4G技术在电力系统的应用探究

熊 刚

（广东电网有限责任公司佛山供电局,佛山,528000）

4G技术在电力系统的应用探究

熊 刚

（广东电网有限责任公司佛山供电局,佛山,528000）

4G技术作为下一代移动通信的主流，将对电力系统带来重大影响，更好的满足电力系统对通信的需求，提高电力系统的运行维护水平。对此，本文从当前4G技术主流技术出发，对4G技术以及在电力系统中的应用进行深入分析与对比，从而为未来电网智能化提供灵活、可靠、优质的通信支撑奠定基础。

TD-LTE；电力系统；未来趋势

1 4G技术概述

4G技术是指第四代移动通信技术，主要包括TD-LTE和FDDLTE两种制式。根据当前工信部规划，中国移动沿着TD-SCDMA、TD-LTE的路径演进，中国联通将会运营WCDMA、HSDPA、HSPA+、TD-LTE、FD-LTE等制式的移动网络，而中国电信则会运营CDMA2000、TD-LTE、FD-LTE的移动网络，从而逐步形成我国的制式的高速4G移动通信网络。其中TD-LTE作为我国主导的4G技术标准，将会在公网运营商及专用移动通信网中得到极大发展。在专用移动通信领域，由于不同的业务需求的上行和下行带宽差异巨大，甚至动态变化，这正是TD-LTE技术的强项，该技术更适合非对称及上下行带宽变化的业务。

2 4G技术与传统技术对比分析

4G通信技术表现出其高速和高频带利用率的优点，是未来我国智能电网发展的首选移动通信网络，那么，4G技术与传统的通信技术在电力系统的应用有何区别呢？

2.1 4G与光纤、载波、微波等通信方式对比分析

在传统的通信方式当中，载波、电缆和光纤通信成为通信的主要的方式。但是上述的通信方式也存在一定的不足，其具体的对此结果则如表1所示。

表1 常用通信方式比较

2.2 4G技术与3G技术对比分析

4G技术与3G技术最大的区别在于数据通信速率的提高，对比如下。

表2 3G网络与4G网络技术对比

通过上述的对比发现，与传统的3G网络技术相比，4G技术具有更快的传输速率、容量更好的业务质量(QoS)、更高的安全性、更高的智能性、更高的传输质量和更高的灵活性；同时能支持非对称性业务，并支持多种业务；是全IP网络，体现出移动与无线接入网和IP网络不断融合的发展趋势。以通信速率为例，通过对比发现4G网络通信其下行道的传输最高速率和达到150Mbps，要远远快于3G技术。同时为更好的适应未来多媒体业务的发展，4G技术在容量方面有着很大的提高。

3 4G在电力系统的应用

3.1 4G在配网自动化中的应用

配电网的特点是分布面积广，线路条数多，其接入点的数量比输电网高2个数量级，以佛山市为例，配电网的电房数量达到几万个，这些电房都敷设光缆将是不可能完成的艰巨任务，且投资远远超过可承受的范围，而2G和3G网络虽然能够满足覆盖的需求，但是受其带宽限制，不能很好的承担配网自动化的通信任务。配网自动化采用4G做为通信系统，将是更好的选择。

3.2 4G在电力计量（抄表）中的应用研究

随着电力系统的智能化，自动抄表成为当前发展的趋势。所谓的自动抄表系统是一种不需要人员到达现场就能完成抄、读用户消耗电能的智能化管理系统。它是电力部门为了加强用电管理,提高供电效益,使其适应市场经济需要而设计的。 传统电力抄表采用电力载波，电力线信道环境的特殊性,致使电力线载波抄表系统中存在着的抄表距离有限、通信成功率不高等问题。使用485通信及电话网系统进行抄表也存在着工程量大，可靠性低，运维成本高的问题。如果采用4G技术进行抄表，不用大量敷设线路，传输带宽和实时性能够满足要求，将是自动抄表成为一件十分轻松的事情。

3.3 4G在风电领域中的应用

风能作为一种重要的清洁能源，得到了世界范围内的普遍关注，而我国，当前也尤其注重风能发电，但是，高山风电场的通信问题一直是一个难点。目前应用比较多的就是光纤通信，但是光纤通信无论是OPGW光缆，还是ADSS光缆都存在着一定的弊端，本文以光纤通信在风电场中的应用为例进行具体说明。

假设沿新建风电场已有220kV变电站I回220kV线路架设1条16芯OPGW光缆线路：风电场配置1套SDH制式STM一1／4光传输设备，通过新建光缆对已有220kV变电站开设155Mbit／s(1+l保护)光纤通信电路,具体设计方案如图1所示。

图1 光纤通信设计方案

从上述方案可以看出，使用光缆通信投资巨大，针对风电站点多，单机装机低的特点，这样的投入是很不经济的，如果使用4G技术作为通信手段，每个风电站只需要一个4G通信接入模块即可，成本相当低廉，犹如一个风电站放了一部手机即可。同时，风电的地方都比较开阔，4G信号没有阻挡，覆盖良好，通信质量更有保障。

3.4 4G在电力系统应急通信的研究

基于4G的电力应急通信系统是这样，应急通信指挥车是现场通信的核心，与PDA、手提电脑、单兵视频采集等终端采用4G宽带无线技术进行通信，与指挥中心通过卫星、光纤、微波链路或者4G建立连接。

在单兵视频采集方面，采用OFDM作为无线通信技术结合MIMO，在发端和收端配备多个天线，利用空间分集和复用，提高信道容量。同时由于子载波间相互正交，接收端可采用相关技术将子信道的信息分开，子信道之间的相互干扰很小。OFDM的抗频率选择性衰落和抗多径效应等性能优异， 能在恶劣的地理环境中提供高质量的通信。单兵视频采集终端能够向应急通信指挥车回传清晰的现场视频和图像数据，PDA、宽带手机等终端也能够进行高速的数据上传/下载和通信，因此，4G技术将是完整可用的电力应急通信解决方案。

4 4G技术在电力系统应用的经济性分析

4.1 投资规模

以广东佛山为例，建设覆盖佛山地理范围的4G无线专网，大约需要20个基站，每个基站按50万投资估算，大约1000万即可实现佛山范围的4G无线专网覆盖。

4.2 4G网络与传统通信方式的经济性分析

同样以覆盖佛山为例，覆盖配网的几万个电房，每个电房的光缆和设备投资按10万估计，单这一项，就要数十亿！采用电力线载波、微波等通信方式，投资规模也在数亿元的数量级，这样投资规模是不可接受的。

5 总结

通过上述的分析可以看出，布局移动4G网络无论是从经济性，还是从数据传输的带宽及实时性等各个方面其都具备不可比拟的优势。因此，4G技术将会在电力系统得到广泛的应用。

[1] 冯志永.4G通信网络的结构与关键技术研究[D].烟台职业学院学报.2013-09

[2] 沈劲松.4G通信技术在电力系统的应用展望[J].中国高新技术企业.2013-12

[3] 李欣.4G通信技术的研究与应用[J].产业与科技论坛.2014-02

[4] 董雪源.基于互联网技术的电力系统广域保护通信系统研究[D].西南交通大学.2012-07

熊刚，男，1978-，籍贯重庆市，高级工程师，目前从事电力通信专业技术研究及管理

4G technology in the application research of power system

Xiong Gang
(Guangdong power grid co., LTD foshan power supply bureau,Foshan,528000)

The 4G technology as the mainstream of the next generation of mobile communication,will bring significant impact on power system,better meet the needs of power system for communication,improve the level of electric power system running and maintenance.To this,this article embarks from the current 4G technology mainstream technology,on the 4G technology and its application in power system analysis and contrast,which provide flexibility for the future power grid intelligent,reliable,high-quality communication support lay the foundation.

the td-scdma LTE;Power system;The future trend