关键词：LTE230；无线通信；接入技术
智能电网与泛在电力物联网相辅相成、相互融合，形成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网生态体系。另外，电力业务终端的接入方式直接决定了网络的稳定性、安全性和实效性，灵活可靠的接入技术是实现电力业务泛在物联、信息高效的关键，一种高效的通信接入技术对海量电力业务终端的通信需求至关重要。
一、无线接入技术
无线通信(Wireless communication)是指多个节点间不经由导体或缆线传播进行的远距离传输通讯。而当前我国电力行业的业务终端接入以光纤、以太网等接入方式为主，然而，随着分布式光伏电站、电动汽车充电站等离散型分布式电力业务终端数量的快速增长，有线接入方式遇到了投资成本高、建设周期长、维护工作量大等诸多问题。与有线通信方式相比，无线通信技术在满足电力业务需求的前提下，具有组网灵活、成本低的优势。
结合发电、输变电各环节对电力业务数据的需求，如更多新能源的接入、分布式发电装置、输电线路逐步实现全线监控需求、配电网控制由10kV逐渐向0.4kV过渡、连接节点已达千万级、4亿电表的高精度高频率抄表等，无线接入技术要求具有高安全性、宽覆盖、低时延、低功耗和海量数据连接的能力。在智能电网与泛在电力物联网建设过程中，无线公网、电力无线专网等无线接入通信网络的应用模式和应用前景是目前的研究热点。
此外，在电力无线专网中使用的无线接入技术包括LTE1800、LTE230和IoT230，工业和信息化部提出的223～226MHz、229～233MHz允许采用载波聚合方式使用，当前，在授权的1MHz带宽的基础上，国家电网公司共有230MHz带宽频段的7.25MHz用于电力无线专网建设。同时，国家无线电管理委员会明确表示，1.8G专用频谱不再批复电网使用，而IoT230尚处于研发阶段。
由此可知，电力无线专网的总体演进趋势是LTE230及IoT230的技术融合。当前，电力无线专网已在浙江、江苏等省大规模基础设备部署，未来几年，它将只面临精控、配网、用采等业务的扩容，LTE230电力终端也将拥有较大的市场容量。
二、LTE230电力终端接入技术
针对上述问题，本文提出一种采用LTE230无线通信模块的LTE230电力终端无缝传输接入技术，进行电力环境加固处理，整合安全接入模块，布置RS232、RS485、以太网口、无线通信等多种业务接口方式，预留兼容协议转换模块的软件接口，支持透传方式1(业务终端通过指令方式控制LTE230电力终端与主站建立连接，业务终端与LTE230电力终端交互获取业务数据)，将业务终端的数据封装为无线帧，通过透传发送给系统中的其他网元，实现电力终端业务与主站系统的通信和交互，具有以下特点：
①电力业务的定制开发。同时遵循通信、电力规范，实现与无线公网模块的无缝替换，为满足不同电力业务标准的要求，可承载各种电力业务数据，如用电信息采集、配电自动化、线路监测、精确负控等。
②通用性强。采用开放式架构设计和标准化接口，可兼容无线公网模块和电力无线专网模块，实现双模共享，并可根据业务需求切换主备模块；可兼容电力无线专网的LTE1800、LTE230、IoT230模块；可兼容同一系统下的单子带和多子带模块，实现不同子带模块的即插即用。
③业务接口通道多样化。多种业务接口渠道。业务终端接口兼容以太网口、RS232串口、RS485串口和无线接口等，可保持现有电力系统业务终端网络结构，实现电力业务的无缝接入。
④预留规约转换模块接口。该接口用于扩展规约转换功能，集成规约转换设备和通信终端，不仅能降低组网成本，而且可实现单终端的多业务接入。
1、LTE230电力终端硬件结构
1)MCU模块部分
外部数据通道：适用于外部业务终端的通信端口包括RS232、RS485、以太网口和无线端口，如LoRa等。其功能是为终端通过外部数据通道采集数据，并向数据总线发送数据，同时从数据总线获取数据，并通过相应的外部数据通道发送出去。
数据总线和数据缓冲区：外部数据通道的数据通过数据总线进入MCU数据传输缓冲区。同时，可获取MCU接收缓冲区数据，并通过数据总线传输到外部数据通道。
规约转换模块：规约转换功能预留接口，用于下行业务规约报文和上行调度规约报文的格式转换。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆业务数据的UART接口：负责数据缓冲区与模块间的数据交换。
2)模组部分
UART部分：包括数据UART与调试信息UART，其中数据UART主要负责与MCU中的业务数据UART交换数据，调试UART负责数据模块中调试信息的输出、空口与基站间指令交换过程的信息输出，以及模块程序的升级。
CPU部分：负责调度数据UART，调试UART承担UART，并与基带芯片进行数据交换。基带芯片、发射机、接收机：负责与基站射频发射机、基站射频接收机的数据交换。备用模块：负责根据接入网络类型切换主模块和备用模块，实现双模共享。
3)电源部分。负责MCU模块与模组的供电功能，负责将外部电源转换为5.0V、3.3V或其他电压等级的工作电源。
2、接入功能设计
1)业务数据的无线接入
①业务终端和规约转换设备间。电力业务终端的数据通过以太网口/串口/无线等通信口传输到规约转换装置。
②规约转换装置和LTE230电力终端传输通道。规约转换装置具有IEC101、IEC104、IEC61850、MODBUS等规约转换功能，各种协议的标准化管理，协议报文转换分析后，通过以太网/串口/无线方式发送至LTE230电力终端。
③LTE230电力终端传输通道。LTE230电力终端的通信方式为透传1，数据可通过网络通道、串口通道或无线通道存储并传输缓冲区：
当通信端口为网口时，网络通道支持TCP Server/TCP Client/UDP模式，与业务终端互为对端，并将TCP/UDP报文发送到缓冲区。
当通信口为串口时，串口通道配置为RS485/RS232方式，通过串口发送bit报文并存储在缓冲区。当通信端口为无线接口时，无线通道建立LTE230电力终端与业务终端间的连接。LTE230电力终端接收到无线数据后，将无线数据帧解析成TCP/UDP报文，写入缓冲区。
④传输通道和无线通信模块间。业务数据进入传输缓冲区后，如果是TCP/UDP报文，替换IP报文及MAC的源/目的地址打包封装，若是bit报文全部打包封装，数据包由AT指令发送到无线通信模块，实现业务数据的透传。根据接入网类型，使用与通信协议相对应的无线通信模块，如在电力无线专网中使用LTE230、IoT230或LTE1800无线通信模块。
⑤无线通信模块与基站间。无线通信模块与主站系统建立虚拟TCP/UDP通道，虚拟通道支持TCP Server/TCP Client/UDP模式，无线通信模块再次打包TCP/UDP报文，将无线帧发送到基站。
⑥基站和主站间。基站将无线数据帧解析为TCP/UDP报文，通过核心网发送给主站系统。在电力无线专网中，S1接口支持基站与核心网间的信令交互，接入点是eNodeB，通过S1-MME接口传递eNodeB或业务终端上行的信令消息或通过S1-U接口传递业务数据，核心网通过SGi接口传输到主站系统。
⑦主站解析报文并回应。主站系统接收到业务数据后，对报文进行存储和解析，并根据网络状态判断是否发出控制命令。
2)主站系统的管控
①主站和核心网间。主站系统与LTE230电力终端建立虚拟TCP/UDP无线通道，主站与LTE230无线通信模块相互对立。无线信道中的通信协议可设置TCP Client/TCP Server/UDP模式，将TCP/UDP报文发送到核心网。
②核心网与无线通信模块间。基站接收来自核心网下发的TCP/UDP报文，将其封装为无线数据帧，通过无线通道传输到无线通信模块。
③无线通信模块与传输通道间。无线通道中的通信模式为透传1，无线通信模块解析接收到的数据并将其存储在缓冲区，根据AT指令读取缓存区的业务数据，报文通过网络通道、串口通道或无线通道发送。
④传输通道和服务终端间。规约转换设备对接收到的TCP/UDP报文或串口报文进行解析及规约转换，并将其传输到业务终端。
⑤业务终端执行操作。业务终端接收控制命令，进行相应的执行操作，完成主站系统的控制命令。
参考文献：
[1]易永辉.新能源监控系统海量终端接入技术研究[J].自动化仪表，2018，39(11):52-55．
[2]陈麒宇.泛在电力物联网实施策略研究[J].发电技术，2019，40(02):99-106．
论文作者:景梦玮
论文发表刊物:《中国电业》2019年 19期
论文发表时间:2020/3/4
标签：终端论文; 业务论文; 电力论文; 数据论文; 模块论文; 报文论文; 规约论文; 《中国电业》2019年 19期论文;