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一、基于LTE230無線專網(wǎng)用電信息采集通信方式改造的研究

1.1采集系統(tǒng)業(yè)務(wù)簡(jiǎn)介居民用戶用電信息采集以小區(qū)樓道、柱上變或小區(qū)箱變（公變）為單位，完成單個(gè)樓道或箱變負(fù)荷范圍內(nèi)全部居民用戶、關(guān)口計(jì)量點(diǎn)的用電信息采集。安裝于樓道的采集器、農(nóng)村柱上變或小區(qū)箱變處的集中器即為一個(gè)遠(yuǎn)程通信節(jié)點(diǎn)。用電信息采集系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:主站、通信信道、集中器、低壓電力線網(wǎng)絡(luò)、專變終端、電能表。采集系統(tǒng)主要工作原理:以低壓居民集抄GPRS通信方式為例，居民用戶的用電數(shù)據(jù)信息由電能表采集，通過電力載波將用電信息傳輸給集中器。用電信息數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)議封裝后發(fā)送到中國移動(dòng)（或中國聯(lián)通）的GPRS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至主站，實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)和主站的實(shí)時(shí)在線連接。同時(shí)，集中器還可將主站發(fā)送的遙控指令傳給電能表控制模塊，對(duì)電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求等各種操作。用電信息采集系統(tǒng)中集中器等采集終端的主要通信方式有光纖專網(wǎng)通信、GPRS無線公網(wǎng)通信、230MHz無線專網(wǎng)通信、電力線載波通信、RS-485通信方式等。

1.2主要研究?jī)?nèi)容通信方式的改造目標(biāo)是各個(gè)集中器或?qū)Ｗ兘K端通過LTE230上行通信模塊（UE）將本地采集業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿采w區(qū)域基站設(shè)備，基站通過光纖、微波等方式將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)回傳核心網(wǎng)，核心網(wǎng)將各個(gè)基站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯總通過網(wǎng)絡(luò)接口回傳給用電信息采集主站系統(tǒng)，完成主站系統(tǒng)通過LTE230系統(tǒng)對(duì)各個(gè)居民用戶、專變用戶等用電信息數(shù)據(jù)的采集工作。目前張家口用電信息采集業(yè)務(wù)使用了大量GPRS通信模塊。LTE230無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)在張家口的推廣應(yīng)用，首先要開發(fā)出符合采集終端通信接口的LTE230通信模塊，要求采用與GPRS通信模塊完全一致的技術(shù)規(guī)范和型式規(guī)范，這樣做后無需對(duì)采集終端進(jìn)行升級(jí)改造，就可以直接進(jìn)行模塊替換，降低費(fèi)用。下面以I型集中器通信模塊為例，簡(jiǎn)述LTE230通信模塊開發(fā)的關(guān)鍵要點(diǎn)。

1.3LTE230通信模塊開發(fā)設(shè)計(jì)

1.3.1底層通信原理考慮到電力系統(tǒng)中大量的終端對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延要求較高，尤其是專變終端的時(shí)延要求更為嚴(yán)格，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以有效降低時(shí)延。因此，LTE230無線寬帶系統(tǒng)采用扁平化的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，組網(wǎng)靈活，能夠適用現(xiàn)有業(yè)務(wù)的開展，而且方便將來新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展應(yīng)用，如下圖1所示。集中器和無線模塊的底層通過AT命令構(gòu)成通信通道，而無線通信模塊，與無線接入設(shè)備及主站的底層是基于成熟的LTE的底層信令架構(gòu)，并針對(duì)行業(yè)業(yè)務(wù)特征進(jìn)行優(yōu)化而成。IP層是在成熟穩(wěn)定的底層之上，屏蔽了物理層的細(xì)節(jié)，使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層可以自如設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。集中器的IP地址都由LTE230系統(tǒng)的核心網(wǎng)管理和維護(hù)，集中器連接的無線通信模塊正常完成底層接入后，核心網(wǎng)分配IP地址給集中器，核心網(wǎng)一并維護(hù)IP地址和集中器的對(duì)應(yīng)列表。

1.3.2LTE230通信芯片選型目前市面上的LTE230通信芯片很少，只有中國普天信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司的一款芯片，該芯片設(shè)計(jì)時(shí)考慮了在用電信息采集系統(tǒng)中需要的功能，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了成本，因此在電力行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

1.3.3LTE230通信模塊的TCP軟件流程用電信息采集系統(tǒng)中集中器或?qū)Ｗ兘K端通過AT指令與LTE230模塊進(jìn)行命令控制以及數(shù)據(jù)通信；通過LTE230模塊將數(shù)據(jù)傳送至主站，實(shí)現(xiàn)與主站的實(shí)時(shí)在線連接；同時(shí)，集中器或?qū)Ｗ兘K端還可接收主站發(fā)送的遙控指令進(jìn)行請(qǐng)求操作。

1.3.4LTE230通信模塊設(shè)計(jì)開發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)（1）集中器LTE230通信模塊硬件設(shè)計(jì)需要符合國家電網(wǎng)公司的電力用戶用電信息采集系統(tǒng)集中器型式規(guī)范的要求。軟件設(shè)計(jì)必須符合國家電網(wǎng)公司2013年的最新版電力用戶用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中的《通信單元技術(shù)規(guī)范》和《遠(yuǎn)程通信模塊接口協(xié)議》，同時(shí)須兼容2009年版本的終端。（2）由于各廠家的集中器上行通信模塊與主站的交互信息文本沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了避免涉及到與多個(gè)廠家開發(fā)接口，影響通信模塊的兼容性，建議通信模塊在網(wǎng)絡(luò)連接后開啟透明通道，建立透明數(shù)據(jù)傳輸，避免通信模塊對(duì)交互信息的解析。圖2是LTE230模塊建立連接流程圖。

二、應(yīng)用效果

按照上述開發(fā)思路研制出了I型集中器LTE230通信模塊，經(jīng)試運(yùn)行后，在LTE230無線信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了安裝，集中器采集數(shù)據(jù)通過LTE230無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)及光纖網(wǎng)絡(luò)，上傳至統(tǒng)一的采集主站系統(tǒng)，通信系統(tǒng)自建成后一直運(yùn)行穩(wěn)定，采集成功率達(dá)100%，時(shí)延小于2s，滿足了電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)穩(wěn)定性和可靠性要求。

三、結(jié)語

LTE230MHz無線寬帶通信技術(shù)采用223～235MHz電力負(fù)荷管理專用無線通信頻段，電力行業(yè)擁有40個(gè)授權(quán)頻點(diǎn)，不需要向無線電管委會(huì)申請(qǐng)頻點(diǎn)，并且作為低頻頻段具有覆蓋范圍遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)。因此，LTE230MHz比其他無線通信技術(shù)更適用于用電信息采集通信。系統(tǒng)建設(shè)后的首要任務(wù)是開發(fā)出符合國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，兼容性強(qiáng)的遠(yuǎn)程通信模塊，以替換現(xiàn)有的通信方式的通信模塊，才能實(shí)現(xiàn)用電信息采集業(yè)務(wù)從無線公網(wǎng)到LTE230MHz無線寬帶專網(wǎng)的逐步轉(zhuǎn)移，擺脫對(duì)無線公網(wǎng)的依賴性。張家口地區(qū)進(jìn)行的LTE230MHz無線寬帶專網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用效果表明，無線寬帶網(wǎng)絡(luò)完全滿足用電信息采集對(duì)通道的要求，可為先進(jìn)的無線通信技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)揮良好的示范作用。

作者：齊火箭徐海賓張庚單位：國網(wǎng)張家口供電公司