1前言

隨著智能電網的發展，迫切需要建設一個技術體制先進、滿足配電網智能化要求的通信平臺［1、2］;智能配網的通信系統不僅應為分布廣、數量多的配電終端提供可靠的通信保障，同時，也應具備部署靈活、快速恢復等特點，為智能配網構筑可靠的支撐系統。

2智能配電網的通信需求與現狀

2.1智能配網的通信需求

2.1.1常規通信需求

在智能配電網中，通信系統主要用于智能配電裝置與各智能應用系統之間的信息傳輸，包括用電量信息、裝置狀態信息以及各類控制信息。特別是在面向未來的分布式能源網絡中，通信系統作為一個關鍵的環節應滿足以下需求:首先，大量的控制信息和監測信息具有較強的時效性，因此通信系統必須支持實時傳輸［3］;第二，隨著智能電網乃至物聯網的發展，將會涌現出各類新型的業務，配網通信系統應滿足不同業務的QoS需求;另外，未來物聯網將會涌現出更多設備與設備之間信息互通、互操作的應用場景，面對眾多的智能終端和更多的新興業務，配電網的通信系統必須支持多用戶接入和寬帶傳輸。此外，由于電能系統的狀態信息必須實現保密性，通信網絡必須為所承載的業務提供安全保障。

2.1.2應急場景下的通信需求

隨著智能電網的發展，在城市配電網范圍內將分布有大量的配電終端，這些配電終端的接入與控制都必須經過通信系統所提供的可靠通道［4］。面向應急場景的智能配電網通信系統是構筑智能配電網的重要支撐系統。如何建立一套面向配電網應用的，具備快速靈活部署、高寬帶、穩定可靠等特點的應急通信系統，在災害后支撐快速高效搶險、救災就變得極為重要。配電網通信系統應實現快速恢復，為電網受災現場信息的實時獲取與分析、應急決策指揮和資源調度等提供應急通信支撐手段。綜上，在應急場景下，智能配電網通信系統除應當具備傳輸可靠、高寬帶數據傳輸外，還應具備組網靈活、具有魯棒性等特點，以高效傳輸應急救災所需的采集數據、圖片、視頻等各種海量應用。

2.2配電網通信系統現狀

現有的配網通信系統大多由光纖通信系統構建，主要應用工業以太網交換機和EPON兩種通信技術。在配網的應用環境中，以工業以太網交換機和EPON為代表的光纖通信主要存在以下問題:

1)兩種技術都采用了光纖作為物理傳輸媒介，由于光纜路由依附于一次系統，因此接入用戶數量和光纜路由受限。而在智能配網中，將有越來越多的應用系統，每個系統對信息的采集點和受控點的要求不同，特別是隨著物聯網的發展，通信系統所提供的通信接入點將呈指數型增長，因此以工業以太網交換機為代表的有線通信方式存在部署和成本等方面存在著明顯的弊端。

2)工業以太網交換機和EPON技術都是基于全IP的，不同的業務共享帶寬資源，目前針對電網業務的分區隔離要求沒有較好的解決方案。而在配網中，業務的傳輸也應遵循安全分區、橫向隔離的原則，以保證各業務之間的相關度較小，保證重要業務的安全傳輸，因此上述兩種基于資源共享的技術不能很好的滿足業務分區隔離的需求。

3)隨著智能電網、汽車充電技術和物聯網的發展，未來配網中更強調物與物之間的智能通信，此時，通信的實體可能不再是固定位置的，這為配網通信系統提出了移動狀態下通信的新需求。而工業以太網交換機和EPON技術無法滿足未來配網中的移動場景下的通信要求。此外，智能配電網應急通信系統必須具備快速部署、靈活組網的能力，以實現在突發情況下配電網通信系統的快速恢復，為配電網受災現場提供應急通信的支撐手段。

3基于LTE的無線寬帶通信技術

3.1LTE概述

LTE(LongTermEvolution，長期演進計劃)是3GPP標準化組織的一個無線通信技術標準制定計劃，簡稱E－UTRAN或LTE。在無線接入方面，LTE系統物理層基于OFDMA技術，下行傳輸速率可達100Mbps，上行可達50Mbps，提供從1.5Mhz到20Mhz的動態頻譜分配技術，頻譜效率提升到當前3G系統的2～4倍。在網絡結構方面，通過扁平的網絡架構降低接入延遲，用戶面單向數據傳輸延遲低于10ms，降低復雜度和組網低成本，提供更高的用戶容量、系統吞吐量和端到端的服務質量保證。雖然LTE在公共通信網領域發展迅猛，但尚未在智能電網包括配電網中探討其應用。隨著智能配網的分布式電源與儲能技術、配電自動化與智能調度、智能電表遠程集抄等應用的發展，智能配網的通信系統必須對分布廣、數據量大、用戶密集的智能配電網實現無縫化覆蓋，并承載其海量數據，LTE作為新一代的寬帶無線技術，在上述方面具有較強的優勢。

3.2面向智能配網的LTE系統構建

使用LTE構建面向智能配網通信系統，可利用LTE高帶寬、廣覆蓋、高移動性支持等方面的優點解決智能配網在信息采集、處理以及智能控制的通信問題;此外，還可利用LTE快速部署、靈活組網的特性，在應急場景下實現配電網通信系統的快速恢復，為受災現場信息的實時獲取、應急決策指揮等提供應急通信支撐手段。

3.2.1常規通信場景

在常規通信場景下，智能配網的通信系統是溝通配電主站與配電終端的橋梁。主站側需處理多個應用系統的大量數據，而在終端側，每個終端只需與主站進行通信。因此主站側和終端側的數據流是不平衡:主站側作為匯聚大量信息和下發所有命令的實體，其通信量較大，對帶寬的要求也較高;而終端側僅與一個實體通信，信息量較小。在這種不平衡的信息流模式下，若智能配電網的主站側和終端側都采用用戶設備(UserE-quipment，UE)作為通信接入設備，這種對等的組網模型不能滿足主站側的大量數據需求，因此在常規通信需求下，面向智能配網的LTE系統結構如圖1所示:在常規通信場景下，面向智能配網的LTE系統包括了UE、基站(E－UTRANNodeB，eNB)、移動管理實體(MobilityManagementEntity，MME)、服務網關(ServicesGateway，S－GW)和分組數據網關(PacketDataNetworkGateway，P－GW)。其中UE和eNB負責用戶數據的無線接入;MME執行管理控制面協議，如終端標識的分配、安全性、鑒權和漫游控制等;S－GW負責用戶信息的保存，連接控制等功能;P－GW完成核心網承載的控制管理、包過濾、UEIP的地址分配和速率限制等工作。面向智能配網的LTE系統中，各配電終端的數據通過UE以無線的方式接入LTE系統，配電主站側通過P－GW從LTE系統中接收和發送數據，以滿足配電主站向多個配電終端的海量數據傳輸以及配電終端的靈活接入。數據的傳輸過程如圖2所示，在配電終端側，數據通過IP層遞交到UE，UE內部通過分組數據匯聚協議(PacketDataConvergenceProtocol，PDCP)層對數據進行頭壓縮和加密處理［5］，通過無線鏈路控制(RadioLinkControl，RLC)層完成ARQ功能與數據的分段和重組［6］;通過媒體接入控制(MediumAccessControl，MAC)層完成邏輯信道和傳輸信道的映射、復用和解復用［7］;最后通過物理層以無線的方式將數據傳送至eNB。eNB執行上述過程的逆處理，并從PCDP層實體中取出數據，使用GTP－U協議將數據封裝后傳送至S－GW。S－GW根據數據流的映射信息，將數據傳送至相應的P－GW，P－GW進行GTP－U協議的解封裝，最終將IP包透明地遞交給主站側的通信接口。在上述過程中，LTE系統通過承載(bearer)來實現從配電終端到配電主站的端到端的QoS控制。Bearer是一個邏輯概念，映射到相同bearer上的服務數據流可在整個系統內獲得相同的服務等級［8］。配電終端與配電主站建立通信連接時，LTE系統將在管理平面為該數據流建立bearer，在UE與P－GW通信的整個過程內，都要根據該bearer來決定數據流的處理策略，包括不同的調度策略、隊列管理策略、速率控制策略。對于面向智能配網的LTE系統來說，可通過對不同類型的配網業務分配不同的bearer來實現對多種業務的分級通信服務。在組網方面，LTE系統可實現快速靈活的部署。由于不受線纜路由的限制，UE可放置于任何智能配網的信息受控點和信息采集點。對于eNB而言，在城市的密集區域，可使用多個eNB組建蜂窩網絡，每個eNB覆蓋周圍1～2km區域內的終端;在城市稀疏區域，由于LTE的覆蓋半徑最多可達100Km且網絡容量大，因此只需部署一個eNB即可滿足整個區域內配電終端的數據傳輸需求。而S－GW、P－GW和MME可以合設，并部署于配網控制主站的通信機房內。