无线专网在县域低压配电通信网中的应用探讨

赵敏， 马军伟， 雒宏礼, 吴海珍

(1.国网山西省电力公司信息通信分公司，山西 太原　030001；2.亿江(北京)科技发展有限公司，北京　100176)



无线专网在县域低压配电通信网中的应用探讨

赵敏1， 马军伟1， 雒宏礼2, 吴海珍2

(1.国网山西省电力公司信息通信分公司，山西 太原030001；2.亿江(北京)科技发展有限公司，北京100176)

县域低压配电网通信是国网公司坚强智能电网规划建设的重要组成部分，主要实现电能质量监测、视频监控、语音服务等业务。项目利用高可靠，高带宽的5.8 G无线通信专网方式，灵活地采用点到点、点到多点的网络拓扑实现县域中低压配电通信网的无线专网应用。

无线专网； 县域网络；配电通信网 ；可靠性；点到点；点到多点

0　引　言

县域电力通信网主要面向县级农村电网的通信网络，包括国家电网公司“十二五”规划中电力通信网四级网络中的县域部分、10 kV通信接入网和 0.4 kV 通信接入网部分，在地域上分为县城电力通信网和乡村电力通信网[1]。农村电网因存在以下方面的特点：分布广、负荷分散以及线路供电半径较长；农村电网点多面广，农网末端分布的地形、地貌相对复杂，电网运行环境相对恶劣；农网采用架空线居多，在山区、丘陵地带进行农网建设与运行维护存在较大困难[2]。

1　现有通信网技术分析

光纤方式在很多方面具有优势，但因为农网分布广、负荷分散以及线路供电半径较长的特点，在现有线路铺设其他光缆会付出极高的成本代价；用户分散对带宽要求相对较小，铺设光纤也造成极大的资源浪费。运营商无线公网和租用服务商通道建立VPN网络后期费用大，尤其大带宽需求下流量费用急剧增加。在县域低压配电通信网建设中，需要结合农村电网点多面广，农网末端分布的地形、地貌相对复杂，施工环境各不相同的特点综合考虑。可看到其中存在以下问题：输入缺：农村基础建设薄弱，光纤和铜缆资源匮乏；受地理环境及距离限制，传输建设周期长，短期内无法根本性改善；接入贵：农村地广人稀，有线铺设成本高，用户分散，有线建网单用户成本高，农村通信价格敏感，当前农村运营商的3 G价格也很高；运维难：农村受管理条件限制，铜缆光纤容易被盗，线路故障排查复杂，有线资源运维困难，人均维护成本高。鉴于以上县域配电通信网存在的问题，可以看到，如采用光纤通信的方式，造价成本高、资源使用率低；如采用无线公网方式，信号覆盖和带宽也不能满足业务要求。在本次项目中，采用超距无线光网系统方案具有维护量少、开通速度快、成本低等显著优势；具有带宽高、一次成本投入、安全专有的网络等显著优势。该产品具有以下特点：采用高可靠，高带宽5.8 G无线通信专网的方式。灵活组网：支持无线各种拓扑的组网，可以支持点到点，点到多点，及其组合的应用方案。即装即用：无线系统开通快，部署简单快捷，无线专网是企业部署的专用系统，不会产生边远地区覆盖的盲点问题。技术领先：环境适应性好、通信距离远、传输速率高、覆盖能力强。基于先进的调制方式(256QAM，1024OFDM)，不仅具有远距离(50 km)、高传输速率(50 Mbit/s)和穿越障碍物的非视距传输能力，覆盖半径从几十米到几十公里或者几百公里[3]。

县域中低压配电无线通信网系统组网采用无线光网解决方案，在110 kV/35 kV变电站部署点对点无线设备，变电站10 kV出线线路上的开闭所、环网柜、柱上开关节点部署点对点或点对多点无线设备，在10 kV变压器节点、0.4 kV变压器节点部署点对点无线设备，形成一个覆盖县域中低压配电网的无线专有网络。

2　项目方案设计

2.1监测点现状

图1　用户节点示意图

本次研究针对的是县域中低压配电通信网信息的采集及通信，为了使本次项目更好的对无线专网在县域中低压配电通信网的应用效果进行评估，我们依照要求选取山西省内一处镇级供电所及其所管辖的11个用户用电信息采集节点，这是一个用户节点处于供电所周边范围内，属于典型的农村中低压配电网络环境，能够为下一步整体网络建设积累丰富的经验。本项目采用无线专网方式实现东大供电所至西大村、北大村、东大村、北石里头村、南石里头村、祥峪乡、降南村、上草村、下草村、大堰口村、叶家寨村共11个用户节点的接入通信[4]。项目各个节点位置如图1所示。

2.2项目设计

为保证无线专网视频信号稳定性及项目的可实施性，采用点到点、点到多点拓扑方式实现本次项目。本次项目中共有用户节点11个，可以看到它们基本分散在供电所的四面八方，如果仅用一个点到多点的设备很难实现全覆盖。

2.2.1西大村、北大村、东大村用户节点的信号覆盖

观察用户节点相对于供电所的位置可以看出西大村、北大村、东大村这三个村子的相对夹角小于60度，符合点到多点无线专网设备的最佳覆盖范围。

图2　西大村、北大村、东大村覆盖范围

由地理图(图2)可以看到北大村距离变电站的最远，经过地理位置的现场勘查，可采用计算机仿真系统对线路进行仿真，

经过仿真东大供电所至北大村用户节点无线电波衰落总值为109.94 dB，采用无线专网点到多点设备发射功率为23 dBm，AN500无源天线增益17 dBi，接收灵敏度为-83 dBm，因此系统总增益=发射功率+发射天线增益+接受天线增益-接受灵敏度=123 dB(单侧采用AN500无源天线)。系统增益大于此条链路的衰落总值。因此东大供电所至北大村用户节点的链路可以连通，经过仿真测试东大供电所至西大村、东大村的链路也均可以测试通过。根据无线专网设备的最佳覆盖角度为60度，因此对该位置东大供电所无线专网点到多点设备安装角度进行计算[5]。如图3所示。

图3　设备安装角度

如图3所示东大供电所点到多点设备安装角度为2.96度。

2.2.2北石里头村、南市里头村、祥峪乡用户节点的信号覆盖

图4　信号覆盖范围

根据无线专网设备的最佳覆盖角度为60度，经过实地勘察及计算，北石里头村、南石里头村、祥峪乡三个用户节点正好处于60度以内的覆盖范围内。覆盖范围如图4所示。

根据地理信息可以看出，祥峪乡用户节点距离东大供电所位置最远，且处于山地，需要进行仿真实验，

根据仿真结果，东大供电所至祥峪乡用户节点无线电波衰落总值为114.21 dB，系统支持最小吞吐率可达到282.24 Mbps，链路连通率为100%，符合本项目的要求，经过测试该条链路可以连通。根据无线专网设备的最佳覆盖角度为60度，因此对该位置东大供电所无线专网点到多点设备安装角度进行计算。如图5所示。

图5　设备安装角度

如图5所示东大供电所点到多点设备安装角度为107.09度。

2.2.3上草村、下草村、大堰口村、叶家寨村用户节点的信号覆盖

根据无线专网设备的最佳覆盖角度为60度，经过实地勘察及计算，上曹村、下草村、大堰口村、叶家寨村四个用户节点正好处于60度以内的覆盖范围内。覆盖范围如图6所示。

图6　信号覆盖范围

根据地理信息可以看出，叶家寨村用户节点距离东大供电所位置最远，且处于山地，需要进行仿真实验。根据仿真结果，东大供电所至叶家寨村用户节点无线电波衰落总值为115.76 dB。

根据仿真结果，系统支持最小吞吐率可达到276.36 Mbps，链路连通率为100%，符合本项目的要求，经过测试该条链路可以连通。经过仿真实验该区域内的上草村、下草村、大堰口村链路均可连通，且符合项目要求。根据无线专网设备的最佳覆盖角度为60度，因此对该位置东大供电所无线专网点到多点设备安装角度进行计算。如图7所示。

图7　设备安装角度

如图7所示东大供电所点到多点设备安装角度为259.92度。

2.2.4降南村用户节点的信号覆盖

从本次项目的整个地理地形图中可以看出，无线专网设备的很难覆盖降南村用户节点，因此在此处的用户节点经研究讨论决定采用无线专网点对点设备。直接将降南村用户节点与东大供电所相连接。地理地形图如图8所示。

图8　降南村地理地形图

可采用计算机仿真软件对此次点多点链路进行仿真。根据仿真结果，东大供电所至叶家寨村用户节点无线电波衰落总值为113.63 dB，系统总增益为140 dB。系统增益大于此条链路的衰落总值。因此东大供电所至降南村用户节点的链路可以连通。经过现场勘查及计算，得出该点设备安装角度为165.31度。

3　最终实施方案

所以根据对各监测杆塔节点的分析，最终的实施方案为：本项目采取点到点、点到多点两种设备组成复杂拓扑结构。在东大供电所安装2.96度点到多点设备对西大村、北大村、东大村这三个用户节点进行覆盖。在东大供电所安装107.09度点到多点设备对北石里头村、南石里头村、祥峪乡三个用户节点进行覆盖。在东大供电所安装259.92度点到多点设备对上曹村、下草村、大堰口村、叶家寨村四个用户节点进行覆盖。在东大供电所安装165.31度点到点设备对降南村用户节点网络连通[6]。系统拓扑图9所示。

图9　系统最终应用拓扑示意图

4　结束语

本项目采用大容量5.8 G无线专网实现县域低压配电通信网的实际应用，完美解决了农村电网配电通信网中距离远、部署难、运维贵的难题，实现了农村电网配电自动化，实现了电能质量监测、视频监控、语音服务等业务。

[1] 徐艺，李武杭，侯雅林. 无源光网络技术在配网自动化中的应用[J]. 电网技术，2008，32(8)：95-96.

[2] 李文伟，邱利斌. 配电自动化及通信系统的规划建设[J].电力系统通信，2009，33(2)：5-7.

[3] 李祥珍, 何清素, 孙寄生. 智能配电网通信组网技术研究与应用[J]. 中国电力, 2011,56(12): 78-81.

[4] 樊剑辉.智能化配电网管理系统通信模式研究[J]. 电力系统通信, 2009, 30(11): 20-25.

[5] 张敏.利用BBU+RRU 技术实现对别墅小区的无线覆盖[J]. 湖南师范大学自然科学学报, 2010, 33(3): 42- 45.

[6] 刘丽榕,王玉东，肖智宏，等.输电线路在线监测系统通信传输方式研究[J].电力系统通信,2011,35(14):20-24.

A Research on the Application of Wireless Private Network in the County Low-voltage Distribution Communication Network

ZHAO Min1, MA Jun-wei1, LUO Hong-li2, WU Hai-zhen2

(1. Information Communication Branch of State Grid Shanxi Electric Power Co., Taiyuan Shanxi 030001, China;2. Yeejoin (Beijing) Science & Technology Development Co., Ltd., Beijing 100176, China)

As an important part of strong smart grid planning and construction of the state grid company, the county low-voltage distribution communication network has the main functions of power quality monitoring, video surveillance and voice service. By means of the 5.8G wireless communication private network of high reliability and big bandwidth, this project makes a flexible use of point-to-point and point-to-multipoint network topology to realize application of the county low and middle-voltage distribution communication network as a wireless private network.

wireless private network; county network; distribution communication network; reliability; point to point; point to multipoint

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.01.008

TN791

A

1000-3886(2016)01-0023-03

赵敏(1983-)，女，山西人，硕士，工程师，研究方向为信息安全。马军伟(1964-)，男，山西人，博士，工程师，研究方向为自动化。雒宏礼(1975-)，男，陕西人，硕士，技术总工，主要从事无线、光纤通信、电力设备的研发工作。吴海珍(1989-)，女，陕西人，本科，工程师，主要从事无线、光纤通信、电力设备的研发工作。

定稿日期: 2015-03-27