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1、,1.8G频段无线通信在配电自动化的应用 广东电网公司电力调度控制中心 蒋康明 2014年8月,目录,配电自动化及其通信需求,2,1.8G频段电力无线专网技术应用,总结与展望,95598接线员：您好，欢迎致电*电力服务热线，有什么可以帮您吗？ 某市民：喂，我们这里怎么停电啦，没电啦，饭都煮不了啦！ 95598接线员：请别急，请问你具体地址是哪里，我们马上派人去查寻是什么情况，请稍等。 。,智能电网的发展，首先要解决配、用电网监控的盲区，实现配、用电网智能化、自动化管理。,故障查找,抢修进行中。,配电网现状：随坏随报、随检随修！,配电子站,环网柜,TTU,PVS,配电线,10KV 出线,FTU、
2、DTU,配电子站,配电线,10KV 出线,中压配电网10kV 配电线路图,FTU/DTU是装设在10kV断路器、负荷开关、分段器旁，对各种柱上开关设备所在线路的电气参数进行监控和采集。TTU则是装设在配电变压器、箱变等变压器设备旁，监测变压器运行状况的终端装置。,自动化采集终端的数据 需要配电网自动化通信系统完成上传,采集,控制,合闸,采集,控制,采集,电网自动化终端连接图,DA: Distribution Automation FA: Feeder Automation FTU: Feeder Terminal Unit DTU: Distribution Terminal Unit TTU
3、：DistributionTransformersupervisoryTerminalUnit,配电自动化系统结构图,配电自动化业务亟需通信网络，通信是最为薄弱的环节，严重制约了电力设备智能化程度；电网调度控制中心无法对配用电环节设备有效监测、控制和管理，设备“盲”管理，导致供电可靠性低、电网运行效率低。,城市10kV线路全年平均利用率在30%以下，美国为43，最大负荷时刻，平均负载率普遍在4050%以下，而东京为75%以上； 供电可靠性方面，2009年全国城市用户年平均停电时间为9.111小时，而东京为5分钟。,用电自动化,6,配电自动化发展依赖通信技术,国内配电自动化发展,国内配电自动化系
4、统建设已有近10年的历史，取得了大量有益的工程实践经验。配电自动化由最初的就地控制，发展为以通信网络支撑的主站集中监控、基于GIS的离线配电管理、实时监控与配电管理集成等多种应用模式。 配电自动化系统的完善和发展，在促进企业安全生产、优质供电、管理进步、客户服务等方面，取得了一定的效果。但受限于通信网络等因素，总体规模较小，在提高资产利用率、供电可靠性方面的效果还不明显。,7,为配合配电自动化系统发展，国内电网公司大力发展、建设配网通信光缆，然而，敷设光缆涉及大量城市路面开挖工作，光缆建设举步维艰，以广州供电局为例广州市越秀区需通信的电力设备点共有1.1万多个，因市政原因，无法开挖路面，从20
5、10年至今，完成光缆敷设的不足1千个点。 以光通信等为主建设方式，受限于实施难度，时间进度上严重影响着智能电网的发展。因此510年内，电网企业还需寻求有线通信以外的通信手段，应用、发展无线通信技术是必然选择。,小区内不允许施工,城中村施工困难,电缆井被埋,地处交通要道,8,配电自动化通信建设存在的困难,9,国内电网公司在计量自动化（配变监测、大客户负荷管理、低压集抄）业务中大量应用公网无线网络（南方电网应用58万张SIM卡），为电网智能化的建设和发展发挥了重要作用。然而，在实际应用中存在以下问题： 一是安全性无法满足电网控制类业务需求； 二是公网无线通信可靠性较低(在线率8590%）； 三是应
6、急情况下，无法保障电力的正常使用。,电监安全【2006】34号文,广州供电局在线率统计（ 16485个配变监测点）,国家公安部通报电网公司使用GPRS等公网无线通道存在安全隐患，攻击者可通过截获并模仿信号，对电网设备进行误控制，引发电网事故，影响社会公共安全！ 电监会发布电力二次系统安全防护规定（电监会5号令）及电力二次系统安全防护总体方案电监会200634号文的要求，电网“控制类”业务必须采用电力通信专网，不得使用公网承载！ 无线公网和无线专网是互为补充的关系，无线专网满足电网控制类业务需求，公网无线满足电网非控制类业务需求，电力专网和公网共同支撑智能电网发展。,发展电力无线专网是必然选择,
7、9,配电,光纤易损坏,部署维护简单,配网通信：有线VS无线,10,专网专用，容量大，接通率高、安全性高,公网用户话务拥塞， 剩余容量小、安全性低,配用电,配网通信：公网VS专网,11,无线宽带专网,广覆盖性 （点对多点）,经济性、灵活些,实时性 通道高可靠性,高安全性,1,2,4,3,配电自动化业务特点及通信选择,12,配电自动化业务通信的特点： 设备多，业务节点多，覆盖面广， 总业务用户点多，但业务节点容量小， 配电线路网络结构复杂、分之多； 配用电网受扩容，城建影响大，业务节点变动、扩展频繁,配网通信技术选择原则总体原则,以配网通信专网为主，公网为辅； 配电网业务主要以电力通信专网为主，无
8、线公网作为一种补充覆盖方式，在一些不具备控制功能的开关柜、配电房等节点使用。 组建“光纤+无线专网”相结合的广覆盖配网通信专网； 光纤通信覆盖至具备”遥控功能”的重要开关站； 无线专网覆盖其它开关站、配电房，综合接入配网自动化、计量自动化等业务；,光纤通信,具备“控制功能的”重要开关站、新建线路的开关站等,普通开关站、配电房、柱上开关、配电箱等,无线专网,针对非控制类业务，作为电力通信专网补充,无线公网,目录,配电自动化及其通信需求,2,1.8G频段电力无线专网技术应用,总结与展望,国内无线频率应用情况,16,以B类区域为例：,R：1-1.5KM,变电站A,变电站B,无线宽带专网基站的覆盖范围
9、与110kV变电站的供电范围基本吻合。 在市区的110kV及以上变电站建设基站，以及在市区内电网公司办公楼等自有物业上建设基站，基本可以满足配电点的需求。 电力变电站等自有物业，具备楼面、传输、电源等基站建设的天然条件，具有工程建设快、投资节省、安全可靠等优势，是无线基站建设的理想站点。,供电范围与1.8G频段无线网络覆盖,技术体制选择的原则： 是否国际主流标准？ 频率分配是否简单？（TDD VS FDD） 产业链是否完善？ 是否符合国家政策？ 技术是否成熟、是否有清晰的发展演进规划？,无线通信技术体制选择,单基站无线覆盖范围与单个110kV变电站的供电范围相当，以上业务为单变电站的带宽需要，
10、考虑统计应用，预计每个基站的带宽需要15Mbps以上。,单110kV变电站范围业务带宽需求,电力无线宽带专网频谱资源带宽需求,以TD-LTE为例： 根据TD-LTE技术特性，在1.8GHz频段、5MHz频宽、上下行子帧比设计为3：1的情况下，上行峰值速率可达到18Mbps、下行峰值速率可达到10Mbps，实际网络的平均速率为峰值速率的1/31/2； TD-LTE目前每小区至少支持200个用户同时激活，统计在线（IDLE+ACTIVE）用户数将达到1000个以上，能够满足智能电网要求的86个激活用户、855个在线用户数的要求。,电力无线宽带专网需要的无线频率带宽至少在5MHz以上。,电力TD-L
11、TE无线专网架构,工程规模 1套核心网设备 10个无线基站 65个CPE终端 业务承载 53个配网自动化终端 10个计量自动化终端 2个视频终端,此无线宽带专网覆盖密集城区、郊区的空旷区域和应急演练点等场景。包含了电力应用的最典型场景，能够真实测验出无线宽带网络应用场景的覆盖及容量能力。,独特价值 国内首个基于1.8G TD-LTE通信网络 电力行业规模最大的无线宽带（基站数量） 终端定制开发（不同情景）,案例：珠海1.8GHz频段电力无线专网试点工程,郊区站点,城郊站点,密集城区 频繁切换,应急演练点,站址规划,22,基站BBU设备,RRU及天线,环网柜内安装CPE终端设备,23,设备安装,
12、香洲片区共计298个配网终端点，RSRP值在-115以内的比例约为80%，与仿真测试相同。,其中约15%的点RSRP在-115dB-120dB之间。 这些点可以使用终端高增益天线、终端天线拉远拉高等多种优化方式达到稳定通信。 最高可达到94%的接入率。,TD-LTE覆盖范围内点测情况,通过高增益天线、CPE加高等普适性方案，解决区域弱覆盖、上行业务无法满足等问题，从而匹配配网业务需求。,覆盖难点及解决方案,TD-LTE专网在带宽及延时指标方面，完全匹配配电自动化、计量自动化、视频监控等多业务承载需求。,配电电网业务通信要求,LTE系统支持9级QCI差分服务。通过对网络中不同流量的分类和管理，可
13、以为配电自动化、计量自动化业务提供不同的延时、丢包率保证。,QCI级别支撑不同电网业务需求,珠海主城区面积约81平方公里。 城区内共有变电站与供电大楼等自有物业22处，营业厅8处。 本次珠海已建10个站点中，有8个站点位于主城区，2个站在郊区。,未来无线电力专网主要为了解决老城区配网需求。 珠海场景能较好的反映老城区覆盖模型。,仿真说明,珠海城区仿真原理,建网前经典 参数的仿真,路测与点测 真实数据,真实数据反推 珠海实际参数,基于实际 参数的仿真,基站建设在变电站与供电局共23个自有物业点 110kV站高20米，220kV站高25米，营业厅站25米。 仿真结果：覆盖率81.4%,珠海城区自有
14、物业覆盖仿真,基站建设在变电站与供电局共22个自有物业点（未计入营业厅） 110kV站高30米，220kV站高30米。 仿真结果：覆盖率由81.4%提高到88.2%,珠海城区自有物业覆盖仿真（基站加高）,基站建设在变电站、供电局、营业厅共23个自有物业点 110kV站高30米，220kV站高30米，营业厅站25米。 仿真结果：覆盖率由81.4%提高到92.7%,珠海城区自有物业覆盖仿真（1.4GHz）,实现主城区全覆盖（覆盖率98%） 珠海主城区自有物业共23处（未加高，不含营业厅） 增补基站站高按15米计（环网柜、电房旁美化抱杆） 仿真结果：需要增补30个基站点,珠海城区全覆盖仿真（增补站点
15、）,实现主城区全覆盖（覆盖率98%） 珠海主城区自有物业共23处（加高到30米，营业厅25米） 增补基站站高按15米计（环网柜、电房旁美化抱杆） 仿真结果：需要增补27个基站点，减少3个,珠海城区全覆盖仿真（增补站点+基站加高）,试点工程总结-总体效果,同频组网方面：在17901795MHz的5MHz带宽条件下，TD-LTE采用“干扰协调”技术实现同频组网，可以满足网络组网条件，网络通信效果良好； 无线网络覆盖方面：试验区范围内，在供电局办公大楼、变电站等自有物业上建设1.8GHz频段TD-LTE基站，10kV配电房、开关房等配电网业务节点的有效覆盖率达到90%； 通道通信质量方面：试点业务包
16、括55个配网自动化业务终端、5个计量自动化业务终端，各业务终端在线率接近100，在线终端一次通信成功率达到100%，网络时延小于200ms； 网络可靠性方面：一年来专网设备及其终端运行率接近100%，在2012年7月22日的台风“韦森特”最大风力达12级的情况下，系统经受了考验，所有设备在台风期间运行正常； 网络安全性方面：TD-LTE采用多重安全认证、加密技术保证了网络自身的安全性；网络专网专用，与互联网隔离，杜绝了外界侵入的可能性； TD-LTE专网在技术上可以满足智能配电网通信的需要。,光纤通信 TD-LTE,光纤通信,试点工程总结-网络覆盖广,TD-LTE与有线通信对比,单个配网自动化终端平均建设周期,试点工程总结-施工简单,TD-LTE与有线通信对比,单个配网自动化终端建设费用,试点工程总结-建设成本低,TD-LTE与有线通信
