电力系统中LTE 无线集群通信技术的应用分析

作者：颜江腾

来源：《中国新通信》 2018年第22期

一、引言

现阶段，我国的无线通信技术已经开始逐渐进入4G 时代，尤其是移动互联网领域，4G

LTE 技术更是已经得到了广泛应用。虽然LTE 技术已经日趋成熟，但对于一些特殊的应用领域，比如电力无线专网，因为对无线通信的可靠性、实时性和安全性有着比较严苛的要求，所以LTE 技术在这些领域的应用水平还有待提升，迫切需要我们对其进行有针对性得优化和二次开发，以适应电网业务的通信特点。

在研究LTE 无线集群通信技术在电力系统应用的同时，需要对基于LTE 无线集群通信的专网系统进行分析，并在此基础上探究基于LTE 的电力宽带集群通信业务。本文正是基于这一出发点，对LTE 通信专网系统的组成进行了分析，然后探讨了LTE 电力宽带集群通信业务，最后就LTE 在电力通信中的应用成效进行了讨论，希望对LTE 电力无线专网系统的建设和实施能够提供参考和借鉴。

二、LTE 无线集群通信专网

现实中，很多领域都实现了对无线专网系统的建设和应用，而这其中有相当一部分采用的就是基于LTE 的解决方案，如图1 所示。基于LTE 的无线集群通信专网一般包含网元管理系统、控制台系统、核心网、通信基站和接收终端。以下将对这些组成部分进行详细讨论：第一，网元管理系统。该系统是整个无线通信专网的管控中心，其一方面负责整个无线专网的运行管理维护，比如通信基站、接收终端等等，另一方面还负责对网络的相关参数和功能进行配置，比如添加、修改和删除网络单元等等。第二，控制台系统。控制台主要负责对整个专网系统的通信业务进行控制，一般会涉及到对相关通信业务信息的转发、调度和存储等工作，并在此基础上对通信各环节进行实时监控。第三，核心网。对于无线通信专网，其必然需要借助网关等交互设备来实现通信组网的需求，而这些通信交互设备也被称为核心网。核心网对通信的建立和维持起着至关重要的作用，它也是实现无线集群通信业务功能的核心基础。第四，通信基站。通信基站主要负责对信息进行接收和转发，它主要由基带处理单元和射频拉远单位组成。最后，接收终端。接收终端是用户接入无线专网的“窗口”，根据具体的应用需求，它还可以被进一步细分为无线网卡、手持终端和数据业务终端三类。

三、LTE 电力宽带集群通信业务

现实中，部分地区的电网已经组建了基于LTE 技术的实验专网，并且在多媒体集群调度、视频监控、数据采集监控、区域巡检等业务中取得了不错的应用成效，但LTE 无线专网系统在配电自动化和线路监测领域的应用还比较初级，需要进一步进行开发研究。

3.1 多媒体调度指挥系统

目前LTE 技术在移动通信领域的应用已经非常成熟，而且具有较高的可靠性。同时，作为新一代的无线通信技术，LTE 在无线传输容量和传输速率上的优势得到不断体现，使得视频、音频等多媒体业务流都可以借助LTE 通信专网进行便捷转播，而这对于实现电力通信领域的移动巡检和应急指挥调度也具有积极效果。

构建基于LTE 技术的无线通信专网，可以让调度指挥系统实现各个移动终端设备间的多媒体业务通信，这样一方面便于调度中心对各个手持设备的现场环境进行全方位的监听，另一方面也为其业务分发工作打下了良好的基础。

3.2 视频监控系统

相较于第三代无线通信技术，LTE 技术因为采用了4G无线通信通道进行传输的缘故，使得原本难以实现实时传播的视频信息流可以得到快速传播，这样就为视频监控接入电网监控平台提供了可行的技术途径。此外，传统的电力监控专网中虽然也接入了视频监控功能，但摄像头的安装因为受到布线工作的限制，使得视频监控的适用性和灵活性大大受限。但在采用了LTE 电力专网后，因为摄像头和监控中心是通过无线专网连接，从而就使得监控布网更加灵活，甚至还可以将监控设备安装在无人机等运载装置上，这样就为电力巡检工作带来了极大的便利。

3.3 数据采集监控系统

现代化的电力系统中应用了大量的设备，这些设备的技术先进性更高，但设备的工作可靠性对电网的自动化和高效运行也影响巨大。在这种情况下，就要求我们必须对设备的工作状态加强监控。在LTE 电力专网下，可以将无线传感器灵活得布设在需要监控的场合，然后借助LTE 系统的4G 通信网络实现对各传感器监测信号的采集，这样就极大程度的提高了监控系统的使用灵活性和适用范围。

3.4 巡检机器人

在LTE 电力专网下，可以利用智能机器人配合无人机进行电力设备巡检，操作人员根据巡检的工作需求进行任务设定。然后在任务程序的驱动下，机器人对设定的巡检目标进行巡检。在巡检过程中，可以借助LTE 无线专网传回巡检信息和相应的视频数据，从而实现代替人工巡检的目的。

3.5 巡检无人机

近年来，无人机技术取得了快速的发展和进步，通过用无人机搭载相应的传感器，并借助集成的4G 终端设备，就可以将监测信号传输到监控中心，从而实现远程巡检的功能。与传统的远程巡检方式不同，现代化的无人机可以对航线进行智能规划，所以可以有效适应各种复杂多变的地形地貌情况。同时，无人机还可以实现高空悬停，这样就可以利用其搭载的高分辨率摄像机和其他传感器对检测区域进行精细化勘察，并进一步实现精确检测。

四、LTE 技术在电力无线专网中的应用效果

4.1 实现宽带专网的有效覆盖

在传统的无线通信专网下，通信系统的运行和通信质量极易受到站点位置和数量的影响，而导致这一问题的因素是多方面的，主要和宽带网建设本身所面临的复杂特点相关。但随着人们对电力运行可靠性的要求越来越高，必须对电网进行全面可靠的监测，进而导致无线专网的覆盖面也必须越来越大。同时，在智能电网的发展过程中，配电自动化的需求以及监测设备数量的逐年增多，也对专网覆盖提出了更高的要求。LTE 无线集群专网的应用为电力专网的有效和全面覆盖起到了积极的推动作用。

4.2 实现无线终端监控模块的优化

在电力通信专网系统应用的过程中，电力传输是数据传输层中的重要载体。在这种情况下，为了提升传输工作的质效，就必须对电力无线专网进行优化调整，尤其是要在终端设备和通信网络的设备环节间实现互相协调，从而避免无法传输数据的情况发生。另外，部署在监控目标附近的传感器，也必须及时将监测信息传输回主站，一旦目标设备出现运行故障，就必须及时提醒相关人员进行检修处理。通过应用LTE 无线集群通信技术，可以借助4G 信道和相应的终端模块，对电网系统的各个环节开展实时监测，而且借助本身的数据整合，还能对异常节点进行精确定位，这样就极大地提升了系统的运行管理质效。