n基于TDLTE技术的县级配电网供电可靠性提升方法研究计划任务书Word文档下载推荐.docx
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高级职称
9
中级职称
1
研究生
初级职称
参加单位
山西省电力公司太原供电公司
研究起止年月
2013年3月至
2014年12月
任务金额（万元）
460
乙方自筹（万元）
课题内容和最终成果摘要
项目内容摘要
供电可靠性，实际上就是用户能以多大的可靠程度得到电力系统供给的电能问题。
这里所说的可靠程度，对于用户来说，可以理解为希望电力系统不管在什么运行条件下都不会发生故障，连续而充足地供给具有正常的电压和频率的电力。
也就是说，要求电力系统有适当的电压、规定的频率以及不间断供电。
而其中有关电压的变化和频率的波动，从现阶段电力发展的水平来看，由于发电机反应特性的改善及无功补偿电压调整装置的采用，虽然在我国一些地区还存在着无功不足的现象，但是就大多数情况来说，已基本上能够满足诸如电子计算机、各种自动控制装置和家庭中的电视机之类的用电设备需要，其它工业发展较快国家的情况则更好。
而与此相反，停电问题却给予社会更大的影响。
因此，通常所谓电力系统供电可靠性，往往就只以用户最关心而又敏感的停电程度来评价，特别是对于供电系统末端的配电系统更具有现实的意义。
本项目将重点研究提升县级配电网可靠性的各种关键技术，从配网设备本身的可靠性、整个系统的设备可靠性、系统运行的可靠性、系统可靠性与用户供电可靠性的配合几个方面进行分项考虑，在自动化程度不高、馈线实时数据缺乏的情况下，融合先进的4G通讯技术及供电可靠性动态监测技术，建立配电网运行仿真计算模型，建设智能配电网故障分析辅助应用平台，从而解决“配电盲调”的问题，在实现供电可靠性静态评估与动态监测相结合的供电可靠性分析技术之上，提供有效的辅助技术手段，提高县级配电网的整体供电可靠性。
1）设备可靠性
研究基于TD-LTE技术的无线通信技术，解决配网监控设备通信可靠性的问题，保证传输数据实时性、准确性与可靠性。
2）系统可靠性
研究配网检修日常管理流程，并形成相应系统，提高配网检修管理的可靠性，提高管理效率。
3）运行可靠性
研究配电网故障监测设备，进行配网故障的动态判断，进行故障定位分析，减少故障停电时间。
4）用户可靠性
分析重要客户供电方式，研究互供策略，保证客户供电的可靠性。
最终成果摘要
1.研究部分成果
《基于TD-LTE电力无线网络关键技术研究报告》
《基于TD-LTE电力无线网络与多种电力通信方式综合互补综合应用组网方案》
2．产品研制成果
通信
●基于TD-LTE无线专网服务器
●基于TD-LTE无线专网网管服务器
●基于TD-LTE无线专网拉远射频头
●基于TD-LTE无线专网全向智能天线
配电
配电网架空线路故障定位在线监测装置
配电网电缆故障定位在线监测装置
配网检修日常管理
3．示范测试工程建设
配电通信测试工程
配电网故障监测工程
4．论文及专利
形成专利3项，软件著作权2项，论文3篇。
5．软件系统
基于TD-LTE无线专网网络管理平台
线路故障定位在线监测平台
配网检修日常管理平台
成果的主要技术经济指标摘要
基于TD-LTE无线专网：
1）满足配电网多样化的通信支撑：
●支持多种端口的配网通信应用
●支持高可靠双向通信应用
●支持高吞吐量宽带应用
●支持设备移动性应用
2）系统可靠性：
●自动优化和规避来自其它系统的干扰，也避免干扰其它正常运行的无线系统设备
●保证在强干扰下能保证系统稳定运行
●严格符合国际和国家对电磁辐射的规定，保证不干扰电网设备的正常运行。
●产品经过严格的高低温、震动、静电、盐雾、防雷、防水及防尘测试，能应付复杂苛刻的部署要求。
●支持灵活的移频和多频段系统：
配网故障在线监测定位系统：
●迅速准确定位故障位置，避免事故进一步扩大；
●实时在线监测电缆负荷及温度数据，帮助工作人员全面掌握线路运行状态，为线路负荷的合理分配提供依据；
●缩短停电时间，减少售电损失；
●提高供电可靠性、自动化、信息化水平
配网检修日常管理系统：
●实现日常巡线电子化办公
●规范检修流程，提高检修效率
●跟踪故障处理过程，分析故障发生率
●研究相应的故障处理分析手段
●增加配网监测单元
一、主要研究内容（要解决的主要技术难点和问题）
1.1主要技术内容
本次项目研究部分大致分为5项内容：
需求分析、技术研究、应用方案研究、互联互通及系统集成和管理方面等内容，各项研究内容紧密围绕TD-LTE无线网络技术进行，通过系统化的研究及分析，结合山西省配用电环境和业务特点，提出基于TD-LTE的无线电力专网在太原供电公司进行建设的可行性、适用性和业务承载能力，为山西省配用电智能化建设提供多样化、实用化解决方案。
1.1.1需求分析部分
本项目将结合基于TD-LTE技术的网络特点、通信质量、信息安全等进行综合考虑，通过深入广泛调研，研究县级配用电网的通信需求，如业务种类、通信接口、带宽需求及其工作环境等，形成基于TD-LTE技术应用的县级配用电网通信需求分析报告。
1.1.2基于TD-LTE电力无线专网的研究
本项目首先分析当前配用电通信业务采用的通信技术，分析其技术特征、网络性能、业务承载力及应用情况，重点深入研究基于TD-LTE无线电力专网的技术体制、拓扑控制、目标定位、数据采集、信息安全、能量工程、互联互通、系统集成等关键技术，结合配用电需求，总结分析其优势和不足，形成配用电无线网络关键技术的相关研究。
并研制相关的无线电力专网实现设备，进行试点建设。
1.1.3县级配电网供电可靠性提升方法研究
现阶段的配电系统可靠性评估工作主要包括两个基本方面：
对现有已运行的配电系统及其主要元件进行历史的可靠性统计、分析和评价，即量度系统过去的性能；
为了设计、规划和建设新的系统，或者在扩大、改造和发展现有系统时而进行配电系统可靠性定量评估，即预测系统未来的行为。
本次项目主要从以下几个方面考虑影响县级配电网供电可靠性的提升方法：
1）通信网络的影响
从配电自动化建设上来看，要实现配电自动化，通信系统建设是一个关键环节。
通信系统质量的好坏从很大程度上决定了配电自动化系统性能的优劣，中国电机工程学会电力系统自动化专委会在配电网自动化专委会成立暨第一届学术交流会议上提出的配电网管理规划中最主要的问题之一就是配电网管理的通信问题，配电网自动化系统运行、管理功能综合优化的实现建立在配电系统信息化基础上，配电网自动化系统需要借助于有效的通信手段将控制中心的控制命令准确地传送到为数众多的远方终端，并且将反映远方设备运行状况的数据信息收集到控制中心。
通信系统设计的合理性直接影响配电自动化系统的成败。
因此配网通信系统是配网自动化系统中非常重要的环节，是配电网自动化的中枢系统。
2）设备故障的影响
坚强的电网是可靠供电的物质基础，电气设备是构成电网的基本单元。
因此通过有效的设备管理，降低设备故障率，是提高可靠性的重要手段。
配电设备是构成配电系统的基础，因此在收集配电系统可靠性数据时，不仅要注意收集和积累那些直接影响用户供电可靠性、反映系统状况的数据，而且必须注意收集和积累反映配电设备、元件状况的连续数据。
近几年来，随着各供电企业基础管理工作的不断加强和先进设备的大量采用，设备的故障率有了一定程度的下降。
3）计划停电的影响
计划停电就是除了故障检修停电、限电之外，因施工改造、输配电预试、清扫、检修等原因引起的停电。
在众多的计划停电中，检修停电和工程停电是预安排停电的主要原因。
以全国2007年统计数据为例，检修停电中，停电时户数按停电责任原因前三位依次是配电网设施计划检修、35kV设施检修、馈线系统设施计划检修，分别占检修停电总时户数的46．66％、l7．65％、10．76％。
工程停电中，停电时户数按停电责任原因前三位依次是配电网设施计划施工、业扩工程施工停电、35kV设施计划施工，分别占工程停电总时户数的59．37％、14．99％、10．44％。
1.2主要技术难点
1.2.1县级配电网通信网络规划模型和算法
建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现配电网供电可靠性提升的基础与支撑，因为配电网中数据的获取与发布、控制命令的实现、用户与电网的实时交互，都需要可靠通信系统的支持。
因此需要对光纤、无线通讯、电力载波、公网以及无线传感网络等通讯技术进行深入研究，通过对各网融合的数据模型的研究，从而形成配电网通信网络规划模型和算法，最终成为配电网通信网络搭建的理论依据。
1.2.2基于TD-LTE无线网络技术的产品研制
研究面向电力230MHz专用频段，基于TD-LTE技术的无线网通信传输技术、海量通信终端实时在线技术、通信安全技术、软件无线电技术；
研究面向电力230MHz专用频段县级4G配电通信网络建设方案。
1.2.3配网故障精准定位及排查技术及产品的研究
●无法及时掌握配网线路的运行状态
架空线路漫长的主干线路及众多分支需要大量的监测点采集数据以便掌握线路运行状态。
目前配电架空线路上，运行参数的获取一般是通过变电站内馈线开关和极少数带有智能控制器的柱上开关来进行，而这两种设备的数量远达不到反应线路运行状态的最低数量要求。
●线路故障查找难度大
配网架空线路因其线路长，分支多，网络结构复杂，易受外力及自然环境影响等原因，成为最容易发生故障的系统之一。
短路故障和单相接地故障是最常见的故障形式。
目前情况下，发生故障后需要依靠人工巡线查找故障点，花费在查找故障点上的时间大大超过修复故障所消耗的时间，扩大了停电损失。
二、预期目标及创新点
2.1预期目标
1）研究部分成果
2）产品研制成果
配网检修日常管理系统
3）示范测试工程建设
4）论文及专利
2.2创新点
1）软件无线电（SDR）
基于TD-LTE技术的电力无线专网平台使用业界领先的基于IT平台的软件无线电技术。
在无线边缘设备侧，使用基于开放IT硬件架构搭建软件无线电基站，从而可以十分灵活、快速及低成本地实现无线基站系统。
无须依赖于ASIC芯片方案，因此所有对于无线系统的优化设计都可以很方便的使用软件实现。
相比起业界同期技术，本平台明显具有业界领先性。
基于本平台所构建的无线宽带专网，其性能（如覆盖范围、抗干扰能力等）也明显优于其它业界产品和技术。
2）认知无线电—频谱动态优化
电力无线专网平台，采用先进的认知无线电技术，能够自动进行网络规划，寻找干扰相对较小的频点设为工作频点；
同时，通过干扰回避、干扰对抗等技术，在不影响其它系统的前提下，将工作频带内的干扰对系统的影响降至最低。
频谱的动态优化技术基于频谱的动态感知，可分为入网频谱环境感知和工作频点带内周期性频谱感知。
通过入网频谱感知和动态优化算法，为无线系统寻找合适的工作频点；
在系统进入正常通讯后，周期性的频谱感知可以动态检测出带内的干扰，并通过干扰的特点进行分类，根据干扰类型采取不同的方法，如干扰预测、干扰对抗、干扰回避等，降低了干扰对系统的影响。
此项技术在频谱共享的环境下，能有效的抑制不同类型的宽带和窄带干扰，在众多的外场测试中，发挥了重要的作用，大大提高了系统的性能和可靠性。
3）基于4G无线电技术的电力专网通信优化
在4G无线通信技术中，正交频分复用（OFDM）技术由于具有对抗多径能力强，解调算法复杂度低，频谱利用效率高等诸多优点而得到了广泛应用。
无线电力专网的无线通信技术正是使用了与4G无线通信技术完全相同的OFDM技术，因此频谱效率可以达到2bit/Hz，接收灵敏度低至-104dBm，从而可以大范围的提供宽带无线通信，降低整个系统的架设成本。
同时，针对电力应用中上下行业务不均衡的情况，无线电力专网平台，使用了时分复用（TDD）技术，可以支持不同的上下行比例，最大限度的利用无线频谱。
目前缺省的配置比例为2：
3，可以进一步增加或者降低上行比例。
此外，无线电力专网系统在4G无线通信技术基础上，为了进一步提高系统容量和小区覆盖，采用先进的资源调度技术和功率汇聚技术。
为了降低终端成本、节约终端的功耗，终端的发射功率低于基站发射功率，此时就造成上下行无线链路预算的不平衡，在小区边缘的终端可能会因为上行发送功率不足而无法与基站正常通信。
此时，可以通过功率汇聚技术将该终端的功率集中到有限的带宽中，从而提高该带宽中的等效发射功率，实现与基站的正常通信。
由于功率汇聚可以降低频谱占用，因此资源调度中，基站会采用功率汇聚优先的调度技术，提高整个系统的频谱利用率和系统容量。
最后，传统的TDD系统，通常认为上下行是对称的，但是由于目前电力专网的无线频谱资源中存在许多其他的无线通信系统，基站和终端的无线环境由于各自所处位置不同，而不尽相同。
因此上下行不再对称。
基于这种情况，无线电力专网系统开发了上下行独立调度的自适应编码调制（ACM）方案，上下行根据实际信道环境独立优化，从而达到最大化系统容量的目的。
4）功率优化技术
上行链路功率控制技术，是降低上行干扰水平、提升终端能量有效性的关键技术，其目的是根据无线信道情况，自动调整各个终端的发射功率，使其到达基站的信号电平能够精准地控制在基站的最佳接收电平范围之内。
电力无线专网平台同时采用了开环和闭环功率控制技术。
所谓开环功率控制，是利用TDD系统上下行无线链路的对称性，终端根据下行链路的变化，自动改变其上行发射功率，可以在快速变化信道条件下，实现较为精准的功率控制。
而闭环功率控制，则是基站通过终端周期性上发的功率测量信道，估计终端到达基站的接收功率电平，并通过下行信道将功率调整信息反馈给终端，使终端到达基站的接收功率电平精准的控制在最佳接收电平附近。
可以说，闭环功率控制是开环功率控制的有效补充。
电力无线专网平台可以实现在60dB的动态范围内实现1dB的精准功率控制。
此外，终端能够在无上行数据流量时，自动关闭发射通道，以进一步节省终端的功耗。
三、主要技术经济指标
3.1基于TD-LTE技术的无线电力专网
基于TD-LTE技术的无线电力专网由无线边缘设备、无线接入设备及网络管理系统三大部分组成。
主要技术指标如下：
无线边缘设备又由基站管理服务器与拉远射频头组成
基站管理服务器：
频率范围：
223MHz~235MHz
多址方式：
OFDMATDD
采集速率：
1.4MHz
拉远射频头：
射频接口类型：
N型
输出功率：
10W
无线接入设备：
输入接口：
232接口、IP接口、USB接口
1W
3.2配网故障监测智能检测装置
架空线路故障监测装置：
性能分类
参数名称
指标
测量参数
适用负荷电流
0～630A
电流测量精度
±
0.5%
温度测量范围
-40℃~125℃
温度测量精度
1℃
电气参数
适用电压等级
6～35kV
适用工作频率
50Hz
允许通过最大故障电流
20kA/4s
工作电压
3.6V
供电方式
感应取电＋后备锂电池
静态功耗
＜3μA
工作功耗
≤20mA
通信参数
光纤接口
两路
电缆接口
4G无线接口
一路
无线射频频段
ISM433MHz
通信指示灯
1个
工程参数
工作环境温度
-40℃～+85℃
工作相对湿度
≤95%
适用电缆直径
8~41mm
适用海拔高度
≤5000m
防护等级
IP66
污秽等级
щ级
使用寿命
8年
MTBF
60000H
电缆故障检测装置：
接地电流
0～50A
测量误差范围
0.5A
感应取电+后备锂电池
≤3μA
50~89mm
≤5000m
四、提供的最终成果（含最终成果形式及成果验收标准）
4.1最终成果形式:
4.1.1相关设计方案
●《基于TD-LTE电力无线网络关键技术研究报告》
●《基于TD-LTE电力无线网络与多种电力通信方式综合互补综合应用组网方案》
4.1.2产品研制成果
4.1.3项目形成的论文（级别、数量、时间）
●核心3篇
4.1.4项目形成的专利（级别、数量、时间）
●发明专利2项
●实用新型1项
●软件著作权2项
4.1.5形成相关系统
配网日常检修管理平台
4.2成果验收标准
按照本任务的“技术经济指标”和“最终成果形式”验收。
五、进度计划内容及考核目标
5.1
2013年4月—2013年6月
主要内容：
（1）研究县级配电网业务需求及业务模型；
（2）研究基于TD-LTE技术的无线网络关键技术。
考核目标：
业务模型建立、网络设计方案
5.2
2013年7月—2013年10月
（1）研究基于TD-LTE技术的无线网络技术与其它技术的互补特性；
（2）研究县级配电业务接口、传输协议等技术要求；
（3）研究开发基于TD-LTE技术的无线网络实现技术。
综合应用技术研究报告；
搭建软硬件开发平台。
5.3
2013年11月—2013年12月
（1）完成无线网络基站的建设
（2）完成无线网络信号强度及范围的测试
（3）完成中期评价鉴定
基站正常运行、完成中期评价资料。
5.4
2014年1月—2014年4月
针对配电线路监测业务，结合基于TD-LTE技术的无线网络技术，提出软硬件实施方案；
通信技术现场测试系统的集成开发与调试；
应用软件的开发。
开发及调试报告；
应用软件；
样机。
5.5
2014年5月—2014年8月
完成配网检修日常管理系统的研究与开发
实验室及现场测试研究；
示范工程建设。
示范工程；
专利及论文。
5.6
2014年9月—2014年10月
示范工程测试研究
提交测试报告
5.7
2014年11月—2014年12月
总结研究和测试成果，撰写报告，准备验收
总结、验收
六、项目经费 单位：
万元
科目名称
预算金额
备注
（一）直接费
405
1.人工费
（1）专职研究人员人工费
（2）临时性研究人员人工费
2.设备费
258
（1）仪器、设备购置费
4
附件4-1
（2）仪器、设备试制费
224
附件4-2
（3）软件购置费
30
附件4-3
（4）现有仪器设备使用费
附件4-4
3.业务费
23
（1）材料费
附件4-5
（2）资料费
2
（3）印刷出版费
（4）知识产权费
（5）会议费
8
（6）差旅费
6
（7）培训费
3
4.场地使用费
20
（1）场地物业费
（2）场地租金
5.专家咨询费
5
（二）间接费
（三）外委支出费
144
1.外委研究支出费
114
附件4-6
2.仪器设备租赁费
3.外协测试试验与加工费
附件4-7
（四）税金
合计
注：
各栏目的经费支出应严格按批准的预算和要求填写和执行。
七、项目支付计划
项目支付计划
年度
付款金额
（万元）
自筹金额
收款单位
付款条件
2013年
200
山西振中电力软件有限公司
根据合同分期付款
2014年
259
260
八、保密要求
8.1保密范围
项目参与人员及管理、辅助人员对因本任务实施知悉的、未正式公开的一切资料和信息及研究所涉及成果和主要方案负有保密责任。
8.2保密期限
自相关资料或信息以及研究所涉及成果和主要方案正式向社会公开之日或任务下达方书面解除任务承担方此任务项下保密义务之日起终止。
九、技术成果权益的归属和分享
双方约定，除特殊情况由双方另行协商外，履行本任务产生的发明创造和技术成果归甲方所有，就技术成果产生的专利权、使用收益权、转让权、申请奖励权、成果发布权等权属按以下条款处置。
9.1履行本任务产生的技术成果申请专利的权利归任务下达方享有，未经任务下达方许可，任务承担方不得单独申请专利或向第三方转让专利申请权。
任务承担方取得专利权的，未经任务下达方许可，不得转让专利权或许可第三方实施该专利。
9.2双方均享有本任务产生的技术秘密的使用权，但任务承担方仅能在任务下达方许可的范围内使用该秘密。
因使用该技术秘密所产生的效益，由双方共同协商确定分配方式。
9.3本任务产生的技术秘密的转让权属于任务下达方，任务承担方不得向第三方转让该技术秘密或其使用权，亦不得许可第三方实施使用，任务承担方擅自转让所产生的利益归任务下达方所有。
9.4履行本任务产生的技术成果（包括技术秘密）申请奖励的权利归任务下达方享有。
未经任务下达方许可，任务承担方不得单方申请奖励。
9.5对于任务下达方全资投入的项目，任务下达方保留根据需要无偿使用、开发、使之有效利用和获取收益的权利。
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