基于載波轉(zhuǎn)GPRS模塊的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸研究

國網(wǎng)河南省電力公司社旗縣供電公司 張 菲 張性東 王 偉 張大林 張 浩 劉鑫東 呂 倩 景祥朝

0.引言

為滿足現(xiàn)代社會的電力需求，電力企業(yè)需在山區(qū)、林區(qū)等地域條件下安裝變壓器，利用配電自動化系統(tǒng)對變壓器進(jìn)行控制。配電自動化系統(tǒng)與變壓器的控制交流，紐帶在于信號傳輸，而山區(qū)、林區(qū)等地域條件會限制、阻礙信號的傳輸，使配電自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定性下降，而為改善此狀況，可通過載波轉(zhuǎn)GPRS模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，突破傳統(tǒng)配電自動化受地域條件限制的局限性。

1.載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用范圍分析

1.1 技術(shù)優(yōu)勢分析

本文所設(shè)計的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)具有6項技術(shù)優(yōu)勢，如下文所示：

（1）利用電力線作為通信介質(zhì)，可降低設(shè)備安裝工作量；

（2）兼容性較強，可容納不同規(guī)約協(xié)議要求；

（3）電壓設(shè)計采用寬輸入形式，可滿足多元化用電需求；

（4）載波通信頻率可供選擇，因此通信穩(wěn)定性表現(xiàn)良好；

（5）可兼容多規(guī)格設(shè)備安裝需求；

（6）通信效率較高。

1.2 應(yīng)用范圍分析

本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的應(yīng)用范圍與其他相同系統(tǒng)應(yīng)用范圍一樣，可滿足國網(wǎng)2009、2013規(guī)范集中器；專變采集終端等規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)備的安裝條件。為了驗證本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的功能性，進(jìn)行了試驗運行，運行結(jié)果顯示，在一般情況下，本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)通信穩(wěn)定，且保持良好的效率。但在特殊情況下，當(dāng)載波信號進(jìn)入變壓器、互感器時，則出現(xiàn)了信號大幅度減弱現(xiàn)象，載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)出現(xiàn)通信質(zhì)量差的問題，由此說明本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的安裝需避開此類設(shè)備。

現(xiàn)在我們可以編寫matlab程序，計算上式中磁場各個分量的求和，從而得到空間中任意一點P處的磁感應(yīng)強度矢量。由于我們將矩形電流線圈都分割成多少個微小的直線電流元，隨著N的增大直線電流元數(shù)目會增加，它們的疊加效果就越接近真實的矩形電流線圈。為了觀察我們的離散數(shù)目N對我們計算結(jié)果精度產(chǎn)生的影響，我們定義下面這樣一個相對誤差R(N)

2.載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)主要由從機模塊、主機模塊、串口轉(zhuǎn)換模塊三個部分組成，為了了解系統(tǒng)運行流程，下文對此進(jìn)行逐一分析。

2.1 從機模塊分析

在本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)當(dāng)中，將從機模塊作為載波信號的出發(fā)端，安裝于集中器附近。從機模塊作為載波信號出發(fā)端，主要負(fù)責(zé)載波信號輸出至串口連接線，再通過連接線傳輸至串口轉(zhuǎn)接模塊，完成此階段信號傳輸工作。本文從機模塊具有三個指示燈，即電源指示燈、載波收發(fā)指示燈、串口收發(fā)指示燈，其中電源指示燈即代表從機模塊是否通電，電力來源在于接線盒處，當(dāng)從機模塊通電時，電源指示燈會呈紅色，如不通電則暗淡；載波收發(fā)指示燈即代表從機模塊是否在進(jìn)行信號發(fā)送，在發(fā)送狀態(tài)下載波收發(fā)指示燈會以1秒/次的頻率呈綠色閃爍，如只呈綠色不閃爍則說明信號傳輸停止，需要進(jìn)行故障排查；串口收發(fā)指示燈即代表從機模塊與串口轉(zhuǎn)接模塊在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，交互時會以1秒/次呈青色閃爍，如只呈青色不閃爍則說明信號傳輸停止，需要進(jìn)行故障排查。

2.2 主機模塊

在本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)當(dāng)中，主機模塊主要作為載波信號接收終端，主要對通過串口轉(zhuǎn)換模塊的從機載波信號進(jìn)行接受、回復(fù)[9]、[10]。與從機模塊相同，主機模塊同樣具有電源指示燈、載波收發(fā)指示燈、串口收發(fā)指示燈，其中電源指示燈在通電后呈紅色；在接收到載波信號時，載波收發(fā)指示燈將與從機模塊相同，但如果沒有接收到載波信號，則呈紅色常亮；在主機模塊與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時，同樣與從機模塊的載波收發(fā)指示燈表現(xiàn)一樣。本文系統(tǒng)主機模塊主要安裝于GPRS、CDMA、3G、4G信號傳輸良好的位置，電力來源在于電表箱空開的220kV交流電。

2.3 串口轉(zhuǎn)換模塊

在串口轉(zhuǎn)換模塊安裝采集終端，使其可接受從機模塊、主機模塊的載波信號，并利用串口連接線實現(xiàn)信號的傳輸，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的遠(yuǎn)程通信模塊[11]、[12]。串口轉(zhuǎn)換模塊在通電時，電源指示燈會出現(xiàn)紅色常亮表現(xiàn)，T/R指示燈即為串口收發(fā)指示燈，當(dāng)串口接受信號時會呈綠色閃爍，當(dāng)串口發(fā)出信號時會呈紅色閃爍。

3.實例載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)分析

為驗證本文設(shè)計的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)效果，將系統(tǒng)應(yīng)用于某實例供電單位，通過實測確認(rèn)系統(tǒng)的應(yīng)用與特點。

3.1 實例概況

某供電單位為滿足現(xiàn)代供電需求，進(jìn)而開始擴建變電器工程，在其區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)了專變、公變覆蓋，據(jù)統(tǒng)計得知，該供電單位共擴建變電器終端約17000臺。而在之后運行中，因此供電單位區(qū)域偏遠(yuǎn)多為山區(qū)環(huán)境，所以其變電器終端遠(yuǎn)程傳輸信號出現(xiàn)大量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并存在信號盲區(qū)，嚴(yán)重影響該供電單位的供電水平與經(jīng)濟效益，因此該供電單位需要對此現(xiàn)象進(jìn)行改善。

3.2 實例改善措施

為改善信號弱、信號盲區(qū)現(xiàn)象，實例供電單位采用了加長終端天線、使用信號放大器等相關(guān)措施，但因為成本限制與設(shè)備針對性不足，實施方面受到了阻礙。基于此，將本文所設(shè)計的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)應(yīng)用于此實例供電單位當(dāng)中，對此應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.3 實例信號盲區(qū)應(yīng)用結(jié)果

為驗證本文載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的效果，針對實例供電單位的某個信號盲區(qū)，對載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。實例供電單位信號盲區(qū)位于某山區(qū)深處，此處市場三大運營商信號均為對此點進(jìn)行覆蓋，導(dǎo)致原有的遠(yuǎn)程信號傳輸模塊無法進(jìn)行運作，出現(xiàn)配變監(jiān)測終端無法登陸主站等現(xiàn)象，且為了對此盲區(qū)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，供電單位均采用人工抄表。

在安裝本文設(shè)計的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)之后，于系統(tǒng)通電后的3min對系統(tǒng)信號重點進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)信號表面數(shù)據(jù)上已經(jīng)回復(fù)正常水平，進(jìn)而開始后續(xù)試驗性操作，結(jié)果顯示終端各功能操作順暢，說明終端處于在線狀態(tài)，可支持遠(yuǎn)程信息傳輸、調(diào)控。此外，為驗證本文設(shè)計系統(tǒng)的長久運行效果，要求該供電單位人員每月對本文設(shè)計的載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計，最終在5個月后通過統(tǒng)計結(jié)果了解到，本文設(shè)計的系統(tǒng)每月均表現(xiàn)正常，說明系統(tǒng)的通信穩(wěn)定性、速率等方面均有較高的可靠性，初步判定本文系統(tǒng)可投入實際運行當(dāng)中。

4.結(jié)語

傳統(tǒng)的電力變壓器遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的運行，容易受到地域、環(huán)境、距離等多方面因素的干擾，從而導(dǎo)致其運行受到阻礙，出現(xiàn)大量信號弱區(qū)、信號盲區(qū)，由此在現(xiàn)代電力需求發(fā)展的背景下，無法實現(xiàn)良好的電力運行水平。本文為改善此點，針對載波轉(zhuǎn)GPRS模塊系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，希望可通過此系統(tǒng)改善現(xiàn)狀。