单位文秘网 2021-10-15 08:15:26 点击: 次
摘要:从完善配电网数据采集功能和提高营销信息化水平出发,提出建立配电数据通信网的必要性。根据配电网现场管理实际需求,对现有的各种通信技术比较分析,指出利用Mobitex技术实现配电网管理系统无线数据通信有很大的应用前景,并对具体的组网方案进行了设计和分析。
关键词:Mobitex;组网方案;配电网管理;无线数据通信
作者简介:张丁伟(1982-),男,山西太谷人,内蒙古乌海电业局市场营销处,助理工程师,华北电力大学电力工程系硕士研究生(河北 保定 071003);闪光(1977-),男,回族,河北张家口人,内蒙古乌海电业局抄表中心,助理工程师。(内蒙古 乌海 016000)
中图分类号:TM726 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)21-0108-02
随着电力需求的快速增长,未来的配电网需要应对越来越大的挑战,以满足电力市场发展需求。众多的分布式能源渗透在配电设施中,要求配电网网络拓扑灵活、可重构;为提高电网的利用系数,需要电力公司实现更具弹性的负荷需求特性,使用户可根据价格、可靠性等来进行实时交易;配电网的运行将更加复杂、难于预计,为提高供电可靠性、提高电能质量和节能降损,运行人员需要实时的辅助管理系统。[1]配电网数据通信技术作为连接配电现场设备与主站业务系统的载体,是各项业务得以实现和推广的关键部分。配电网具有分布面积广、设备数量多、运行环境差的特点,对通信网络应用的限制较多。Mobitex技术的灵活性和可靠性使其成为专用网络传输的理想解决方案,为电力数据提供了一种安全可靠的无线专网通信平台。
一、配电网通信方式选择
配电网管理系统需要通过简捷高效的数据传输网完成主站服务器同现场终端设备之间的数据采集和控制参数的传递。在实际应用中,终端设备的分布广泛,数量和地形条件都不尽相同,通信节点遍布配电网各个部分,需要根据实际情况选用适宜的通信技术,以适应配电网管理系统的要求。考虑报文可靠性、双向传输速率、开放性接口、易维护等因素,目前具备实用化的城域配网通信技术包括230M数字电台、光纤通信、GPRS/CDMA公用数据网络、Mobitex无线专用网络。
230M数字电台利用国家无线电管理委员会批复给电力系统的专用频段,曾在电力负荷控制中得到普遍应用。但其频点资源有限,组网方式单一,使得无线电台的通信效率受到影响,无法满足广泛分布的配网节点接入要求。
配网光纤通信具有中继距离长、传输容量大、光电隔离、抗电磁干扰的优点。但光纤、光端设备的一次性投入及后期维护费用高,注定光纤网络通常只能作为主干线路的通信接入点,需要一种具可靠性高的实时通信网作为辅助网络,与光纤混合组网,完成对配电线路的全覆盖。
GPRS/CDMA目前国内主要使用的移动无线公共网络,具有基于IP协议,接口访问简单,传输速率高的特点,但GPRS的高速数据传输是通过牺牲信道资源来获取的,GPRS为语音优先的网络,在话音高峰时如果没有为数据通信配置专用信道,则无法保证数据传输的可靠性和实时性。同时考虑到数据安全和跨区切换的问题,公用网络无法满足移动售电、工程车辆定位、设备遥控等配电网新业务的接入要求。
Mobitex作为一种专用数据网络,以蜂窝技术为基础,遵循MASC协议,通过分组交换来实现高效率通信,适合实时数据采集、传送各种短的、促发性监测数据和控制命令,能够很好地解决配电网系统中需要实时访问数据和进行控制、远程快速故障分析与处理的问题。
下面本文将结合Mobitex网络特点,设计运用Mobitex技术的配电通信网解决方案。
二、Mobitex网络组成
Mobitex网络通过开放接口提供分组交换数据。路由选择是通过称为MPAK(Mobitex Packet)的第三层协议实现的。所有电力用户采集终端、移动终端和FST都有自己的特定编号,称为MAN 号码。这与IP地址相似,在网络中是唯一的。Mobitex网络是一个分层网络,因此流量是在交换机分层结构中进行路由的。其基本原理是:如果基站或网络节点不知道目的地址,它将把数据包向上路由由基站交换机MSN进行处理。因为网络结构是树型结构,数据包将会首先到达一个知道目的地址的节点,然后数据包再沿着正确的网络分支向下路由到目的地址。
Mobitex网络由无线终端、基站、交换机和网管中心组成,其结构如图1所示。
无线终端通过基站相互发送、接收数据。基站(BRU3)与在其覆盖范围内的电力终端保持通信连接,并且与基站交换机MSN保持连接,以便数据在不同基站间通信。基站交换机(MSN)负责不同基站之间的路由通信。网络管理中心(NCC)监控和管理整个网络,处理所有网络运行和维护任务,包括网络配置、告警处理、用户管理和错误日志;所有基站和通信终端都可以通过管理中心进行重新配置。在Mobitex无线通信系统中,信道为公共资源,系统中的用户共享无线信道。
MPAK协议是OSI模型第三层协议,可方便地实现与TCP/IP网络的互联。Mobitex网络系统传输层对正常的数据包采用反向确认,传输重要应用或是包含敏感信息(如信用卡信息)的应用,可以采用端到端加密方法;在安全性方面,Mobitex网络的内建ESN身份验证和CUG功能,
三、Mobitex组网方案
Mobitex网络采取小区分隔,频率复用的蜂窝通信技术。蜂窝半径不宜取得太小,一般市区、郊区蜂窝半径可分别选为10km和20km,小区重迭系数选为20%。BRU3基站,采用完全集成的一体化设计,可方便地安装于室内或室外,小区覆盖半径与GSM基站相当,在城市高楼地区它的覆盖半径能达到10公里,在远郊区开阔地带则能达到20~30公里,基站的发射功率为6W。一个基站支持使用的终端数量可达2500个。基站选址方案:
1)供电局(或供电分局)的办公楼可作为一个基站安装点;
2)供电局下属的各个220kV、110kV和35kV等级变电站可作为基站的安装点;
3)市区高楼和地势较高的山丘也可作为备选的基站安装点。
在做频点规划时是要统一考虑,不但保证工程的正确实施而且以后方便网络容量的扩容和Mobitex网络覆盖延伸。Mobitex系统可以采用7小区复用方式,其,其复用方式如下:
将同频无线区间的距离D和小区半径R的比值D/R=称为同频复用比。同频复用比 D/R=,很容易看出,在小区范围一定时,N越大,同频复用距离越大,则同频干扰越容易控制。但是N越大,我们申请使用的频点会越多,相对比较困难。当然如果要达到一个要求非常苛刻的通信质量,Mobitex系统支持15频复用。不管怎样,最终我们确定复用方式的根本衡量标准是:要在90%的时间和90%的地点使同频、邻频干扰达到系统要求。
频率规划基本上决定于系统的干扰灵敏度,即系统的同频干扰抑制比C/I。在MOBITEX中,由于BRU3基站的覆盖半径是在市区为10公里,在郊区为20公里;建议的C/I值为18dB。根据频率复用模式的确定主要是以同频干扰防护门限为依据的原则,可得:
当R=10公里 N=7.31;
当R=20公里 N=5.16。
考虑到本地区终端的数量及以后系统升级的需要,我们这里决定采用N=7,也就是申请7对230MHz电力专用频点。
Mobitex网络中的无线协议称为ROSI,它是时分(slotted aloha)技术的改进版本。空中接口的物理层是GMSK的修订版本。通过分块编码、交织、选择性ARQ(自动请求重发)、维特比(Viterbi)等重要方法,实现安全可靠的无线数据传输。为了使移动终端更加省电,无线协议经过了很大改进,基站发射功率不超过6W。Mobitex 是窄带系统,使用两个带宽为12.5kHz的信道作为上行链路和下行链路。由于无线协议极其精确,保证了数据能够以8kbps 的速度可靠传输。
四、无线网络扩容方案
由于电力系统的快速发展,MOBITEX通信网络将来会面临这系统扩容的问题。因此,在组建MOBITEX通信网络时,既要解决网络覆盖问题,又要从网络规划和设备选型的角度考虑未来网络容量的演进方式,从而确定合理的网络构架和建设方向,确保网络性能和降低建设成本的长期目标,避免走弯路。系统扩容的方法:
(1)在原有的基站分布基础上增加新基站,实质是缩小蜂窝半径,增大基站分布密度;
(2)每个蜂窝使用更多的频点,实质是增加无线收发信机的数量;
(3)将一个基站分成若干个扇区,最常用的是三扇区。
五、结论
Mobitex是支持专用无线数据通信的开放网络,为无线终端与主站服务器之间提供一个安全可靠的数据通信解决方案。Mobitex 采用基站交换机MSN和无线基站路由传输数据中心和用户侧数据采集终端之间的数据包。电力企业可根据业务需求,通过无线专网开发的不同应用模块,如设备的远程维护、无线抄表,实现负荷控制,移动售电,车辆定位,移动信息查询等。通过网络规划设计,表明Mobitex技术符合配电网近期和远期通信需求,达到服务区内最大程度的时间、地点的无线覆盖,满足所要求的通信概率;在有限的带宽内通过频率复用,优化的高效分组交换协议,确保单基站最大的终端接入密度,达到所要求的服务质量。本文给出的组网方案可靠性高、实时性强,完全满足配电网可管理系统的需求,具有很好的应用和推广前景。
参考文献:
[1]余贻鑫.面向21世纪的智能配电网[J].南方电网技术研究,2006,(6):14-16.
[2]祁兵,何春红.无线配电通信城域网的实现[J].中国电力,2004,(10):80-82.
[3]爱立信移动数据有限公司.Mobitex系统指南[Z].
(责任编辑:麻剑飞)
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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