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4億只，各類采集器集中器數(shù)千萬，十三五期間公司將進(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。

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。無論從網(wǎng)絡(luò)側(cè)還是從通信模塊側(cè)，這都是異常苛刻的要求，目前的無線公網(wǎng)均無法滿足此技術(shù)指標(biāo)。電力業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延要求如表1所示。

    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)制均無法照搬無線公網(wǎng)的機(jī)制，電力無線專網(wǎng)終端模塊開發(fā)過程中均需進(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。

    為滿足上述性能要求，電力無線專網(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)控終端平均無故障時(shí)間≥26000h，系統(tǒng)可用率≥99.9%，如表3所示。

    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。

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。

    電力無線通信模塊需通過行業(yè)嚴(yán)格的熱設(shè)計(jì)來保證設(shè)備在規(guī)定的熱溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。通過恒定濕熱測(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。

    評(píng)價(jià)等級(jí)A：騷擾對(duì)通信單元工作無影響，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  開發(fā)原則與部署方案

2.1  開發(fā)原則

    LTE230無線專網(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)電力無線專網(wǎng)，覆蓋面積超過3 000 平方公里，承載各類電力、油氣田終端超過20 000套。共計(jì)接入21多萬戶家庭。國(guó)內(nèi)目前最大的三個(gè)電力4G無線專網(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

    通過對(duì)電力業(yè)務(wù)的通信需求研究，深度定制各類電力無線專網(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)電力無線專網(wǎng)建設(shè)技術(shù)決策提供重要參考依據(jù)。

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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）