全國大部城市已建有230MHz無線系統。系統以地市公司為單位建設，在地市公司主站附近建一主臺站，在轄區隨信號覆蓋情況建設基站/中繼站，實現地市級大用戶覆蓋。電網智能化發展需要構建覆蓋全網直至用戶側的高速實時、支持多業務靈活接入的電力通信網絡。受到農村電網尤其是廣大中西部地區農村經濟發展與通信基礎設施薄弱、農網通信點多、覆蓋范圍廣、通信設備工作環境差等限制，面向廣大農村用戶側通信網絡資源極其匱乏，已成為電網建設與智能發展的瓶頸。現有的電力骨干光纖通信網絡向下延伸，存在短時間內無法大面積覆蓋、光纖布放難度大、投資高、運維工作量大等問題。為滿足農網復雜業務的需求，單一的光纖通信方式已經不能滿足農村電網業務全覆蓋要求，需要開展以光纖通信為主、無線通信為輔相結合的復合通信網絡建設與應用嘗試，以更好地開展農網配電自動化、負荷控制、用電營銷、輸電線路監測、無人值守可視化管理、移動辦公、巡檢、應急搶險、視頻監控等業務。

現狀一直以來，無線通信技術在農電通信中的應用采用各業務部門單獨建設無線通信網的方式，自建網承載自有業務。2005年以前，縣級電力公司主要選用230MHz無線通信系統實現專變用戶的數據采集與負荷控制等功能，具有投資少、建設周期短、維護簡單等優點，非常適合應用于通信節點分散的配電網。230MHz無線數傳電臺也存在一些諸如傳輸速率低、實時性差、管理能力差、系統容量小、組網能力弱等缺點，在很大程度上制約了該項技術的發展和應用。近幾年，各地農村縣級電力公司結合配電自動化、用電信息采集、應急搶修、視頻監控等系統建設，采用了最新的寬帶無線專網技術構建縣域無線通信專網，支撐有關業務系統的建設。（1）McWILL試點工程McWILL試點工程主要集中在重慶永川、河北張家口、山東蓬萊、商河等縣，主要承載負荷控制、遠程抄表、配變電監測、移動視頻監控等業務。（2）TD-LTE230試點工程在浙江海鹽縣已建成230MHzLTE試點工程，建設3個基站，小區半徑5km，站間距10km，覆蓋海鹽城區。主要承載業務：兩個視頻監控點，配電自動化終端分布于一條10kV線路，共10個業務點。同時連接20余用電信息采集節點，連接大用戶專變采集和居民用電信息采集集中器。海鹽未來將有17500個終端接入，為滿足需求并預留足夠的系統容量，基站數擴容到6個，可以達到36000個終端的接入能力。（3）國網公司啟動試點工程建設2012年3月，國網公司啟動縣域電力通信網試點工程建設，選擇35個縣進行寬帶無線通信專網試點建設，進行包括TD-LTE230電力無線寬帶通信系統、McWILL、eWIN寬帶多媒體集群系統技術應用，以驗證無線寬帶通信專網承載農網智能化業務的適用性，探索農村電力無線通信專網建設模式和運維方式。

需求

農村電網通信業務特征（1）終端數量多單基站在線用戶數較大，并發用戶數需考慮變電終端、配網自動化終端等。（2）單點數據量不大，總數據量大電表信息實時采集、配網自動化業務、負荷管理、智能用電服務等總帶寬要求。（3）大上行比智能用電及用電信息采集無線網絡上行數據量比例高，需提供靈活上下行帶寬配比。（4）設備結構簡單，便于安裝及維護（5）對傳輸時延要求高無線通信網絡由單向信息收集向雙向互動演進，控制信息、安全一區業務信息對傳輸時延要求很高。

業務需求（1）配電自動化按照配電自動化功能規范DL/T814-2002的要求，開關變位信息要求在5s以內傳送到主站，綜合考慮一個饋線監控終端傳輸所有信息，每個終端至主站（或子站）至少需要2.4bit/s全雙工通道。（2）負荷管理國家電網公司項目“電力用戶用電信息采集系統建設”相關研究表明，如果每一個專變用戶的用電信息在15min內采集完成，每個終端至主站（或子站）需要1.2bit/s全雙工通道。（3）用電信息采集國家電網公司項目“電力用戶用電信息采集系統建設”相關研究表明，如果一個公用變壓器按照5戶三相工商戶、5戶單相工商戶、200戶居民戶考慮，15min內要完成公用變壓器考核點及其下的所有低壓用戶用電信息實現采集，至少需要從公用配電變壓器至主站具有19.2~100bit/s全雙工信道。（4）智能電網用戶服務將通信網絡延伸到用戶家庭，實現用戶用電信息、電力交易信息及用戶用電智能管理等智能電網用戶服務功能，需要為每個用戶至少提供100bit/s通信帶寬。

業務寬帶預測根據我國典型農村電網線路、配電開關、配電變壓器、低壓用戶情況的統計分析，每平方公里擁有的配電設備、用戶及其通信需求。

可行性

遠程通信技術目前終端通信接入網遠程通信技術主要有光纖、GPRS/CDMA無線公網、無線專網和中壓電力線載波，通信方式結合系統建設規模、技術前瞻性、實時性、安全性、可靠性等因素綜合考慮，以確定適用的組網通信方式。遠程通信技術比較見表2。由表2可以看出，光纖通信具有容量大、可靠性好、實時性高的特點，適合作為業務密集城區、重要客戶匯集區域的遠程通信通道，但是光纖網絡的建設和維護難度較大，實現光網絡全覆蓋花費巨大且沒有必要。無線專網和中壓載波可以充分利用其無需布線、運維簡單的優點和光纖網絡形成優勢互補，在光纖不能達到或者無必要達到的區域承載配電自動化或者用電信息采集業務。公網通信具有無可比擬的靈活性，目前應用廣泛，為此電網公司每年需向運營商支付巨額費用，公網的可靠性和實時性均無保障，應該逐步被專網取代。考慮到實際情況，偏遠地區和專網覆蓋死角可以繼續保留公網通信。

多種無線技術

無線公網技術目前國內公網主要采用GPRS、TD-SCDMA、cdma2000、WCDMA。（1）GPRSGPRS在國內已經廣泛應用于用電信息采集、負荷控制領域，每年需向運營商支付大量費用。一般是租用移動運營商APN資源作為用電信息采集信道，GPRS理論最大瞬時速率為171bit/s，實測一般為8～48bit/s。（2）WCDMAWCDMA是歐洲和日本所采用的3G技術，在國內，中國聯通采用WCDMA建立3G網絡。WCDMA技術成熟，國際上已有近10年的商用經驗。新版本理論峰值下載速度可達14.4Mbit/s，上傳速度是6.8Mbit/s。在3G信號覆蓋不到的區域，WCDMA可以平滑過渡到GSM網絡，這是WCDMA在公網中的一大優勢。（3）cdma2000cdma2000是美國采用的3G技術，在國內，中國電信采用cdma2000構建3G網絡。理論峰值速率2~3Mbit/s。基站比較龐大，終端成本較高。（4）TD-SCDMATD-SCDMA是我國研發的3G技術，中國移動采用TD-SCDMA技術構建3G網絡。目前，政府支持力度很大，但業界普遍持觀望態度。理論峰值速度384kbit/s。廠商對終端的支持不夠。

無線專網技術相對于公網，專網無線系統具有以下優點：節約運行費用，長期效益明顯；靈活度高，可以根據電力業務需求自由規劃網絡；實時性強，電網可以根據不同業務等級，靈活自定義業務優先級，確保實時性業務獲得最優信道資源；安全性保障機制完善，可采用鑒權、加密等多種安全機制保障業務安全性，可以方便地使用應用層加密技術確保端到端數據的可靠傳輸。構建專網的難度同樣不小，具體介紹如下。一次投資成本高，運行維護較公網更為復雜，這也是所有行業專網面臨的共性問題。頻譜資源問題。頻譜資源問題是構建電力無線專網面臨的主要問題。雖然電力行業用擁有230MHz頻段的40個頻點，但是總帶寬只有1Mbit/s，與目前3G、4G技術動輒10Mbit/s、20Mbit/s的帶寬相比十分有限，且40個頻點離散、不對稱，技術開發難度較大。申請其他頻段的難度較大，目前剩余資源有限。技術制式不統一，缺乏相關標準。目前，電力無線存在多種技術并存、接口不規范的局面，比如，大部分配電自動化設備如FTU、TTU等接口為RS232/485，無線通信終端大部分支持FE口，接口不統一導致設備安裝調試、運行維護難度增大。

（1）McWILLMcWILL是在現有大規模商用的窄帶SCDMA技術的基礎上，國內自主研發寬帶無線通信系統，支持用戶在數據業務下的移動、漫游、切換等功能。從全球來看，McWILL與WiMAX在技術性能和業務應用領域的差別不大，在國內市場有其獨特的優勢，如頻率資源、市場基礎等。McWILL可以使用1785～1805MHz和406.5～409.5MHz兩段授權頻率，兩段頻率非McWILL專用，需要地方無委批準使用。基站吞吐量：5MHz帶寬下，達到15Mbit/s。小區覆蓋范圍：密集城區1~3km（1800MHz頻段），農村8~13km（1800MHz頻段）。McWILL核心技術屬于北京信威通信有限公司，只有少數的終端廠商做外圍支持。因此，如果大規模建設，產業鏈支撐能力有限。

（2）TD-LTE230TD-LTE230是國家電網信通公司聯合普天公司研發的電力寬帶專網技術。目前在海鹽電業局有3個基站規模的試點，基站間距10km，覆蓋整個城區。該技術采用了TD-LTE所采用的某些技術，采用電力行業授權的230MHz頻段的40個離散頻點，頻點離散、非對稱，總帶寬1MHz。TD-LTE230采用了載波聚合技術實現離散頻譜聚合，提高了頻譜利用率。采用了頻譜感知技術，目前該技術用于躲避干擾，系統設計支持340個子頻點，在檢測到除電力專用的40個子頻點外其他頻點空閑時，可以靈活借用以提高傳輸速率，但是此項功能在試點系統并未使用。TD-LTE230于2012年4月獲得了國家無委基站和終端的設備型號核準證，起草完成了13項國網企業標準。同McWILL技術一樣，TD-LTE230同樣面臨產業鏈支撐能力弱的問題。

（3）TD-LTELTE是3G的演進，是以OFDM/FDMA為核心的4G技術。3GPPLTE項目的主要性能目標包括：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率；改善小區邊緣用戶的性能；提高小區容量；降低系統時延，用戶平面內部單向傳輸時延低于5ms，控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低于50ms，從駐留狀態到激活狀態的遷移時間小于100ms；能夠為350km/h高速移動用戶提供大于100bit/s的接入服務；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25~20MHz多種帶寬。TD-LTE技術作為國際公認的3G演進方向，在產業鏈完整性、技術先進性上面是毋庸置疑的，目前國內大規模實驗局進展順利。目前TD-LTE產業鏈已受到包括日本軟銀、沃達豐、德國電信、法國電信、SK電訊、印度Yota、美國Clearwire等一批國外主流運營商以及擁有TDD頻段的新興運營商的認可和接納，在全球已建設33個試驗網，預計2012年將有超過10個國家和地區開始TD-LTE網絡商用部署。2011年，我國進行了TD-LTE第一階段規模試驗，基站數量超過1000個。目前TD-LTE尚沒有面向電力的試點工程，北京政府在城區建設基于TD-LTE的北京政務網，覆蓋北京三環內城區，網絡規劃建設90個基站。該工程平均每基站覆蓋1.7km2，基站覆蓋半徑小于1km，該參數顯示了密集城區的基站覆蓋密度需求。

典型應用技術方案電力無線寬帶通信系統在遠端監控模塊與后臺主站之間提供安全、可靠的數據傳輸通道，并提供對網絡設備和遠端通信模塊的配置和管理功能，系統采用全IP網絡構建,系統架構如圖1所示。終端設備：數據采集、監控調度、寬帶數據傳輸等遠端模塊的統稱，是智能電網遠端信息采集和監控調度的執行單元，如集中器、配電終端、攝像頭等。（1）主站智能電網主站系統。（2）接入終端系統的無線終端模塊，直接與監控單元通信。終端與監控單元能夠無縫連接，即插即用。（3）基站系統的無線基站，能夠接入多路用戶，包括固定基站以及移動基站（車載）。（4）核心網系統的核心網，負責終端認證、終端IP地址管理、移動性管理等，直接連接智能電網主站。通過核心網，電力終端能夠完成數據采集、調度指揮、應急搶險等功能。（5）網管網絡管理單元，主要包括兩部分內容：網絡狀態監控和設備運維。該中心支持對現存的電力信息管理進行融合，并能利用各種多媒體手段、GIS技術，完成統一集成的多媒體調度指揮系統。具體包括：調度指揮中心（指控系統以及電視墻、GIS信息顯示）；現場應急指揮調度系統（車載應急基站、衛星接入系統、車載臺、集群終端、移動視頻監控等）；可視電話調度系統（包括有線與無線可視電話）；監控系統。

電力無線網絡建設模式探討

自建自營自建自營電力專網，在安全性、可靠性、業務保障能力方面具有明顯優勢，與此同時，構建專網也存在一次性投入大、運行維護復雜等問題。目前，電力專網目前尚處于小規模試點階段，承載業務量有限，系統穩定性尚未得到驗證。以浙江海鹽TD-LTE230無線專網試點為例，如圖2所示，目前采用3個基站實現市區全覆蓋，而系統掛載終端的數量只有幾十個，與單基站支持6000個點在線的設計指標差距很大，就當前情況看難以評估該系統的實際性能。目前，海鹽供電局計劃逐步增加終端數量，最終實現17500業務點全接入，屆時，TD-LTE230的性能將得到有效的驗證。因此，應繼續推進電力專網試點工程建設，在增加試點數量的同時，著重提高試點建設質量，以便真實有效地評估電力專網的業務支撐能力。綜合考慮建設成本、系統性能、終端分布等因素，宜采用電力無線專網作為終端通信接入網遠程通道，可以用于直接承載“二遙”配電自動化業務、負荷控制業務、少量的視頻業務，也可以作為用電信息采集業務的主干通道。

租用公網租用公網簡便快捷，維護簡單，但是安全性、實時性得不到保證，長期經濟性差。對于重要性能低的配電自動化業務，普通居民和一般工商用戶抄表業務以及構建專網明顯有難度的區域可以采用租用無線公網的方式。

結束語

目前各地開展的新型無線寬帶通信技術的實踐活動表明，基于新型無線寬帶技術的農村電網通信系統演進過程正在逐步展開，電力無線通信系統正在朝著寬帶、大容量、高可靠、低時延、穩定性強的方向升級換代，新型電力無線寬帶通信系統需要充分借鑒公網無線通信系統已有成果，具備廣覆蓋、低成本、技術先進、標準/產品相對成熟等諸多優勢，快速形成新型電力無線寬帶通信系統的市場化應用。無線通信具有覆蓋范圍廣的優點，更適合于農村、城鄉結合部等大范圍、節點分散的應用場合。

作者：李建岐趙濤單位：中國電力科學研究院