配电自动化系统无线专网建设分析
摘要：配电自动化系统是推动电网运行水平提升的重要系统，同时也是促进电网自动化、智能化发展的关键。不过传统有线通信方案难以完全满足配网发展需求，在很大程度上阻碍了配电自动化系统高效运行，需要运用无线专网技术解决这一问题。本文将简单介绍配电自动化系统发展现状，分析无线专网通信技术在配电自动化系统中的应用意义与可行性，并就相应的无线专网建设方案展开探讨。
关键词：配电自动化系统;无线专网;建设
随着现代电力事业的发展，电网规模逐渐扩大，电网有线通信方式已经难以解决配网点多面广的通信问题，在很大程度上影响了配电自动化系统的高效运行，需要积极采取合理措施加以改善。其中无线专网技术的应用能够充分满足配网通信需求，为配电自动化系统化的稳定运行乃至智能化发展提供有力支持，具有巨大应用价值。
一、配电自动化系统发展现状
配电自动化系统的作用在于对配电网进行自动化的运行监测与控制，从而保障配电网运行安全及稳定。该系统的通信功能使得运维人员能够通过终端迅速、直观地掌握配电网运行信息，从而了解电网运行状况，更能实现对配电网运行异常的自动化控制，确保电网正常运行。配电自动化系统的通信网包括配电通信主站、子站、通道及终端，当前主要采取有限通信模式。不过在我国电网规模不断扩大的情况下，配电终端数量大幅增加，有线通信已经很难满足配电网发展需求，也在一定程度上阻碍了配电自动化系统运行水平的提升。这是因为电网规模扩大使得通信传输信息量大幅增加，以自建或租用光纤的方式难以从根本上解决不断增加的信息量问题。同时自建光纤成本较高，而租用光纤会导致配电线路监控点的通信受影响，无法保障配电调度及管理的有效、可靠。因此在近年来，配电自动化系统通信方案的相关研究与实践越来越受重视，其中无线专网技术被视作改变现状的关键技术。
二、无线专网通信技术在配电自动化系统中的应用意义与可行性
（一）应用意义
无线专网技术的应用能够有效解决配网点多面广的通信问题，同时其建设成本也较自建光纤方式更低，故而能够有效推动配电自动化系统高效运行，保障配电网运行安全及稳定，实现自动化、智能化监测与控制。当前能够应用于配电自动化系统的无线专网通信技术主要包括4G宽带LTE技术、230M无线电台技术、Mobitex技术等。以4G宽带LTE技术为例，该技术在配电自动化系统中的应用广泛包含正交频分复用技术、多输入多输出技术等，这些技术可以显著提升通信数据吞吐率，从而解决电网规模不断扩大而带来的通信数据容量增大问题。与此同时，4G宽带LTE技术的应用能够提升通信速率、节约宽带资源、支持分双工模式等，有利于配电网智能业务的发展。由于4G宽带LTE技术是以扁平化组网模式应用，能够轻松实现网元层次的减少，从而促进通信数据传输效率提高，进而为自动化配电网络模式以及应急通信模式的协调提供支持，促进配电网智能化发展。
（二）可行性
无线专网通信技术在配电自动化系统中的应用具有极高的可行性，并且表现在技术与政策两方面。从技术层面来看，4G宽带LTE技术可支持的在线终端数量大，同时上、下行峰值吞吐量大，通信传输速率快，天线间耦合干扰小，覆盖面积大，完全符合配電网通信需求。而且从4G通信频段中划分出部分频段作为专用无线通信频段，能够进一步强化专网系统性能，为配电自动化系统的高效运行提供有力支持。从政策层面来看，国家已经明确规定将部分频段的离散频点用于电力负荷监控系统，支持电力企业更好地开展遥测、遥控、数据传输等业务，其中4G宽带专网频段则包括1.4G和1.8G频段。
三、配电自动化系统无线专网建设方案
（一）组网架构
配电自动化系统无线专网组网架构包括核心网及接入网两部分。核心网主要用于控制信令以及处理通道传输数据源与信息，并且可以按照功能划分包含移动管理实体、服务网管等设备;接入网则是核心网与终端之间的通信网络，是连接用户与核心网的基础。由于4G宽带LTE技术的应用采取的是扁平架构，这将使得接入网网元层次减少，相应的层次间数据传递时间会有所延长，进而满足配电自动化系统无线专网高传输效率以及低时延的要求。
在配电自动化系统无线专网中，通信终端与配用电业务终端之间的连接是依靠以太网口而实现的，这将有效实现业务终端数据到基站的稳定传输，同时在空中接口协议的处理下将数据再传输回业务终端。通信终端中包含USIM，能够存储并保障用户号码、根密匙等信息的安全，从而保障整个配电自动化系统无线专网的安全及稳定。为了有效保障无线专网覆盖范围，通常需要将射频远端单元设置在开阔位置，以免信号受阻。配电自动化系统无线专网基站中设置有基带处理单元，其一般位于操作机房内部，并且依靠以太网口和MSTP设备进行数据交换，从而确保基站控制空口数据传输、分配信道资源等功能的有效实现，进一步保障专网通信稳定性与可靠性。核心网终端及基站之间的连接通信并不依靠以太网口，而是采用Uu接口方案，基站和基站之间则是采用X2接口方案，这样就能利用多个设备共同组成传输网，并通过S11、S5等标准接口实现设备间数据传输。
由于配电自动化系统无线专网业务类型较广，通常需要使用不同宽带契合不同频段基站需求，从而保障业务稳定开展。当前配电自动化系统无线专网业务主要包括“三遥”、“二遥”与“一遥”三种，对应的遥测、遥信和遥控，不同配电网存在一定差异。以变电站为例，当前110kV变电站通常配备有200以下的10kV节点设备，这些设备的宽带需求不尽相同，不过主要集中在1～5kibt/s范围内。因此在该业务中一般需要给110kV变电站覆盖范围提供1Mbit/s的通信带宽，满足遥测业务需求。但是由于110kV变电站需要配备大量计量自动化节点，数量通常在600以上，而且节点传输周期约为15min，故而需要配备31Mbit/s左右的通信带宽。可以预见的是，随着配电自动化系统无线专网的建设与发展，遥测、遥信与遥控功能越来越完善，相应的通信带宽要求会更加规范和严格。而对配电自动化系统的移动宽带办公业务而言，遥信、遥测、遥控、负荷管理、配变监测、低压集抄等业务带宽要求实际较低，对带宽要求大的业务主要是视频监控以及移动办公。
（二）组网方案
配电自动化系统4G宽带LTE无线专网组网建设方案的组网架构不但可以分为核心网与接入网两部分，还可以被分为四个层次，由业务系统主站到用户终端依次为业务层、安全接入层、LTE接入层以及终端层。其中业务层的设备是业务系统自备设备，在建设无线专网时一般不考虑。安全接入层设备则主要包含正反向隔离装置、前置双向验证装置及安全接入装置三部分，通常设置部署于业务层设备附近，起到保护后者的作用。LTE接入层设备则主要有核心网、核心路由器、LTE回传光网络及基站设备等。其中核心路由器必须在部署好核心网之后在进行设置安装，这将保障各业务VPN得以有效分离，确保各业务系统能够独自运行。该层通信采取SDH独立通道方案，从而实现低时延，满足通信要求。终端层设备同样由业务系统自备，在建设无线专网时无需过多考虑，主要包括手机、平板、网卡、CPE等。
结束语：
传统有线通信模式已经难以满足配电网自动系统发展需求，无法为规模不断扩大、通信要求不断提升的配电网提供有力支持。因此在近年来，无线通信技术在配电网中的应用受到了高度重视，以4G宽带LTE技术为代表的无线通信技术正在推进配电自动化系统无线专网的建设与发展，加强组网结构优化，科学制定组网建设方案，建设符合配网发展需求的无线专网，能够进一步保障配网稳定运行和发展。
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