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电力无线专网的可行性分析及应用研究

刘伟东  
【摘要】:随着不可再生能源的逐渐消耗以及全球气候变暖,以智能电网作为基础平台的能源互联网概念正快速兴起,并对我国电力网络提出了更高的要求。现阶段我国电网网架结构还比较薄弱,还没有实现利用信息通信等技术达到能量和信息的全面双向流动,目前在电力系统中应用的通信手段主要有光纤通信专网、电力线通信、租用公网等,但由于光纤通信建设成本高、电力线通信存在衰减不能提供高质量数据传输服务以及租用公网不安全等各种因素,导致建设全系统整体性的智能感知网络成为遏制智能电网发展的一个重要难题。随着无线通信技术的快速发展,具有高速率、大容量、高频谱利用率等特性的TD-LTE(分时长期演进,Time Division Long Term Evolution)带宽通信技术已成为建设电力无线专网的研究热点。本文在充分调研了无线通信技术在电力网络中的应用现状,以及比对分析现有主流无线通信技术特性后,提出了一套基于TD-LTE无线带宽技术的组网方案,并通过详细的理论分析和仿真验证,证实了该组网方案的可行性和高效性。对于专网无法覆盖的盲点地区,提出了采用无人机作为通信中继协助通信的方案。主要内容如下:(1)介绍了电力无线专网的发展现状,以及输电、变电、配电、用电四个电力环节的通信需求。通过现有无线通信技术系统属性对比,得出TD-LTE技术在电力业务承载中的优越性。通过建立符合电力业务特性的TD-LTE网络单站小区承载的无线接入层带宽需求模型,论证了TD-LTE技术承载智能电网中无线电力通信业务的可行性。(2)提出了以1.8GHz频段作为TD-LTE电力无线专网承载频谱的组网方案,并从链路预算、系统带宽选择、系统容量估算等多个方面验证了该组网方案的可行性。(3)针对TD-LTE电力无线专网因特殊原因导致某些地区无法覆盖的问题进行了研究,提出了一种引入无人机作为通信中继采集电力巡检业务信息的解决方法,并在此场景下提出了一种通过联合优化传感器调度系数与无人机飞行轨迹以达到最大化无人机接收速率的迭代算法。该算法通过标准线性规划和连续凸优化技术解得了目标函数的局部最优解,通过仿真验证表明此算法能有效地提升无人机的收集速率,符合电力巡检业务的承载需求。


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