4G技术在电力系统的应用探究

2014.24测试工具与解决方案934G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）摘要：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。关键词：TD-LTE；电力系统；未来趋势4GtechnologyintheapplicationresearchofpowersystemXiongGang(Guangdongpowergridco.,LTDfoshanpowersupplybureau,Foshan,528000)Abstract：The4Gtechnologyasthemainstreamofthenextgenerationofmobilecommunication,willbringsignificantimpactonpowersystem,bettermeettheneedsofpowersystemforcommunication,improvethelevelofelectricpowersystemrunningandmaintenance.Tothis,thisarticleembarksfromthecurrent4Gtechnologymainstreamtechnology,onthe4Gtechnologyanditsapplicationinpowersystemanalysisandcontrast,whichprovideflexibilityforthefuturepowergridintelligent,reliable,high-qualitycommunicationsupportlaythefoundation.Keywords：thetd-scdmaLTE;Powersystem;Thefuturetrend14G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FDD-LTE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。24G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？2.14G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2.24G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23G网络与4G网络技术对比2014.24测试工具与解决方案94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。34G在电力系统的应用3.14G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。3.24G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。3.34G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。3.44G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。44G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。（下转89页）2014.24测试工具与解决方案89面。检测1和检测2旁边的直线振动器上安装了一个缺料感应器，当这个感应器感应到缺料时，所对应的检测器会停止工作，直到有料检测器才会自动继续工作。另外，当检测器连续抛料次数达到3次时，所对应的检测器也会停止工作。检测器极性识别功能电路设计如下：图1.5极性辨别电路图4特定异型元件自动传送装置设计总结该项目设计开发出完全有自己知识产权的装备，打破国外垄断，制约，提高国产产品的市场竞争力，帮助客户提升了电子产品生产制造水平，使用该项目产品能够有效地改善现有电子产品制造水平，应用此类装备，能够有效提高产品的合格率，保证产品质量，为企业枪占市场奠定设备基础。全自动异型元件插装设备设计成功后可替代15--20个人的劳动，由于自主开发生产，设备的投资回报可以在12--18个月内实现，对类似的异型插装设备的回报标准是3-5年。而且此设备是全自动送板、检测方法，具有提升产品品质，提高产品直通率。易损少，维修保养费用相当低，非常适合中国的中小型电子生产企业。通过对项目的研发，能够提升我国异型元件插装设备的关键技术上掌握自主知识产权，同时也有利于提高国内此类产品的市场竞争。带动机械配件加工制造、直线运动产品、伺服器产品、气动产品等配套行业的技术进步，促进行业的发展。参考文献[1]付文华.LED插件若干技术的研发[D].合肥工业大学,2012.[2]秦大同,谢里阳.现代机械设计手册[M].化学工业出版社,2011.[3]文怀兴，马小琴.LED显示屏生产专用阵列式高速插件机设计[J].机械设计与制造.2009(1):38-43.[4]关积珍.对LED显示屏发展的回顾与展望[J].现代显示.2005(6):7-16.[5]孙四通.自动插件机控制系统的研究[D].青岛科技大学,2011.[6]付文华,陶晓杰.LED自动传送装置的研究与设计[J].现代显示.2011(135):13-18.[7]文怀兴，马小琴．LED生产线阵列式插件机数字样机的设计[J]．机械设计及制造，2009(1)：40—42．[8]阵列式插件机开发可行性调研报告[R]．企业内部调研资料，2007．[9]东莞新泽谷机械有限公司插件机相关内部技术资料，2013.[10]闻邦椿．机械设计手册[M]．机械工业出版社，20lO．作者简介曹志宏（1960.3），男，汉族，苏州高等职业技术学校校长、党委书记、副教授，毕业于东南大学无线电专业，本科，现主要研究职业教育管理和电子专业教学方向。主编、主审论著、教材近10余本，省级以上发表论文10余篇，主持承担国家级、省级科研课题10余项。（上接94页）4.24G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。参考文献[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作者简介熊刚，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