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摘要：配用电自动化是提高供电可靠性、保证电能质量最直接有效的技术手段,是智能电网的重要基础。然而,我国配用电网络自动化及智能化程度远落后于输电网,面临的压力尤为突出。相比主网采用的光纤、载波技术,新型的电力无线宽带系统包括5G通信网络、D2D无线系统等,是更适用于海量广域分布的配用电业务接入的可行方式。目前,国内电力通信的专用频率仅有230MHz的1M离散带宽和1.8GHz的5M带宽。配用电接入业务数量迅速增加与电力专用频谱紧缺的矛盾愈加凸显,成为制约需求响应机制正常运转的主要瓶颈。本文依托南方电网电力无线宽带通信网示范工程,开展智能电网电力无线宽带通信网规划方法、盲点覆盖增强技术和安全数据传输策略研究。本文的主要研究内容如下:（1）分析电力专用频率（230MHz和1.8GHz）无线信号覆盖特性,根据发射设备、发射天线、接收设备、接收天线、馈线等典型参数,进行传播模型校正,获得各城市在230MHz和1800MHz频段的无线传播模型。根据发射天线挂高、发射功率、穿透损耗等参数,结合传播模型校正结果,进行链路预算,进而获得单站的综合覆盖距离。（2）针对电力无线宽带网络的特殊应用场景,研究在基于5G系统的候选站址、配用电用户位置以及业务需求、无线环境等条件下,常用基站优化选址算法的优势和不足。在此基础上,本文提出一种面向5G系统的基于改进退火算法的电力通信网络规划方案,在保证已知业务点的信号覆盖前提下最优化经济成本的。此外,针对不同用户的无线覆盖优先等级,本文提出一种改进遗传算法的网络规划方案,在成本优化的大前提下,优先覆盖高等级业务点。（3）电力无线宽带网建设首先要解决的问题是网络覆盖,然而通信网络建设存在覆盖盲区是不可避免的。本文分析单盲点增强覆盖场景下的无线链路连通性,推导中断概率的数学表达;在此基础上,延生至多盲点覆盖场景,本文提出一种双层KM算法机制,可以保证多盲点情况下总体覆盖率的最大化,通过仿真可知随着激活终端的数量的增加,有效接入率可以接近100%,从而证明了本算法的可行性和算法的收敛性。（4）提出了一种基于微功率无线网络的数据传输优化框架,以提高AMI无线数据采集过程中的安全性与可靠性。针对计量数据无线采集过程中可能遭受的干扰,窃听等多种恶意攻击行为,采用网络形成博弈与非合作博弈理论进行问题建模,进而提出了一种分布式多跳自组织路由策略,提高了数据采集的可靠性与安全性,并预测复杂恶意节点的攻击行为偏好。（5）为了进一步解决多节点协作引入主信道-窃听信道的差异,以尽可能大的提升AMI网络中所有源节点（例如电表或集中器等数据发射单元）的保密传输速率。本文从波速成形与物理层安全的角度出发,提出了一种基于联盟博弈的无线节点协作干扰传输策略,并进一步根据享乐博弈的思想提出一种分布式享乐结盟算法以提高计量数据采集过程中的保密传输速率。
关键词：电力无线宽带网;智能电网;
文章目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 本课题研究背景及研究意义
1.1.1 技术发展背景
1.1.2 行业发展背景
1.2 国内外相关研究现状
1.2.1 无线网络规划研究现状
1.2.2 D2D技术研究现状
1.2.3 5G通信系统及认知无线电技术研究现状
1.3 本课题研究目标和主要研究内容
1.3.1 课题研究目标
1.3.2 主要研究内容
1.4 课题来源
1.5 本章小结
第二章 智能电网无线覆盖性能研究及测试
2.1 前言
2.2 无线信道传输特性
2.2.1 两种衰落特性
2.2.2 三种传播效应
2.2.3 信道大尺度衰落特性
2.3 大尺度衰落信道模型
2.3.1 地面反射(双线)模型
2.3.2 奥村(Okumura)模型
2.3.3 奥村-哈嗒(Okumura-Hata)模型
2.3.4 对数阴影模型
2.4 基于奥村-哈嗒模型的覆盖研究分析
2.4.1 无线覆盖半径计算方法
2.4.2 多种制式覆盖半径理论计算数据
2.4.3 信道模型理论计算总结
2.5 无线信号覆盖测试验证
2.5.1 测试系统组成
2.5.2 实地测试覆盖总结
2.6 本章小结
第三章 基于5G的电力无线通信网络规划方案研究
3.1 前言
3.2 常用基站优化选址算法
3.2.1 基于遗传算法的选址优化方案
3.2.2 基于人工鱼群算法的选址优化方案
3.2.3 基于粒子群算法的选址优化方案
3.2.4 常用选址算法局限性分析
3.3 基于改进退火算法的5G网络规划方案
3.3.1 5G基站部署模型
3.3.2 模拟退火算法及其改进
3.3.3 仿真及性能分析
3.4 基于改进遗传算法的5G网络规划方案
3.4.1 遗传算法
3.4.2 改进的遗传算法
3.4.3 改进遗传算法优点分析
3.5 本章小结
第四章 基于D2D的电力通信网覆盖盲区增强技术研究
4.1 前言
4.2 单盲点增强覆盖场景下的无线链路连通性分析
4.2.1 系统建模
4.2.2 D2D中继连通性分析
4.2.3 仿真分析
4.3 多盲点增加覆盖配对算法研究
4.3.1 系统模型
4.3.2 问题建模
4.3.3 候选中继节点和复用信道分析
4.3.4 中继节点和信道匹配优化问题
4.3.5 算法小结
4.4 仿真分析
4.5 实际应用案例分析
4.6 本章小结
第五章 AMI仪表数据采集与路由安全机制
5.1 前言
5.2 基于Mesh组网的仪表数据采集问题描述
5.2.1 面向电力需求数据传输的无线Mesh网络模型
5.2.2 网络形成-非零和的混合博弈建模
5.3 混合博弈的解及虚拟对策学习算法
5.4 仿真结果与分析
5.5 本章小结
第六章 基于联盟博弈的AMI无线传输保密机制
6.1 前言
6.2 系统模型与问题建模
6.3 联盟博弈建模
6.4 分布式享乐博弈优化算法
6.5 仿真结果与分析
6.6 本章小结
结论与展望
参考文献
[1]智能电网电力无线蜂窝网络选址规划机制研究[J]. 万琪,许永琨,赵晨. 自动化与仪器仪表. 2017(12)
[2]协作干扰下的无线安全传输联盟享乐博弈[J]. 曹扬,张斌,邱雪松,郭少勇. 北京邮电大学学报. 2017(S1)
[3]一种基于认知无线电的智能电网监测系统（英文）[J]. 罗祾,徐琴,周健,柏扬,平健. 华东电力. 2014(10)
[4]认知无线电在智能电网中的研究进展及发展趋势[J]. 姚继明,梁云,李炳林,黄莉. 计算机科学. 2013(S2)
[5]LTE技术在智能配电网中的应用研究[J]. 吴玮,龚宇,杜洁,游绍华,杨竞悦,胡劲松. 电力系统通信. 2012(04)
[6]智能配电网通信组网技术研究及应用[J]. 李祥珍,何清素,孙寄生. 中国电力. 2011(12)
