城市配电信息宽带无线接入系统研究

计划新装低压集中器830个，用电现场约13 600个，10kV联络开关108台。

目前配电终端接入方式采用GPRS无线公网接入，其中2010年新购的设备，在接口模块方面可以选用GPRS模块或者以太网模块，部分设备同时拥有2种接口。

2 无线公网存在问题

不断上升的高昂通讯成本：2009年，配网设备终端4 860台，年通信费为60万元。2011年，配网设备终端计划增至19 290台，按单个终端年通信费120元计算，通信费预计将达到240万元。运行成本逐年增高，成本高昂。若采用3G方式，单个终端包年约为800元，通讯费用还将增加。

网络性能不高：一是GPRS信号不稳定，数据传输时延长、数据容易丢失；二是GPRS实际数据传输速率在30kbps左右，仅能满足窄带需求，扩展功能有限，不利于在网络上实现更多功能如视频传输、移动办公等，数据传输速度慢。

安全性能较差：GPRS是公众无线网络，无法克服内外网隔离带来的系统整合困难。

3 接入层典型方案的技术比较

国网公司的规定：按照《导则》规定，接入层通信网可采用光纤网、无线专网、电力载波和无线公网。因为国内载波抄表技术正处于发展过程当中，其组网技术已经由第二代的静态组网向第三代的动态组网发展，目前仅限于窄带数据应用，因此不予重点考虑，见图1。

3.1 三种方案的技术比较

光纤接入方案：SCADA实时数据通信、远动、保护、电视会议、图像监控信号传输、视频会议、调度电话、行政电话语音、IP、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。优点：从技术角度上说光纤方式是最优的选择。缺点：部署安装复杂，建设成本高；建设周期长、维护工作量大；不能灵活组网。

无线公网接入方案：GPRS分组无线移动数据通信提供移动环境下的高速无线IP，可实现电力数据采集交互等。优点：投资成本低，建设周期短。缺宽带无线专网：提供数据业务、VOIP语音业务、视频业务等。优点：组网灵活易接入，性价比最佳。缺点：频点资源稀缺。

3.2 技术分析结果对比（见表1）

电力系统配用电侧信息采集点种类多、数量多、单点传输数据率不高，有些采集点处于地下，网络改造较多、变动频繁，与之相配套的通信网络必须是网络覆盖范围广、组网灵活、接入方便、传输可靠、网络管理配置方便、维护简单、扩展性、生存性很强的网络。

光纤方式（PON无源光网络）传输可靠，实时性、安全性好。但是光纤到配电台区及各个配用电信息采集点需要敷设大量的光缆，施工难度较大，加之城市光缆的管道及物业协调成本日益增加，导致使用光纤网络进行多点、短数据信息传输一次性成本及传输维护成本太高。

无线公网GPRS/CDMA/3G不能够为电网配电系统通信传输提供大带宽的专用数据通信网络，不能够保证专网业务的QoS（服务质量），仅适用于无控制要求的配电终端基本数据信息采集，其中3G可以实现设备终端远程视频监控，但对于配电自动化、调控一体化以及智能电网的功能支持仍十分有限，功能扩展不便。

无线专网（WIMAX全球微波互联接入）更适合企业的互动智能网建设，方便管理和配置，组网灵活；安全性能较高，支持内外网物理隔离；在功能扩展方面具有无线公网不可比拟的优势。

结论：无线宽带专网（WIMAX）综合性价比最高。

4 WIMAX技术简介

WIMAX是一个全IP的网络，具有按需分配带宽的能力，合理分配带宽资源。WIMAX作为无线宽带领域的重要技术，凭借更低的成本、更大的带宽、更灵活的部署等一系列优点成为了众多新兴宽带市场和发达国家发展无线宽带的首选技术。国内早有WIMAX技术应用案例，2008年奥运会帆船赛事中，我国奥运组委会成功利用部署的WIMAX网络进行报障及应急处置，见图3。

WIMAX是开放的技术：IOT（Interoperability Test，互操作测试）是多厂商运营环境形成的技术基础。各设备制造商要通过IOT测试来验证不同厂家的无线接入网与核心网的互联互通，保证WIMAX技术体系开放。

WIMAX是先进的技术：它是准4G技术，WIMAX 16e可以通过软件升级、替换模块平滑演进到16m或者是LTE。它采用了12种先进的关键技术：OFDM、Scalable OFDMA、Spectrally-Efficient TDD、Frequency-Selective Scheduling、Fractional Frequency Reuse、Fine Quality of Service （QoS）、MAC Security、HARQ、AMC、MIMO、AAS、Flat network architecture。

全球各大厂商共同的选择：目前全球一些电力服务公司如San Diego Gas&Electric（圣地亚哥电气）、Southern California Edison（南加利福尼亚爱迪生）等已经表示，将采用WiMAX技术来发展智能电网。英特尔、通用电气（GE）等厂商也认为，就未来技术发展与应用服务需求来看，相对成熟的WIMAX技术将可作为连接智能电网中各个终端装置的主要网络技术。

WIMAX同现有3G技术相比，在下行上行的速率、容量等关键参数上全面领先，且具备LTE所没有的较成熟的产业链，并可以通过较小的成本平滑过渡到4G，因此从工程实施的选择上来说，WIMAX是目前技术领先的最佳选择。

安全性问题：WIMAX支持先进的加密、认证和安全机制，使用终端和用户认证来确保网络接入的安全，防止服务盗取。

内外网隔离问题：利用现有城市骨干光纤网络，通过添加和改造部分光端设备和光缆，可完全满足国网公司提出的安全要求。

网络性能：在理想接入环境下，单载波5MHz频率提供下行8.28Mbps、上行2.93Mbps的接入速率，即1×3×3配置的单基站可以提供24.82Mbps、上行8.79Mbps的最大接入速率。经过精密测算测试，容量和带宽满足荆州智能电网需求。

5 荆州供电公司的尝试

通过近半年的艰辛努力，在多方通力协助下，荆州供电公司已建设了一张覆盖荆州市部分中心城区，具有示范效益的技术试验网络，可满足覆盖区内配网自动化、调控一体化、以及智能电网其他领域的试点及技术验证工作需求，见图4。

试验网功能应用：一是视频监控功能，通过自行组建专用无线宽带网络，建立配网调控一体化中心与各监控点间的无线传输链路，实现现场图像信息、运行数据的实时动态传输，为电力安全生产的提供准确及时的第一手资料，以使调度、运行人员迅速、准确的处理问题。二是无线远程抄表，能够实现远程抄表功能，进行远程数据采集、交互和控制，满足未来智能用电的需求。三是负荷控制，能够实现配电网大用户的负荷控制，实时监测用户的负荷数据，根据电网负荷情况对用户负荷进行调整控制，及时准确发送配电线管理信息，平滑负荷曲线，达到节能增效目的。四是配电自动化，能够实现对变电站配电终端设备设备的自动化管理，提高配电系统运行的可靠性，对于事故实现提前预告，提高供电质量与生产管理效率，达到经济运行的目标。五是企业信息化，能够实现移动办公，能够使用内部网络资源，如登录PMS（国家电网生产管理系统）。

6 结 语

城市配电信息宽带无线接入系统采用WIMAX技术组建电力专网具有很好的应用前景，符合国网公司建设智能电网要求。该技术国际国内标准体系完善，技术先进，组网灵活，综合性价比高，能满足电网配用电侧多种业务需求。