1TETRA数字集群在电力通信专网中的应用.pdf

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1、新编数字集群专辑 1TETRA 数字集群在电力通信专网中的应用数字集群在电力通信专网中的应用 黄治 南京市供电局 摘要摘要：本文根据电力无线通信系统的需求和现状，介绍了 TETRA 数字集群在电力通信系统的应用情况。1引言引言 电力无线通信是现代电力系统不可缺少的重要组成部分。电力系统的各部分（例如发电、送电、变电、配电和用电）通常都是分散在广大地区，其生产、输送、分配和消费是同时进行和完成的。为了保证安全、经济地发供电，合理分配电能，保证电力质量指标，防止和及时处理系统事故，就要求集中管理、统一调度，因此电力系统必须要有一个能够提供特殊保障性服务的无线通信系统做支持，优质可靠的无线通信手段是

2、电网安全稳定发电和供电的基础。电力无线通信网于九十年代初逐步建立，并在生产调度和控制中得到迅速推广使用，极大地改善了电力生产调度移动通信条件，提高了生产效率，促进了电力专业化生产正常高效发展，特别是以集群通信为代表的无线通信调度系统广泛应用于电力输变电工程施工、检修和电力生产、发配电调度等方面，随着信息时代的到来，电力生产调度、控制、指挥等越来越离不开无线通信了，一旦无线通信出现问题，生产将陷入半瘫痪的境地。现有的电力无线通信网因网络建设年代不同，制式不统一，系统容量小，功能单一，而且存在横向互不联网，自成体系，效率不高，重复建设严重等问题，在电力体制即将改革、电力通信即将走向市场参与竟争的今

3、天，越来越显示出它的不足和落后。电力无线通信应该适应时代的要求，紧扣行业特色，使电力无线通信能够更好的适应电业的发展，另外，从发展的角度看，电力通信网要统筹考虑，按照普遍服务原则，用最新的电信网技术来武装自己。本文介绍TETRA数字集群系统如何应用于电力系统，以便改善目前电力系统无线通信的现状。2TETRA 数字集群系统数字集群系统 TETRA 数字集群系统是以集群通信网为开放平台，以用户团体为服务对象，为用户团体的调度指挥通信提供高业务等级、高功能需求度的通信服务，可以实现话音、数据、静态图象、IP 接入等多媒体调度通信业务，提供各种增值服务及虚拟专网服务，并可以与模拟集群新编数字集群专辑

4、2通信网、有线电话网、公用移动电话网互连的专用移动通信网络。TETRA 数字集群网提供的业务分为三类：一是话音通信，如单呼、组呼、群呼、广播呼等；二是数据业务，如短数据、状态数据、无保护数据、高保护数据、低保护数据和分组数据等；三是补充业务，如区域选择、优先呼叫、自动重发、限时通话等。3电力系统调度通信的应用电力系统调度通信的应用 电力系统采用何种移动通信系统，应该根据电力系统对移动通信的需求特点，针对不同的需求，采用不同的解决方案，在满足电力行业需求的前提下，兼顾技术的先进性和经济性。TETRA 数字集群系统能够满足电力系统对移动通信的需求，主要表现在以下几个方面：3.1 先进的话音业务先进

5、的话音业务 话音业务包括调度电话和行政电话。调度电话是实现电力生产调度、控制和指挥的重要手段，电力生产的不间断性和运行状态变化的突然性要求电力调度通信具有高度的可靠性和灵活性。TETRA 数字集群系统可提供点对点方式、点对多点方式、广播方式和 DMO 直通方式呼叫，点对点方式是全双工通信，提供移动用户之间的通信，其呼叫可以延伸至 PSTN 或PABX，可以满足一般电力行政通信的需求；点对多点方式提供一个呼叫方和多个用户间的双向通信；广播方式是指从呼叫方到多个用户之间的单工通信，点对多点方式和广播方式在电力调度通信、电力抢修、电力施工通信中起到了重要的作用。TETRA 数字集群系统还具有直通工作

6、方式（DMO），无线用户可以不经过网络基础设施，而使用不受基站和交换机控制的无线频率，直接用移动台进行相互间的通信。此外，TETRA 系统的基站具有故障弱化功能，在交换机或交换机与基站链路出现故障时，单个基站仍然可以为有限的区域提供网络服务。因此，基站的故障弱化模式可以作为发生灾难时的通信保证，而直通工作方式作为最后的应急通信措施。3.2 实时数据业务实时数据业务 电力网的数据包括远动信号、继电保护信号、电力负荷监测信息、计算机信息及其它数字信息、图像信息等，信息量虽少，但一般都要求很强的实时性。这些数据关系到电网的安全与稳定运行，随着电网规模的扩大，自动化程度的提高，对实时数据的速率、容量和

7、可靠新编数字集群专辑 3性的要求越来越高，特别是随着无人值守变电站工作的进一步深入，变电站采用视频监控已提到议事日程，它和视频会议系统的多媒体业务将是电力信息网主要传输的业务之一。TETRA 的数据通信主要包括电路模式、分组模式和短数据业务。电路模式的传输方式（点对点、点对多点、广播）和特性（双工、单工、不同速率的普通和加密业务）与语音通信相同。根据误码保护类型的不同可以有不同的传输速率，未保护时每个时隙的传输速率为 7.2kbit/s；低保护时，每个时隙的传输速率为 4.8kbit/s；高保护时，每个时隙的传输速率为 2.4kbit/s。TETRA 数据集群系统还可以采用四个时隙同时传输数据

8、，速率可以提高到未保护时传输速率为 28.8kbit/s；低保护时，传输速率为 19.2kbit/s；高保护时，传输速率为 9.6kbit/s。短消息业务最长可达 2048 比特，可被系统和用户预先定义来传送操作状态，同一个终端可以同时进行语音和数据通信。因此，TETRA的数据通信完全能够满足电力部门的实时数据传送需求，可以为电力部门的用户提供非常完善的解决方案。TETRA的数据通信在电力系统中的应用主要有以下几个方面：a电力网分布数据管理系统的无线接入电力网分布数据管理系统的无线接入 户外工作人员可以随时接入到电力部门现有的1kV和20kV电力网分布数据管理系统并进行查看。同时，控制中心可以

9、根据 GIS(地理信息系统)和 GPS(卫星定位系统)所提供的位置信息，将工作任务下达到相应的现场工作人员。有两种实现数据传送的方式，即利用短消息业务将工作人员的位置信息发送至控制中心和利用 IP 数据业务将电力网络的状态信息发送给现场工作人员，发送的数据有：公共数据库服务(包括查询、更新、备份数据库)，工作人员位置信息，对现场工作人员进行指导（包括调度员工作指派），来自传感器的状态或测量数据，网络拓扑服务（包括电力网络分布状态数据传送），调度员给现场工作人员发送的道路指示信息等，其中公共数据库服务、网络拓扑服务的数据可采用 IP 数据业务进行发送，工作人员位置信息、对现场工作人员进行指导的数

10、据可采用短消息业务进行发送，来自传感器的状态或测量数据、调度员给现场工作人员发送的道路指示信息可采用短消息业务或 IP 数据业务进行发送。b变压器的数据采集变压器的数据采集 新编数字集群专辑 4通过 TETRA 网络传输平台，将远端采集到的数据发送至控制中心的相应系统。电力网的负荷和状态数据是对网络中 20的变压器进行采样分析获得的。因此，变压器的数据采集可以极大提高电力网的维护和规划效率。采集系统如图 1 所示。LTG MRU 400 TETRA无线终端 LON/TETRA网关 REC523中压电缆 中压电缆控制状态20/0.4KV I和U监控接网络控制中心LON与低压网的LON接口低压线

11、图 1 带有相关数据设备的变电站数据采集系统 该采集系统适用于对中等电压的室内和室外变电站进行监控。变电站中有分布式变压器和低压开关等设备，另外还有 REC523 远程监控单元、变压器、LON 接口单元和 TETRA 无线终端等，还需要一个带有至 TETRA 系统接口的 MicroSCADA 网络控制系统，用于监测变电站。这样，控制中心的工作人员能够随时监测网络的运行状况。TETRA 数字集群系统传送的数据是根据所测定的电流质量决定的，另外还包括一些其它监控信息。发送的信息包括变电站变压器的电流值、电压值、状态数据、供电质量测试值以及对监控目标进行远程控制所需的信息。c能源表的读取能源表的读取

12、 能源表的数据读取是电力系统的另一个非常重要的数据应用。能源表一般带有 LON 接口，TETRA 系统作为一个平台将能源表和中心控制系统连接起来，控制中心管理人员或现场工作人员可以通过 TETRA 终端对处理后的信息进行查询。新编数字集群专辑 5每个能源表的数据可以通过 LON 接口，以有线方式，或采用某些小型无线设备，集中传送至某个区域中心，然后通过 TETRA 无线终端发送回控制中心。d其它数据应用其它数据应用 在电力部门的数据应用还包括：GPS 车辆定位，用无线方式收发 E-mail，工作指派和工作报告以及移动接入 Internet/intranet 等。3.3 灵活的组网能力灵活的组网

13、能力 电力系统无线通信网是电力网运营管理的基础，为电力网提供所需的通信传输服务，它的特点是通信范围点多面广，因为除发电厂、供电局等通信集中的地方外，供电区内所有的变电站、电管所也都是电力无线通信系统服务的对象。很多变电站地处偏远地区，通信设备的维护范围通常达上百公里，电力无线通信网必须满足电力网不断发展的业务需求，其生存基础是特殊的保障性通信。另外，做为全国最大的专网之一，电力通信即将走向市场参与竞争，市场化经营对电力无线通信提出了新要求，因此，资源共享、提高效率、互联互通对电力无线通信来讲，具有十分重要的意义。TETRA 数字集群系统组网方式非常灵活，建设规模伸缩性好，系统容量可大可小，既能

14、以专网的形式满足数千用户或中、小型企业网络的需要，也能以虚拟专网（VPN）的形式组建多达数十万，乃至几百万用户的大型网络，即将专网的安全性和共享网络的成本和运作优势有机的结合在一起。通过虚拟专网功能，不同的专业用户组织能够共用同一个物理网络，并保持各自组织的私密性和安全性。借助这种方式，不同的用户组织能够在需要的时候顺利通信，而在日常运作中，又能够完全保持独立的通信。例如，电力部门和消防部门可以在发生紧急情况时相互通信，而在正常情况下，他们的通信是相互完全独立的。因此，电力无线通信网可以加入商业共网中。3.4 开放的二次开发接口开放的二次开发接口 TETRA 数字集群系统提供的开放应用程序接口

15、(API)平台，使得我们可在此 API 平台上开发出具有电力系统特色的应用系统。新编数字集群专辑 63.5 安全的通信措施安全的通信措施 TETRA 数字集群系统可以提供足够安全的通信保密措施，即具有鉴权、空中接口加密和端对端加密等加密方式，可以满足电力调度不同级别的保密需要。网络接入的鉴权是网络总体安全性的基础，能够有效地防止未经授权的网络接入和移动终端的“克隆”。在解决接入的安全问题后，还需要在空中接口上采用加密的办法防止专业的监听者通过空中接口窃取信息。空中接口加密需要不同的加密密钥，并且不定期地更改加密密钥，空中接口加密技术不仅保护了传输的信息，而且还能够屏蔽用户的身份，同时，外部“闯

16、入者”也无法察觉到通信的进行。对于需要特别保护的敏感信息，还可使用端到端加密技术。4电力无线通信系统的组成电力无线通信系统的组成 电力通信系统是一个有线、无线相结合的网络，其中电力无线通信系统主要有交换控制中心，基站，车载台、便携台和固定台组成。交换控制中心到集群基站之间采用有线传输系统提供的通道连接（SDH 或 DDN 等），有多种连接方式，如星形，点到点，多分支链和环状等。基站到移动台之间采用无线空中接口连接，系统组成如图 2 所示。交换控制中心HLR VLRBSBS网管中心 调度台 图 2 电力无线通信系统的组成 5结论结论 电力通信网做为全国最大的专网之一，在走向市场参与竟争中有其得天独厚的优势，我们必须发挥这一优势，利用先进而完善的 TETRA 数字集群系统，使电力调度网与行政网两网合一，从而极大地提高电力无线通信网的地位和作用。新编数字集群专辑 7 参考文献参考文献 1 彭绍华基层电力无线通信的现状与发展初探通信世界报，2002/3/1 2 蔡 斌 江苏省电力系统通信网络建设之我见C114 网，2001/7/23 3 张 洪关于推进湖北省数字集群移动通信发展的思考与实践中国无线电管理，2002/4/2 4 赵荣黎发展我国专用移动通信若干问题的探讨通信世界