基于高速電力線載波技術(shù)的采集終端信號(hào)加強(qiáng)方法

鮑長庚，陸沈敏，孫　婷，胡　潔，許純愷，壽佳玨，袁　斐

(國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海　201700)

基于高速電力線載波技術(shù)的采集終端信號(hào)加強(qiáng)方法

鮑長庚，陸沈敏，孫婷，胡潔，許純愷，壽佳玨，袁斐

(國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海201700)

摘要：設(shè)計(jì)了基于高度電力線載波技術(shù)的采集終端信號(hào)加強(qiáng)方法，可實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)覆蓋區(qū)域采集終端穩(wěn)定上線。該方法采用模塊化設(shè)計(jì)，通過串口轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)采集終端與從模塊的數(shù)據(jù)交換，主、從模塊間采用高速電力線載波技術(shù)傳輸通訊數(shù)據(jù)，從而將裝于優(yōu)良信號(hào)位置的主模塊所接收的公網(wǎng)數(shù)據(jù)交給采集終端，實(shí)現(xiàn)信號(hào)加強(qiáng)。實(shí)踐證明，該信號(hào)加強(qiáng)方法穩(wěn)定性好、安裝調(diào)試簡便，為用電信息采集的實(shí)用化應(yīng)用提供了前提。

關(guān)鍵詞：高速電力線載波技術(shù)；采集終端；信號(hào)加強(qiáng)；模塊化

近年來，國家電網(wǎng)公司大力推進(jìn)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)。在此進(jìn)程中，經(jīng)常出現(xiàn)集中器以及專變終端安裝于地下室、封閉電表間等無線公網(wǎng)信號(hào)較弱的位置，造成終端采集設(shè)備處于離線狀態(tài)，影響用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，這種情況在新建小區(qū)中尤為典型。為了解決該問題，研究一種基于窄帶電力線載波技術(shù)的方法，加強(qiáng)采集終端接收到的信號(hào)強(qiáng)度，使終端穩(wěn)定上線[1]。

1一般解決方法

在無法提高終端安裝地點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度的情況下，只能考慮將信號(hào)良好處的信號(hào)引入安裝地點(diǎn)。目前，對(duì)于解決地下室等區(qū)域的弱信號(hào)加強(qiáng)有很多方法，但大多數(shù)解決方法都需面臨重新布線的問題，并且專用的設(shè)備提高了維護(hù)調(diào)試的難度(見表1)。

表1　弱信號(hào)一般解決方法

2基于高速電力線載波技術(shù)的方法

為了克服上述出現(xiàn)的缺點(diǎn)，簡化安裝調(diào)試的難度，考慮使用高速電力線載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)信號(hào)延長加強(qiáng)的效果。

2.1實(shí)現(xiàn)原理

低壓電力線窄帶載波技術(shù)工作在較低的頻率(3～500kHz)，只能獲得最高1Mbps的通信速率，目前在用電信息采集設(shè)備普遍采用這種技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。寬帶載波技術(shù)采用1～30Mhz的載波頻率，速率通常達(dá)到1～200Mbps[4]。選用高速電力線載波技術(shù)，在更高的載波頻率上，信道選擇更多，帶寬增大，在實(shí)時(shí)性、通信速率、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)上有明顯優(yōu)勢，同時(shí)也能避開與終端抄表的窄帶載波信號(hào)產(chǎn)生集中干擾。

本方法通過高速電力線載波技術(shù)在采集終端和通信模塊間形成一條看不見的通信信道，將終端設(shè)備需要上報(bào)數(shù)據(jù)通過電力線傳輸給放置在信號(hào)較好的地點(diǎn)遠(yuǎn)程通信模塊上報(bào)主站，以達(dá)到信號(hào)加強(qiáng)的效果。無需后期布線，降低施工安裝以及后期調(diào)試的工作量，此外高速電力線載波技術(shù)成熟，使用效果好。

該方法將使用主模塊、從模塊以及串口轉(zhuǎn)接模塊三部分模塊實(shí)現(xiàn)功能。系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1　系統(tǒng)示意圖

對(duì)于電力線載波信號(hào)的調(diào)制使用BFSK方式。FSK(頻移鍵控調(diào)制)，使用載波的頻率來傳送數(shù)字信息，BFSK即是使用兩個(gè)不同的頻率f1，f2來對(duì)應(yīng)符號(hào)“1”、“0”的雙頻FSK技術(shù)，傳輸數(shù)據(jù)與載波的幅度及相位無關(guān)。雖然該技術(shù)實(shí)現(xiàn)得較早，但實(shí)現(xiàn)比較容易，無需復(fù)雜的鎖相與相位同步，對(duì)硬件和軟件的資源需求都非常小[5]。

2.2模塊化實(shí)現(xiàn)

具體實(shí)現(xiàn)以采用GPRS通信模塊的集中器為例，有串口轉(zhuǎn)接模塊、從模塊、主模塊。

(1)串口轉(zhuǎn)接模塊

該模塊安裝在集中器右側(cè)替換原GPRS通信模塊，通過串口與集中器相連，串口轉(zhuǎn)接模塊通過RS232串口連接線把集中器串口數(shù)據(jù)和端口狀態(tài)給從模塊(見圖2)。

圖2　串口轉(zhuǎn)換模塊外形圖

(2)從模塊

載波轉(zhuǎn)GPRS的從模塊安裝在集中器側(cè)，通過RS232串口連接線與串口轉(zhuǎn)接模塊連接，主要與集中器通訊，并將數(shù)據(jù)通過載波方式傳給主模塊(見圖3)。

圖3　從模塊外形圖

(3)主模塊

主模塊安裝在同一臺(tái)區(qū)基站信號(hào)較好處，把原來集中器的GPRS通信模塊安裝在主模塊對(duì)應(yīng)插座上，主、從模塊之間通過高速電力線載波通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸(見圖4)。

圖4　主模塊外形圖

2.3性能指標(biāo)

國家電網(wǎng)公司推出2013標(biāo)準(zhǔn)后，本地通信接口可以實(shí)現(xiàn)互換性，使用寬帶頻率的模塊完全可以和符合國家電網(wǎng)13標(biāo)準(zhǔn)的集中器等終端無縫銜接。這里載波頻率選擇了1.3MHz，設(shè)計(jì)的模塊對(duì)數(shù)據(jù)采用了透明傳輸方式，不作規(guī)約的限制，將簡化設(shè)備的程序設(shè)計(jì)，可用于專變終端、集中器等多種終端，有良好的普適性。遠(yuǎn)程信道可采用GPRS、CDMA、PSTN等通信模塊，并支持更換EPON、中壓電力線載波等通信模塊。波特率為原來集中器和GPRS模塊的串口速率。安裝轉(zhuǎn)接設(shè)備后被分為兩塊，分別為從機(jī)和集中器之間串口速率以及主機(jī)和GPRS遠(yuǎn)程通信模塊之間串口速率，兩個(gè)速率需要和原來集中器與模塊串口速率相同才能正常通信。

設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)見表2。

表2　技術(shù)參數(shù)

3應(yīng)用情況與效果

2015年，青浦供電公司在轄區(qū)范圍內(nèi)選取多個(gè)小區(qū)信號(hào)弱覆蓋地點(diǎn)10處，采用高速電力線載波信號(hào)加強(qiáng)方法進(jìn)行試點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于高速電力線載波技術(shù)的采集終端信號(hào)加強(qiáng)方法在地下室弱信號(hào)情況下，能夠有效提升信號(hào)強(qiáng)度，月平均在線率達(dá)到99%以上(見圖5)。

圖5　使用信號(hào)加強(qiáng)后終端月平均在線率

終端平均信號(hào)強(qiáng)度由之前的-102dB，提高到-69dB(見表3)。測試效果符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

表3　使用信號(hào)加強(qiáng)后終端平均信號(hào)強(qiáng)度　dB

主模塊安裝時(shí)選擇GPRS、CDMA信號(hào)較好表箱位置(可通過隨身攜帶的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)來判定基站信號(hào)好壞，一般安裝在信號(hào)顯示3-4格處)，主模塊從表箱表尾、接線盒等有220V交流電地方取電，安裝時(shí)要確保主、從模塊在同一臺(tái)區(qū)同一相序。調(diào)試時(shí)，主、從模塊的串口指示燈和載波指示燈通過閃爍來指示串口數(shù)據(jù)和載波數(shù)據(jù)的通訊狀況。

4結(jié)語

用電信息采集系統(tǒng)的實(shí)用化使用受多種因素的影響，其中采集數(shù)據(jù)鏈源頭的終端穩(wěn)定在線是基本前提。目前小區(qū)普遍將配電房移至地下室，存在公網(wǎng)信號(hào)較弱或者無信號(hào)的情況，同時(shí)公網(wǎng)通信工程建設(shè)也往往滯后，這就需要采取措施加強(qiáng)公網(wǎng)信號(hào)。本文采用的基于高速電力線載波技術(shù)的信號(hào)加強(qiáng)方法采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝簡易、無需額外布線，且調(diào)試方便，適用于目前的弱信號(hào)情況，可用于符合國網(wǎng)13規(guī)約的專變終端、集中器等，很好的實(shí)現(xiàn)了終端設(shè)備的穩(wěn)定上線，為用電信息采集系統(tǒng)的實(shí)用化應(yīng)用提供了支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鵬，司徒彪. 公網(wǎng)通信盲區(qū)電能量數(shù)據(jù)傳輸解決方案研究[J]. 裝備制造技術(shù),2013(12):227-229.

WANGPeng，SITUBiao.PublicCommunicationBlindZoneElectricEnergyDataTransmissionSolution[J].EquipmentManufacturingTechuology, 2013(12):227-229.

[2]關(guān)永前,向衛(wèi)東,粟海. 營銷信息采集終端安裝地點(diǎn)無GPRS信號(hào)覆蓋問題研究[J]. 湖南電力,2011,31(1):57-58.

[3]王紹槐,王璟. 無公網(wǎng)信號(hào)覆蓋的專變終端通信解決方案[J]. 大眾用電,2014(11):25-26.

[4]余根. 高速窄帶電力線載波技術(shù)及其應(yīng)用[D]. 合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2013.

[5]國家電網(wǎng)公司營銷部. 用電信息采集通信技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京:中國電力出版社.

(本文編輯：楊林青)

Acquisition Terminal Signal Strengthening Method Based on High Speed Power Line Carrier Technology

BAO Chang-geng，LU Shen-min, SUN Ting, HU Jie, XU Chun-kai, SHOU Jia-jue, YUAN Fei

(StateGridQingpuPowerSupplyCompany,SMEPC,Shanghai201700,China)

Abstract:This paper designs acquisition terminal signal strengthening method based on high speed power line carrier technology to ensure the acquisition terminal to come online in the weak signal coverage area. The method adopts the modularized design, and achieves the data exchange via a debugger conversion module from acquisition terminal to the module. Between master and slave module, high-speed power line carrier technology is adopted for communication data transmission. Thereby, the public network data can be transmitted from the master module in good signal acquiring position to acquisition terminal, strengthening the signals. Practice has proved that the signal strengthening method is stable, and convenient in installation and debugging, providing reference to the electricity information acquisition application.

Key words:high-speed power line carrier technology; acquisition terminal; signal strengthening; modularization

DOI：10.11973/dlyny201603012

作者簡介：鮑長庚(1972)，男，高級(jí)工程師，副總經(jīng)理，從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化研究。

中圖分類號(hào)：TM73

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1256(2016)03-0314-03

收稿日期：2016-03-13