龙婧
国网冀北电力有限公司承德供电公司 河北省承德市 067000
摘要: 随着“互联网+”在电力行业的落地，为解决配电自动化、负荷控制等控制类业务“最后一公里”的通信接入问题，实现多业务“安全、智能、泛在、柔性”接入，文章分析了终端通信接入网相关基本业务需求现状、分类特征及现阶段存在的问题，阐述了基于泛在物联网的移动通信技术及应用，重点针对4G无线专网技术应用进行了分析总结，为后续业务需求落地提供借鉴和参考。
关键词: 泛在电力物联网;移动通信技术;终端通信接入网;4G无线专网
1 概述
近年来，我国从国家层面积极推动“互联网+”在电力行业的落地，国务院颁布了《关于积极推进“互联网＋”行动的指导意见》，国家发展改革委员会、能源局共同颁布了《关于促进智能电网发展的指导意见》，开启了国家层面支撑智能电网全面建设的篇章。根据国网公司运检专业的工作要求，在配电系统中，配电自动化三遥的终端应优先以采用电力光纤通信，对于末梢配电终端，如果不具备不具备光纤条件，则采用无线专网通信方式，其中配电自动化如果承载的业务为控制类业务，则禁止使用无线公网。
2 主要业务及特性
2.1 业务需求现状
根据《国家电网电力无线专网通用技术要求 第2部分：业务需求规范》，电力通信的终端通信接入网的业务的分为基本、扩展业务。基本业务主要包括配电自动化、用采、分布式的电源、电动汽车充电站（桩）、精准负荷控制；扩展业务主要包括输变电状态在线监测、配电所监测、变电站变机器巡检、电能质量在线监测等。
2.2 业务分类及特征
根据业务需求规范，从带宽要求、时延要求、安全性等方面将各类业务分成三大类：物联网类、视频类、控制类业务。
（1）控制类业务：对安全、可靠性要求最高，对端到端时延一般要求控制在毫秒和秒级。该类业务主要有配电自动化、精准负荷控制、分布式的电源等。
（2）视频类业务：对带宽速率和实时性能要求较高，数据速率一般超过2M，这类业务主要有输变电状态监测、配电所监测、变电站机器巡检等。
（3）物联网类业务：接入需求量大，要求可靠性较低，主要业务为用采。
2.3 现阶段业务终端接入的主要问题
现阶段终端通信网“最后一公里”有线通信手段不足，主要采用无线公网通信方式，无线专网试点开展应用。存在不同安全等级的业务通道交叉混用、网络边界模糊、各个专业不断增长的新业务需求难以接入等问题，网络安全管理存在难以控制的隐患。
3 基于泛在物联网的移动通信技术
3.1 泛在电力物联网
泛在电力物联网是2018年国网公司打造的与坚强智能电网融合发展的“第二张网”，综合应用大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能等新技术，与新一代电力系统相渗透融合，联合能源生产与各环节的人、机、物，贯穿电网安全生产运行、企业管理经营服务客户等业务，是支撑我国能源互联网高速、高效、稳定运行的基石。
国家电网公司信息化建设的不断发展完善，虽已依据现实需求利用现有网络系统搭建了部分应用，但是各应用、业务独自运行，相互间的数据不能贯通采集。泛在电力物联网综合应用电力无线专网、NB-IoT、公网VPN、光纤、北斗等多种网络通信方式，不但承载着电网传统业务，也承载了将来未发展的现代服务业务。
3.2 移动通信技术的引入
（1）广域移动通信技术
现代广域移动通信技术引入到智能电网中，更好地支撑智能电网的建设和发展。在移动通信的2G/3G时代，用采等业务通过公网GSM、GPRS、CDMA等网络接入，采集数据更加快速方便，大大的降低了抄表的人力成本，加快了信息采集的自动化水平。但公网移动通信技术受到时延、安全性及带宽等问题的局限，承载业务种类较为单一，目前只能承载用采业务，无法承载控制、视频等相关业务。
在移动4G时代，无线专网相关技术也随之发展壮大。自国家电网开展无线专网示范以来，4G无线专网已在冀北、江苏等多省落地。
4G采用的OFDM、MIMO等技术、应用扁平化的网络结构，能显著提高数据传输速率和降低数据传输时延；它也是一种安全性很高的技术。
（2）局域移动通信技术
典型的局域移动通信技术有WiFi、LoRa等，其中WiFi技术由于安全问题，目前并未开展应用。LoRa作为局域移动通信技术，将功耗降低、距离拉远相结合，目前国网公司已进行了小部分的试点应用，比如LoRa就被应用到了抄表应用中。
上所述，在各类移动的通信技术中，电力4G无线专网技术能够最大限度的满足泛在电力物联网各类业务对于时延、安全及带宽的需求，是支撑泛在电力物联网的主要移动通信技术手段。
4 4G无线专网技术应用解决方案
4.1 业务需求
该地市的电力终端通信接入业务需求与国家电网公司下发的业务需求规范基本一致，主要是控制类业务、采集类业务和移动类业务。但近期接入业务的重点是配电自动化三遥、用采和输配变机器巡检等。
4.2 建设方案
该地市4G电力无线专网建设方案为在市区及工业区等业务分布较为集中的区域内合计建设4G基站17个，部署核心网设备2套，网管系统2套。具体方案如下：
（1）核心网：地市采用双核心网配置，用于承载生产业务类、管理类的相关业务。双核心网方案采用标准的MOCN网络共享基站，基站根据终端在接入信令中提供的PLMN信息，为终端选择不同的业务核心网。
（2）无线网：基站规划以终端规划为基础，综合考虑覆盖规划和容量规划，以最终确定电力无线专网基站规划方案。无线网侧，在市区及工业区合计建设无线专网基站17个。
（3）回传网：回传网主要利用现有SDH/MSTP传输网络作为回传通道，根据无线专网建设要求优化和补强SDH/MSTP传输网络架构及带宽。
（4）承载网：无线专网承载网用于提供无线核心网设备至后台业务系统的数据通道。承载网应根据核心网及业务主站系统部署情况，配置相应数据网设备。
（5）网管系统：本次规划在地市公司本部部署配置两套网管系统，分别用于管理生产控制、管理信息大区的核心网络设备。
（6）其他配套：在满足网络布局的前提下，尽量使用自有物业进行站点建设，一方面充分利用现有资源，节约建设投资，另一方面便于网络建成后的优化维护。
4.3 业务应用案例
此次4G电力无线专网建设重点针对该地市7座110kV的变电站、71回配电线路进行区域覆盖。在25平方公里的区域网络的环网柜、柱上开关等位置实现运检“三遥”类业务相关功能，其他一般要求不高的节点采用“两遥”相关功能。“三遥”、“两遥”节点均利用4G无线专网开展数据传输。
实际应用效果显示，电力4G无线专网较其他方式在建设维护方面比较容易，也有利于后期的规模扩大，终端到基站之间不需架设光缆，降低建设和维护难度，增加配电自动化终端时只需增加CPE装备，方便扩大容量。同时，各种业务要求的技术指标也符合业务部门需求。
通过应用4G电力无线专网可以很大的提高供电可靠率，减少部分电量损失；优化部分电网运行方式，降低线路的损耗和人工的成本，配网运行效率得到明显提升。符合国网公司对相关业务的要求，提升了用户对电网的满意程度，并可以树立良好的企业形象。
5参考文献
[1] ITU-R,IMT愿景-2020年及之后IMT未来发展的框架和总体目标[S],2015.
[2] 国家电网,《电力无线专网通用要求 第2部分:需求规范》（Q/GDW 11803.2-2018）,2018.
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[4] 孙德栋,信通技术支撑泛在电力物联网建设与发展[R],第二届综合能源系统峰会暨泛在电力物联网论坛,2019.
[5] 袁玉英,罗永刚,袁慧祥等,基于LoRa技术的无线智能电表设计[J],电子世界,2018,11(23)
作者简介：
龙婧(1988–)，女，硕士研究生，国网冀北电力有限公司承德供电公司，工程师，从事电力系统通信管理工作