太阳能以其安全可靠、无枯竭危险、低污染等优势,成为发电的重要来源,近年来得到国家的大力发展。光伏电场由于其地理位置、建设规模、并网方式等与传统的火力、水电发电存在较大差异,对通信系统建设提出了新的需求。文章分析了光伏电场的通信需求,研究了基于TD-LTE的通信系统,有效解决了光伏电场数据采集、视频监测、移动检修等业务通信难题,为光伏电场建设提供了一种有效的宽带无线专网通信解决方案。
一、无线电力通信应用技术在光伏分布式电站并网优势
我国通信电力网络使用的主要技术是有线网络通信，并以公网无线通信技术加以补充，有效提高了电网的灵活度。在建设输配电网时，无线通信网络充分利用其不被地面线路所制约的优势。目前，无线通信技术可实现较大的非视距信息传输、具有较强的抗灾能力，其建设周期短、传输安全。快速、安全、经济、可靠的无线通信技术，是应对输配电网通信技术难题的有效解决方法。通信输配电网有效促进无线通信技术的发展及应用，由初期通信微波规模型设备应用，逐步发展到如今的WIMAX、TD-LTE 通信技术，无线通信电力专网能够采用的无线通信技术不断增多。
二、光伏电场通信需求
光伏电场装机容量一般在6 MW 以上，占地面大于10 万m2，交、直流电压等级较多，设备数量多，且地理位置偏僻，维护人员少，要求生产运行、设备监控、环境监测、安保技防等各环节集中统一，能够体现设备位置分散、功能配置灵活的特点。从通信的角度讲，光伏电场有以下需求。
（一）传输信息流量大。场内设备数量众多，测控规模庞大，对信息流量提出高要求，主干线路的通信速率应达到10 Mbps 以上。
（二）覆盖范围广。光伏电场占地面积广，且设备布置分散，为了确保通信网络的充分覆盖，要求所选用的通信方式具有较远的传输距离，应达到5 km 以上。
（三）通信稳定性高。由于装机容量较大且电能用于远程输送，光伏电场需要与电网调度紧密交互，准确接收电网调度命令，及时下达至各电气、机械设备完成响应。通信系统是支持各部件迅速反应、稳定运行的有效保障。
三、无线电力TD － LTE 专网设计方案
TD － LTE 通信技术所具备特点是，可以满足现在与未来的各种网络输配电的需求，选择TD-LTE 无线电力专网，可有效解决DPG 大规模站点接入通信问题。
无线电力TD-LTE 专网覆盖主要集中在光伏并网发电区域，该系统主要架构分别包括：系统基站、核心网、设备终端等。其中核心网负责实现数据传输、网络接入、管理控制、设备终端实现数据的处理及上传与接收、系统基站上下行信号基带的处理及设备终端的控制接入等。部署核心网需由市级控制调度，专网TD-LTE 无线基站一般建在35 kv 变电站周围，使用有线电站35 kv 连接光纤接入专网；采用光纤技术、建立基站，保证无线基站信号可以覆盖到所有35 kv 以下站级的线路，具体包括：环网柜、开闭所、台变、配电柜、光伏分布式电源等电力重要节点。无线接入终端设备利用有线方式与电力终端进行连接。基站的高度在30 m 左右，从而能有效扩展无线通信信号覆盖范围。以1.8 GHZ 的频段TDLTE专网无线网络为例，覆盖城市的小区半径是1.9km，覆盖郊区的半径是3.89 km。能够运用两种信号频段进行配合使用，230 MHZ 可在遥控、遥测、遥信、等环境使用，L8GHZ 在对电力监视和管理时使用，保障了光伏并网电站的安全，也为光伏型电站及电网提供交互智能化。
（一）通信架构
TD-LTE 网络由核心网、网管系统、基站及接入终端组成。区别于传统基站模式，TD-LTE 主要由基带处理单元和射频拉远单元组成。核心
网、网管系统部署于光伏电场的调度中心。鉴于光伏电场升压站（35 kV/110 kV/220 kV）一般具备完善的电力光纤通信专网，一般将BBU 部署于升压站内。用户终端根据现场变压器、逆变器汇流箱等监测需要就近部署，同时也需要考虑视频监测的覆盖及取景因素。
图1 光伏电场TD-LTE 部署结构
TD-LTE 核心网及网管借助现有电力光纤专网与BBU 连接，实现对整个LTE 通信网络的配置、调度、网管等。BBU 通过光纤与部署于光伏现场的RRU 连接，实现有线信号到无线信号的转化。BBU的数量根据光伏电场数据量的规模进行测算，每台BBU 最多配置6 台RRU，RRU 应根据无线网络优化原则，使LTE 无线信号有序、均匀覆盖整个光伏电场。
数据终端、视频监控终端可直接通过网络、串口等直接与CPE 终端连接，实现与调度中心的各应用系统连接。移动手持终端、移动检修车可通过集成LTE 数据模块的方式，实现在TD-LTE 通信网络中的接入。
（二）业务应用
光伏电场由太阳能矩阵、控制器、汇流装饰、逆变器、变压器等组成，为各业务系统提供稳定可靠的通信环境，保障光伏电场正常运行，是通信系统的主要职责。
1）实时监控。实时监控包括光伏电场各参数监测、设备控制、视频监控。光伏电场的太阳能矩阵角度、汇流箱电流、逆变器功率、发电量、环境参数等参数需要通过DTU 或计量装置进行监测；矩阵角度、开关状态等是需要控制的参数。TD-LTE 信号覆盖整个光伏电场，CPE 与各监控装置连接，便于各类监测数据的上传及遥控指令的下达，同时TD-LTE 提供的高实时、大带宽数据通信网络为视频监控提供了良好的数据通道。
2）手持终端。手持终端为工作人员提供了语音、视频通话，并支持短信、拍照、媒体播放等功能，为工作人员之间、现场与调控中心提供了有效、便捷、多样化的共同方式。TD-LTE 各厂商既提供了成熟的手持终端产品，同时也提供了高集成度的LTE 通信模块，为第三方手持终端应用开发提供了便捷的支持。
3）移动检修。光伏电场一般占地面积较大，太阳能矩阵、汇流箱、逆变器等数量庞大，检修时必须使用移动、稳定性良好的检修设备。传统移动检修所采用的通信方式一般为运营商通道，在紧急情况下还可能使用卫星通信，均为借助第三方通信链路，性能得不到保障，或费用较高。使用已部署的TD-LTE 电力专用无线网络，可以实现光伏电场全覆盖的稳定性高、带宽大、无需运营费用的通信保障。
四、结语
光伏作为未来能源发展的方向，必将得到大力发展，这需要完善的通信系统提供保障。本文论述了TD-LTE 作为一种光伏电场通信系统的理论可行性，探讨了基于TD-LTE 的光伏电场通信系统的建设方案、业务应用，并进行了相关的实际测试，对光伏电场通信系统的建设具有重要的参考意义。
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