《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LTE230無(wú)線專網(wǎng)模塊對(duì)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)適配性的研究與應(yīng)用
2018智能電網(wǎng)增刊
于卓智,張葉峰,朱玉坤
國(guó)網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán),北京 100070
摘要: 結(jié)合電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)存在的問(wèn)題,開(kāi)展通信模塊對(duì)電力業(yè)務(wù)適配性研究,深入研究通信模塊在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需求、運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性、物理環(huán)境適應(yīng)性、形式規(guī)范要求等問(wèn)題。給出模塊開(kāi)發(fā)原則與部署方案建議,最后結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)用例,給與驗(yàn)證。
中圖分類號(hào): TM7
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.088
Abstract:
Key words :

0  引言

    智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)提高供電的可靠性與供電質(zhì)量,提升服務(wù)水平和企業(yè)形象起到了重要的支撐作用。國(guó)家電網(wǎng)公司已實(shí)現(xiàn)用電信息采集業(yè)務(wù)的全覆蓋,建設(shè)智能電表超過(guò)4億只,各類采集器集中器數(shù)千萬(wàn),十三五期間公司將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化業(yè)務(wù)的全面覆蓋,及分布式能源接入、精準(zhǔn)負(fù)荷控制等業(yè)務(wù)類型的遠(yuǎn)程接入和信息化、自動(dòng)化管理。

    電力大量終端工作在室外、強(qiáng)電磁干擾等惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中,長(zhǎng)期接受高低溫、潮濕強(qiáng)腐蝕等嚴(yán)峻考驗(yàn)。電力作為國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)能源行業(yè),對(duì)安全性可靠性要求又極高。為保證電網(wǎng)及一次設(shè)備的長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行,作為電力二次設(shè)備的通信模塊,必須能承受同樣極端工作條件的考驗(yàn)。

    在智能電網(wǎng)海量終端已規(guī)模建設(shè)的條件下,總結(jié)已有經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),研究并開(kāi)發(fā)出符合電網(wǎng)需求的工業(yè)化通信模塊,是“十三五”期間智能電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展,電力無(wú)線通信專網(wǎng)滿足配電自動(dòng)化、精準(zhǔn)負(fù)控等控制類業(yè)務(wù)承載要求、保證智能電網(wǎng)持續(xù)發(fā)展的必要條件。

1  通信模塊需求探討

    通信模塊包括內(nèi)嵌或外置兩種形態(tài),為保障電力業(yè)務(wù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行,不僅僅要考慮外觀形態(tài)和電氣特性符合國(guó)網(wǎng)公司及能源行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,還需從網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、模塊穩(wěn)定性與可靠性、物理環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性等多方面滿足電網(wǎng)工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境下嚴(yán)酷業(yè)務(wù)場(chǎng)需求景。

1.1  通信模塊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境適配性需求探討

    傳輸時(shí)延與帶寬是通信模塊兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),基于終端適配性研究也圍繞這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)展開(kāi)。

1.1.1  嚴(yán)格的傳輸時(shí)延

    作為承擔(dān)多種業(yè)務(wù)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的無(wú)線專網(wǎng),必須滿足毫秒級(jí)的端到端通信時(shí)延。更為嚴(yán)格的是,由于電力業(yè)務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)范疇,小數(shù)據(jù)量突出傳輸場(chǎng)景占據(jù)絕大多數(shù)場(chǎng)景,故這里的時(shí)延要求數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和鏈路建立時(shí)延。即是LTE中控制面板(CP)與用戶面(UP)時(shí)延之和。無(wú)論從網(wǎng)絡(luò)側(cè)還是從通信模塊側(cè),這都是異??量痰囊?,目前的無(wú)線公網(wǎng)均無(wú)法滿足此技術(shù)指標(biāo)。電力業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延要求如表1所示。

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    從通信模塊的角度,待機(jī)狀態(tài)下的非連續(xù)接收(RTX)機(jī)制、隨機(jī)接入(RA)機(jī)制均無(wú)法照搬無(wú)線公網(wǎng)的機(jī)制,電力無(wú)線專網(wǎng)終端模塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中均需進(jìn)行較大的調(diào)整優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)終端模塊實(shí)時(shí)在線,滿足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延需求。

1.1.2  靈活的帶寬分配能力

    電力終端通信模塊以承載小顆粒業(yè)務(wù)為主,主要用于營(yíng)銷、配電自動(dòng)化、精準(zhǔn)負(fù)控等業(yè)務(wù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制;電力無(wú)線通信終端應(yīng)該結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求,滿足通信模塊在性能、體積、功耗、成本、可接入容量等方面的差異,保證電力業(yè)務(wù)接入的經(jīng)濟(jì)效益最大化。電力終端通信帶寬要求如表2所示。

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    為滿足上述性能要求,電力無(wú)線專網(wǎng)通信模塊在頻譜分配上應(yīng)足夠靈活,對(duì)小顆粒業(yè)務(wù)通信模塊,可調(diào)度的帶寬資源盡可能小,以滿足系統(tǒng)容量需求、提升能量頻譜密度提升覆蓋,同時(shí)降低成本;對(duì)于大顆粒業(yè)務(wù)通信模塊,應(yīng)該具有盡可能靈活的頻譜配置能力,滿足大顆粒業(yè)務(wù)通信需求的同時(shí),減少對(duì)頻譜資源的占用,實(shí)現(xiàn)以“恰當(dāng)”、“夠用”頻譜分配策略。

1.2  通信模塊穩(wěn)定性與可靠性需求探討

    電網(wǎng)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性要求非常高。作為電網(wǎng)設(shè)備組成部分的通信模塊對(duì)穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。如配網(wǎng)自動(dòng)化遙控成功率≥98%,分布式電源遙信正確率≥99.9%,遙控正確率100%,子站、監(jiān)控終端平均無(wú)故障時(shí)間≥26000h,系統(tǒng)可用率≥99.9%,如表3所示。

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    通信模塊應(yīng)從硬件電路、軟件框架、信道編碼、容差設(shè)計(jì)等方面采取多種措施,提升業(yè)務(wù)承載的可靠性,如表4所示。

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1.3  通信模塊物理環(huán)境適應(yīng)性需求探討

    終端模塊安裝在工業(yè)生茶環(huán)境下,需滿足苛刻工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的穩(wěn)定工作需求。室外、地下室、生產(chǎn)車間等占據(jù)相當(dāng)部分比例;沿海地區(qū)還要考慮颶風(fēng)、海水(附近)的腐蝕,西北地區(qū)要考慮沙塵,北部和南部地區(qū)分別要考慮極端高低溫等都是必須考慮的因素,與商業(yè)環(huán)境中的通信終端(如手機(jī))具有顯著區(qū)別。環(huán)境適應(yīng)性需求如表5所示。

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    電力無(wú)線通信模塊需通過(guò)行業(yè)嚴(yán)格的熱設(shè)計(jì)來(lái)保證設(shè)備在規(guī)定的熱溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。通過(guò)恒定濕熱測(cè)試、鹽霧試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)等保證產(chǎn)品對(duì)物理環(huán)境的適應(yīng)性。

1.4  通信模塊電磁兼容性適應(yīng)性需求探討

    電磁兼容性是電力無(wú)線專網(wǎng)模塊面臨的一項(xiàng)嚴(yán)峻考驗(yàn)。為保證電網(wǎng)環(huán)境下二次弱電設(shè)備的正常工作,同時(shí)避免作為二次設(shè)備對(duì)一次設(shè)備的干擾,通信模塊單元應(yīng)在下表所列的電磁騷擾環(huán)境下能正常工作,騷擾對(duì)通信單元工作影響程度用試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)等級(jí)表示。通信模塊電磁兼容性要求如表6所示。

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    評(píng)價(jià)等級(jí)A:騷擾對(duì)通信單元工作無(wú)影響,試驗(yàn)時(shí)和試驗(yàn)后通信單元均能正常通信。

評(píng)價(jià)等級(jí)B:騷擾使通信單元暫時(shí)喪失通信功能,騷擾后不需人工干預(yù)能自行恢復(fù)通信功能。

    通信單元的無(wú)線電干擾抑制應(yīng)符合GB 9254—2008的B級(jí)設(shè)備的要求。

1.5  通信模塊形式規(guī)范要求適應(yīng)性需求探討

    根據(jù)《GDW 1375.2-2013--電力用戶用電信息采集系統(tǒng)型式規(guī)范-第2部分:集中器型式規(guī)范》相關(guān)規(guī)定,通信模塊在物理結(jié)構(gòu)、通信接口、供電接口、天線接口等方面均應(yīng)滿足內(nèi)嵌要求。LTE230系統(tǒng)為智能電網(wǎng)量身定做了LCM內(nèi)嵌模塊系列。

    為滿足手持終端、多媒體終端對(duì)無(wú)線專網(wǎng)的接入需求,終端接入網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)同時(shí)提供BRU核心模塊和CPE外置獨(dú)立模塊。

2  開(kāi)發(fā)原則與部署方案

2.1  開(kāi)發(fā)原則

    LTE230無(wú)線專網(wǎng)通信模塊為智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)量身定制,在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試過(guò)程中,遵循如實(shí)用性原則、規(guī)范性原則、穩(wěn)定性原則、持續(xù)演進(jìn)原則。

2.2  部署方案

    模塊部署過(guò)程中,本著施工便捷、節(jié)約投資的出發(fā)點(diǎn),應(yīng)優(yōu)先考慮內(nèi)置部署方案,通信、供電、模塊固定等無(wú)需額外配套,提升模塊的安全可靠性;針對(duì)模塊的升級(jí)替換,不同技術(shù)體制的模塊應(yīng)相互兼容,同時(shí)通信終端布置及連線要合理,整齊美觀,以維護(hù)方便、操作安全,便于施工;對(duì)于電力業(yè)務(wù)終端,除通信模塊更換外,已有配用電終端保持不變或僅做必要的接口協(xié)議對(duì)接調(diào)試,最大程度利用已有投資。

3  應(yīng)用案例

    產(chǎn)品已在電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用,在十多個(gè)省市建立近20個(gè)電力無(wú)線專網(wǎng),覆蓋面積超過(guò)3 000 平方公里,承載各類電力、油氣田終端超過(guò)20 000套。共計(jì)接入21多萬(wàn)戶家庭。國(guó)內(nèi)目前最大的三個(gè)電力4G無(wú)線專網(wǎng)(浙江嘉興、江蘇昆山、廣東廣州)均采用該設(shè)備。

    系統(tǒng)同時(shí)在石油領(lǐng)域同樣得到廣泛應(yīng)用,玉門等油田建成的無(wú)線通信專網(wǎng),承擔(dān)油氣水井的遠(yuǎn)程采集和監(jiān)控業(yè)務(wù),推進(jìn)了石油行業(yè)信息化發(fā)展。

4  結(jié)論

    通過(guò)對(duì)電力業(yè)務(wù)的通信需求研究,深度定制各類電力無(wú)線專網(wǎng)通信模塊,提高采集成功率和遙控成功等業(yè)務(wù)關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)試點(diǎn)應(yīng)用驗(yàn)證對(duì)真實(shí)業(yè)務(wù)的實(shí)用性。為國(guó)網(wǎng)電力無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)技術(shù)決策提供重要參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司. 電力用戶用電信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則:技術(shù)方案設(shè)計(jì)導(dǎo)則(Q/GDW 378.3-2013)[S]. 2013.

[2] 國(guó)家電網(wǎng)公司. 國(guó)家電網(wǎng)電力無(wú)線專網(wǎng)通用技術(shù)要求第2部分:業(yè)務(wù)需求規(guī)范[S]. 2013.

[3] 國(guó)家電網(wǎng)公司. 分布式電源接入配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范(Q/GDW 677-2011)[S]. 2011.

[4] 國(guó)家電網(wǎng)公司. Q/GDW_380.5-2009 電力用戶用電信息采集系統(tǒng)管理規(guī)范:通信信道運(yùn)行管理規(guī)范[S]. 2009. 

[5] 國(guó)家能源局. DLT 814-2002配網(wǎng)自動(dòng)化功能規(guī)范[S]. 2002.

[6] 普天LTE230系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì). 電力無(wú)線寬帶LTE230系統(tǒng)[Z]. 2012.

[7] Xin Wei. EPS Service Application Technology[M]. Beijing: China Electric Power press, 2010.

[8] 劉建明. 現(xiàn)有無(wú)線寬帶通信技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用對(duì)比分析.國(guó)網(wǎng)信息通信有限公司, 2013.



作者信息:

于卓智,張葉峰,朱玉坤

(國(guó)網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán),北京 100070)

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