基于eWIN技术的农村低压配用电通信网的规划与建设研究

陈兆雁，程紫运，田云飞，徐昊亮，余 泳，靳攀润，张海生，刘正英，石云松，陆 军

（1.国网甘肃省电力公司经济技术研究院，兰州 730050；2.国网郑州供电公司，郑州 450000）

基于eWIN技术的农村低压配用电通信网的规划与建设研究

陈兆雁1，程紫运1，田云飞1，徐昊亮1，余 泳1，靳攀润1，张海生1，刘正英1，石云松2，陆 军1

（1.国网甘肃省电力公司经济技术研究院，兰州 730050；2.国网郑州供电公司，郑州 450000）

针对农村配用电通信网的特点，提出了一种适合县域的eWIN无线宽带专网技术与光纤结合的配用电通信网解决方案，建立了配用电通信业务的带宽需求预测模型，并讨论了eWIN技术在1.8GHz频段的频率规划情况，最后对该通信系统进行了电测。多方面验证了该方案良好的可行性和适应性。期望本方案对于农村配用电通信网的规划和改造有参考价值。

无线专网；组网方案；预测模型；频率规划

1 引言

农村配用电网是指县（县级市）和县以下的配用电网，其特点是线路较长、负荷密度小、位置分散，覆盖面积大。作为随着配电网一次网架配置的通信网络，农村配用电通信网络具有地理覆盖范围大，单点信息量低等特点，同时存在着建设成本敏感，运行环境复杂，安全隐患多，维护困难等诸多问题。

目前，配电通信常用的专网技术包括230MHz数传电台，Wi-MAX，Mc-WiLL，TD-LTE(230MHz、1.8GHz)和eWIN宽带多媒体集群系统等。随着智能电网的发展，离散频点、窄频带的230MHz数传电台越来越无法满足电力业务迅速发展带来的带宽要求。从技术上来讲，TD-LTE，Wi-MAX，Mc-WiLL，eWIN等都是TDD模式下以OFDM技术为基础的无线宽带技术。具体采取何种技术组网尚需考虑国家政策、产业链发展、未来演进等多方面的因素。

我们以某县域配用电通信网新建工程为例对农村配用电通信网的组网规划与建设进行研究，该工程主要解决该地区配电网改造完成后配电网信息通信通道的问题，同时兼顾用电信息上传通信通道及生产调度指挥等问题的解决。该区域划入C类、E类供电区域。依据《配电自动化规划设计技术导则》[1]，C类供电区域应根据配电终端的配置方式采用光纤、无线或载波通信方式，D、E类供电区域以无线通信方式为主。本工程采用eWIN无线技术与光纤连接的混合方式进行组网。同时，研究过程中建立了配用电通信业务的带宽需求预测模型，讨论了eWIN技术的频率规划情况，最后通过了该通信系统的电测。证明了方案良好的可行性和适应性。

2 通信系统组网方案

无线宽带通信系统由核心网设备、基站设备及无线终端设备三个部分组成。根据该县电力公司的实际业务需求，通信工程新建设无线通信中心站1个，无线通信基站5个，远端通信模块140个，台式终端2套，车载台1套，手持终端10部，光纤收发器5对。无线基站至无线中心站之间采取光纤通信方式，无线宽带系统网络架构如图1所示。

图1 无线宽带系统网络架构

3 配用电业务带宽需求分析

该县域配用电通信业务的数据主要是各个数据采集对象的配电业务数据量、用电信息采集数据量及集群调度指挥信息数据量等。根据统计，老城区需要采集数据的对象为：1个35kV变电所、1个10kV开闭所、1个营业站，75台变压器、4台环网柜、6个柱上开关及部分用电信息采集集中器（数量暂按30个计算）、8部集群电话、1部车载台。新城区需要采集数据的对象为：1个10kV开闭所、1个营业站、24台变压器、6台环网柜、部分用电信息采集集中器（数量暂按10个计算）、2部集群电话。

3.1 配电业务通信速率预测

依据业务需求分析，该县配电通信网的配电业务主要包括配电自动化业务、电能质量监测业务及分布式电源控制业务等。

对于配电自动化业务，根据业内的业务预测经验，不同终端的配电自动化信息点数统计如表1所示。按照每个遥测信息量为2Byte，每个遥信信息量为1bit，每个遥控信息量为5Byte，每个电度量信息量为4Byte，且所有测量点信息量均需3秒上传，计算可得开关站数据速率约为93Byte/s；环网柜为32Byte/s；箱式变电站为23Byte/s；柱上开关为12Byte/s；柱上变压器为13Byte/s。按每条配电线路柱上开关15台，开关站2座，环网柜8座，箱式变电站30座，柱上变压器50台，按1座变电站6条出线计算，那么变电站的数据速率约为(12×15＋93×2＋32×8 ＋23×30＋13×50)×6×8=94.176kb/s。考虑规约附加15%字节，带宽留50%冗余，综合各因素得出配电自动化业务每个变电站的数据速率约为163kb/s。

表1 不同终端的配电自动化信息点数统计

对于电能质量监测业务，按每个变电站有6条出线，每条线路采集三相电压、三相电流6个信息，每个数据2个字节，每次扰动数据在10s内上送到电能质量分析主站，按10kHz的采样频率，记录2秒的扰动数据，则每个变电站上联带宽为6×2× 10000×2×6/10=14.4kb/s。

对于分布式电源控制业务，按每个变电站有6条出线，每条出线接入1个分布式电源接入点，每点上送32点遥测信息，16点遥信信息，4点电度量信息，且所有信息1s上送到主站进行计算，那么对于分布式电源控制业务每个变电站的数据速率约为4kb/s。

根据以上预测模型，变压器、环网柜、柱上开关等的数据速率预测均已包含在模型当中，同时将变电所、开闭所、营业站同等看待，那么估算可得老城区数据速率约为546kb/s，新城区约为364kb/s。

3.2 用电信息采集通信速率预测按老城区30个集中器，新城区10个集中器考虑，每个集中器按数据速率215kb/s考虑，那么老城区的用电信息采集通信速率为6450kb/s，新城区为2150kb/s。

3.3 集群调度指挥通信速率预测

车载台信息的通信速率约为700kb/s，集群手机约为100kb/s。

3.4 系统总通信速率预测

该县总的配用电通信速率为配电、用电及生产指挥系统数据通信速率之和，则系统总通信速率预测如表2所示。

表2 系统总通信速率预测表

4 无线宽带系统频率规划研究

频率规划的主要目的是使无线网络的所有设备能在合适的频率正常工作，相互间的干扰减到最小，不致因为频率干扰而降低网络容量和工作效率。eWIN无线宽带通信系统工作于1.8G频段，信道带宽为5MHz，工作频率范围为1785-1805MHz，可分为四个频点：1785-1790MHz，1790-1795MHz，1795-1800MHz，1800-1805MHz。无线宽带通信系统的上下行容量与系统可用频点数量直接相关。本方案对单频点、双频点和三频点组网方式的网络容量进行研究，具体采用何种方式视申请到的频点数量决定。

在该县城共建立5套基站实现对老城区和新城区的全覆盖。上述信息量统计除生产指挥和应急通信外均为上行数据。当采用三个频点组网时，假设单基站上行带宽为8000kb/s，那么该县5个基站的上行总带宽为40000kb/s。当采用单频点组网时，则单基站上行带宽为2667kb/s，那么该县5个基站的上行总带宽约为13334kb/s。

根据预测结果，老城区及新城区总上行速率为11910kb/s。那么，三频点组网时网络容量有较大裕度。单频点组网时，县域基站上行总带宽和老城区上行带宽可满足目前需要，而新城区单基站上行带宽2667kb/s小于预测的上行通信速率3414kb/s。在下述情况下新城区单基站上行容量可满足要求：车载台不在新城区；集中器数较少时；适当降低用电数据上报速率；省无委会批准2个或3个频点同时应用时。

5 无线宽带通信系统电测

本次测试分为老城区新城区两个区域。在信号强度测试中，现场对新老城区共计73个指定测试点的信号强度进行了抽样测试，占所有台变、箱变总量的72%。测试点信号强度全部高于-75dBm，测试结果可满足1.8G无线信号覆盖设计要求和性能要求。

在无线电干扰测试中，新城区测试站点在1785-1805MHz频率范围内频率资源比较干净，测试时没有干扰源；老城区测试点存在1805.4MHz附近的带外干扰信号，信号强度为-55dBm左右。因此频率申请时建议采用1785-1800MHz频率范围。

现场无线电测试数据结果表明，该方案满足各类配用电通信业务的需求。

6 结束语

本文提出了一种适合县域的无线宽带与光纤结合的配用电通信网解决方案，并建立了配用电通信业务带宽需求的预测模型，根据频率规划与网络容量以及实际的电测数据，证明了方案的良好可行性与适应性。本方案为该县供电公司配电网的调度运行、故障抢修、生产指挥、设备检修等业务的精益化管理提供了必要的通信传输手段，对于农村配电通信网的规划和改造也有一定的参考价值。

[1] Q/GDW 11184-2014，配电自动化规划设计技术导则[S]

Research on the Planning and Construction of Rural Low Voltage Distribution Communication Network Based on eWIN Technology

Chen Zhaoyan1, Cheng Ziyun1, Tian Yunfei1, Xu Haoliang1, Yu Yong1, Jin Panrun1, Zhang Haisheng1, Liu Zhengying1, Shi Yunsong2, Lu Jun1
(1.Gansu Electric Power Economy & Technology Research Institute, Lanzhou, 730050; 2.State Grid Zhengzhou Power Supply Company, Zhengzhou, 450000)

According to the characteristics of rural distribution communication network, a solution of the eWIN wireless broadband private network combined with optical fiber which is suitable for the country range is proposed, a prediction model of bandwidth demand for distribution communication service is established and the frequency planning of eWIN is discussed, finally, the communication system is tested by electrical measurement. The scheme has good feasibility and adaptability. It is expected that this scheme has reference value for the planning and reconstruction of rural distribution communication network.

wireless private network; network scheme; prediction model; frequency planning

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.05.005

TM73, TN92

A文章编码：1672-7274（2017）05-0015-03