0  引言

    智能電網與能源互聯網是工業互聯網、物聯網的典型應用場景，對提高供電的可靠性與供電質量，提升服務水平和企業形象起到了重要的支撐作用。國家電網公司已實現用電信息采集業務的全覆蓋，建設智能電表超過4億只，各類采集器集中器數千萬，十三五期間公司將進一步實現配電自動化業務的全面覆蓋，及分布式能源接入、精準負荷控制等業務類型的遠程接入和信息化、自動化管理。

    電力大量終端工作在室外、強電磁干擾等惡劣的工業生產環境中，長期接受高低溫、潮濕強腐蝕等嚴峻考驗。電力作為國計民生的基礎能源行業，對安全性可靠性要求又極高。為保證電網及一次設備的長期、穩定運行，作為電力二次設備的通信模塊，必須能承受同樣極端工作條件的考驗。

    在智能電網海量終端已規模建設的條件下，總結已有經驗和教訓，研究并開發出符合電網需求的工業化通信模塊，是“十三五”期間智能電網進一步發展，電力無線通信專網滿足配電自動化、精準負控等控制類業務承載要求、保證智能電網持續發展的必要條件。

1  通信模塊需求探討

    通信模塊包括內嵌或外置兩種形態，為保障電力業務的長期穩定、安全、可靠運行，不僅僅要考慮外觀形態和電氣特性符合國網公司及能源行業相關標準規范，還需從網絡環境、模塊穩定性與可靠性、物理環境適應性、電磁兼容性等多方面滿足電網工業化生產環境下嚴酷業務場需求景。

1.1  通信模塊網絡環境適配性需求探討

    傳輸時延與帶寬是通信模塊兩個關鍵指標，基于終端適配性研究也圍繞這兩個關鍵指標展開。

1.1.1  嚴格的傳輸時延

    作為承擔多種業務智能電網業務的無線專網，必須滿足毫秒級的端到端通信時延。更為嚴格的是，由于電力業務是物聯網范疇，小數據量突出傳輸場景占據絕大多數場景，故這里的時延要求數據傳輸時延和鏈路建立時延。即是LTE中控制面板（CP）與用戶面（UP）時延之和。無論從網絡側還是從通信模塊側，這都是異常苛刻的要求，目前的無線公網均無法滿足此技術指標。電力業務傳輸時延要求如表1所示。

    從通信模塊的角度，待機狀態下的非連續接收（RTX）機制、隨機接入（RA）機制均無法照搬無線公網的機制，電力無線專網終端模塊開發過程中均需進行較大的調整優化，實現終端模塊實時在線，滿足業務數據傳輸時延需求。

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務為主，主要用于營銷、配電自動化、精準負控等業務的遠程數據采集和控制；電力無線通信終端應該結合實際業務需求，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，保證電力業務接入的經濟效益最大化。電力終端通信帶寬要求如表2所示。

    為滿足上述性能要求，電力無線專網通信模塊在頻譜分配上應足夠靈活，對小顆粒業務通信模塊，可調度的帶寬資源盡可能小，以滿足系統容量需求、提升能量頻譜密度提升覆蓋，同時降低成本；對于大顆粒業務通信模塊，應該具有盡可能靈活的頻譜配置能力，滿足大顆粒業務通信需求的同時，減少對頻譜資源的占用，實現以“恰當”、“夠用”頻譜分配策略。

1.2  通信模塊穩定性與可靠性需求探討

    電網對設備穩定性和可靠性要求非常高。作為電網設備組成部分的通信模塊對穩定性和可靠性提出了更高的要求。如配網自動化遙控成功率≥98%，分布式電源遙信正確率≥99.9%，遙控正確率100%，子站、監控終端平均無故障時間≥26000h，系統可用率≥99.9%，如表3所示。

    通信模塊應從硬件電路、軟件框架、信道編碼、容差設計等方面采取多種措施，提升業務承載的可靠性，如表4所示。

1.3  通信模塊物理環境適應性需求探討

    終端模塊安裝在工業生茶環境下，需滿足苛刻工業生產環境下的穩定工作需求。室外、地下室、生產車間等占據相當部分比例；沿海地區還要考慮颶風、海水（附近）的腐蝕，西北地區要考慮沙塵，北部和南部地區分別要考慮極端高低溫等都是必須考慮的因素，與商業環境中的通信終端（如手機）具有顯著區別。環境適應性需求如表5所示。

    電力無線通信模塊需通過行業嚴格的熱設計來保證設備在規定的熱溫度范圍內穩定工作。通過恒定濕熱測試、鹽霧試驗、跌落試驗等保證產品對物理環境的適應性。

1.4  通信模塊電磁兼容性適應性需求探討

    電磁兼容性是電力無線專網模塊面臨的一項嚴峻考驗。為保證電網環境下二次弱電設備的正常工作，同時避免作為二次設備對一次設備的干擾，通信模塊單元應在下表所列的電磁騷擾環境下能正常工作，騷擾對通信單元工作影響程度用試驗結果評價等級表示。通信模塊電磁兼容性要求如表6所示。

    評價等級A：騷擾對通信單元工作無影響，試驗時和試驗后通信單元均能正常通信。

評價等級B：騷擾使通信單元暫時喪失通信功能，騷擾后不需人工干預能自行恢復通信功能。

    通信單元的無線電干擾抑制應符合GB 9254—2008的B級設備的要求。

1.5  通信模塊形式規范要求適應性需求探討

    根據《GDW 1375.2-2013--電力用戶用電信息采集系統型式規范-第2部分：集中器型式規范》相關規定，通信模塊在物理結構、通信接口、供電接口、天線接口等方面均應滿足內嵌要求。LTE230系統為智能電網量身定做了LCM內嵌模塊系列。

    為滿足手持終端、多媒體終端對無線專網的接入需求，終端接入網系統系統同時提供BRU核心模塊和CPE外置獨立模塊。

2  開發原則與部署方案

2.1  開發原則

    LTE230無線專網通信模塊為智能電網業務量身定制，在研發設計、生產制造、安裝調試過程中，遵循如實用性原則、規范性原則、穩定性原則、持續演進原則。

2.2  部署方案

    模塊部署過程中，本著施工便捷、節約投資的出發點，應優先考慮內置部署方案，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；針對模塊的升級替換，不同技術體制的模塊應相互兼容，同時通信終端布置及連線要合理，整齊美觀，以維護方便、操作安全，便于施工；對于電力業務終端，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議對接調試，最大程度利用已有投資。

3  應用案例

    產品已在電力無線專網建設中得到廣泛應用，在十多個省市建立近20個電力無線專網，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。共計接入21多萬戶家庭。國內目前最大的三個電力4G無線專網（浙江嘉興、江蘇昆山、廣東廣州）均采用該設備。

    系統同時在石油領域同樣得到廣泛應用，玉門等油田建成的無線通信專網，承擔油氣水井的遠程采集和監控業務，推進了石油行業信息化發展。

4  結論

    通過對電力業務的通信需求研究，深度定制各類電力無線專網通信模塊，提高采集成功率和遙控成功等業務關鍵指標。通過試點應用驗證對真實業務的實用性。為國網電力無線專網建設技術決策提供重要參考依據。

參考文獻

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[8] 劉建明. 現有無線寬帶通信技術在電力行業應用對比分析.國網信息通信有限公司, 2013.

作者信息：

于卓智，張葉峰，朱玉坤

（國網信息通信產業集團，北京 100070）