基于電力載波通信的采集終端檢測技術(shù)研究

王曉敏

摘要：隨著用電信息采集建設(shè)的不斷深入，采集終端安裝率和采集數(shù)據(jù)量的不斷增長，系統(tǒng)已逐步具備對計量裝置進行在線監(jiān)測和智能診斷的能力。但是在實際監(jiān)測中，基于載波通信的數(shù)據(jù)采集由于受到現(xiàn)場環(huán)境的影響，抄讀準確率會有較大偏差，需要設(shè)計一種仿真檢測方法對各類采集終端現(xiàn)場環(huán)境的適應性進行考核。

計量裝置和終端設(shè)備異常事件檢測系統(tǒng)可以通過模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行工況，最大限度地滿足用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)場終端使用要求，達到未裝先檢的效果，大大提高采集終端現(xiàn)場應用效果和運維工作效率，減少現(xiàn)場采集運維工作量，縮小運維成本，從而加快電力營銷信息化建設(shè)的進程。

關(guān)鍵詞：終端檢測;載波通信;干擾分析;模擬實驗

引言

在近些年的發(fā)展中，歐美發(fā)達國家的智能電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)水平有了很大的提高，已經(jīng)遠超我國。但我國的智能電網(wǎng)建設(shè)一直都在按照已經(jīng)擬定號的步驟和方向在繼續(xù)進步。目前已經(jīng)建立起了一套較為完善的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，其主要的部分就是在針對用戶用電情況建立的電信息采集系統(tǒng)。

1電力載波通信介紹

電力載波通信主要指的是以220V或380V的低壓配電線當作傳輸媒介，對信息數(shù)據(jù)或語言數(shù)據(jù)等進行傳輸?shù)囊环N通信方式。它具有可靠性高、投資少、見效快、與電網(wǎng)建設(shè)同步等得天獨厚的優(yōu)點。在技術(shù)上，電力載波通信不再是點對點通信的范疇，而是突出開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的概念，使得每個控制節(jié)點（受控設(shè)備）組成一個網(wǎng)絡(luò)進行集中控制。該通信技術(shù)最大特點是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)在現(xiàn)實中就是不需要對現(xiàn)有建筑物進行修正，只要有電線，就能進行數(shù)據(jù)傳遞。電力線載波通信的應用范圍從電力調(diào)度通信，擴展到更廣泛的數(shù)據(jù)采集、繼電保護、遠方抄表、系統(tǒng)監(jiān)控、圖像傳輸、直流輸電、配網(wǎng)自動化、小水電控制及IP網(wǎng)絡(luò)等方面。電力網(wǎng)上加載的終端數(shù)量遠超過無線和專線的終端。

2實驗設(shè)計

智能采集終端檢測系統(tǒng)由裝置硬件和計算機軟件兩部分組成，裝置硬件為被測智能采集終端及采集器提供工作電源和信號載體，計算機軟件包含采集終端與電能表模擬通訊、方案配置、數(shù)據(jù)分析等功能。測試裝置主要由測試電源、表位控制器、載波影響模塊組成。如圖1所示，其中測試電源為采集終端和采集器或智能表提供電壓、電流信號，表位控制模塊實現(xiàn)各工位的接入和斷開，而載波影響試驗模塊接入電壓線路，對通訊情況進行模擬干擾。整個系統(tǒng)通過計算機和交換機統(tǒng)一控制，通過對不同載波干擾條件下數(shù)據(jù)抄讀成功率、準確率的匯總統(tǒng)計，達到分析不同廠家采集設(shè)備現(xiàn)場適應性和抗干擾能力的目的。

3電力載波通信關(guān)鍵技術(shù)研究及在信息網(wǎng)與工業(yè)網(wǎng)的融合應用

通訊環(huán)境模擬采用2種方法實現(xiàn)：（1）在集中器和載波表之間加入載波衰減器，該衰減器為寬帶衰減器，衰減值可以在1-90DB設(shè)置，用于模擬電力線的距離增加和阻抗不匹配導致信號衰減所造成的通訊影響。（2）增加噪聲信號發(fā)生器，在載波通訊線路注入線號干擾信號，模擬電器工作時產(chǎn)生的噪聲對載波通訊影響。

實驗時，裝置掛表板可掛接2只采集終端，一主一備。18只采集器或18只智能表，各工位有電壓電流輸入，且電壓電流均可以單工位控制。該仿真系統(tǒng)有如下特點：

（1）根據(jù)采集終端+采集器+模擬表的任意組合，各工位可選擇不同的掛表方式，測試所有現(xiàn)場可能的組合模擬，并接入不同的載波衰減和噪聲干擾，便于對比考核。

（2）裝置可最大化模擬終端現(xiàn)場運行環(huán)境，上行與主站通訊方式支持GPRS/CDMA無線公網(wǎng)，In-ternet網(wǎng)口通訊等，下行與采集器電能表通訊支持載波通訊和RS485通訊，模擬表的個數(shù)可以設(shè)置為不同。實驗時，先由模擬表根據(jù)需求產(chǎn)生對應的事件，而后經(jīng)由不同的通訊組合和方式，在特定的干擾下，測試抄讀成功率。

數(shù)據(jù)集中器往上與系統(tǒng)上位機通信的網(wǎng)絡(luò)成為比較棘手的問題。可以新建網(wǎng)絡(luò)，但集中器分布在廠區(qū)不同位置，作為老廠區(qū)重新布網(wǎng)涉及的工作量、工作難度都很艱巨。該文選擇利用現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)，即企業(yè)局域網(wǎng)。選擇企業(yè)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)傳輸，需從網(wǎng)絡(luò)安全性、數(shù)據(jù)量的測算、互相之間的干擾、企業(yè)下一步信息發(fā)展規(guī)劃及具體聯(lián)通方式等多個角度做評估，當數(shù)據(jù)傳輸不影響現(xiàn)有企業(yè)局域網(wǎng)的正常運行、不存在風險時，可以借用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺，免去重新建網(wǎng)所需高昂的費用。

4實驗分析

為了驗證智能采集終端檢測系統(tǒng)的實用性，實驗室抽取了青島鼎信、瑞斯康、東軟等六個廠家的載波通訊模塊進行檢測。通過模擬不同測試環(huán)境，分析載波廠家產(chǎn)品優(yōu)劣。

（1）優(yōu)良環(huán)境

優(yōu)良環(huán)境下，各項數(shù)據(jù)抄讀正常。不僅用時較少而且成功率達到100%，進一步驗證了實驗臺體數(shù)據(jù)的可靠性。

（2）純載波衰減環(huán)境影響

中睿昊天載波模塊抗衰減能力較強，在載波衰減達到140db時，數(shù)據(jù)抄讀成功率仍能達到100%;而瑞斯康載波模塊抗干擾能力較弱，在載波衰減達到67db時，抄讀成功率已顯著下降。

（3）純諧波干擾環(huán)境影響

在純諧波干擾影響下，中睿昊天載波模塊抗干擾能力較強，在接近同頻率調(diào)制波干擾下，通訊幾乎不受任何影響;而青島鼎信在此方面較弱，同頻率調(diào)制波干擾下，通訊成功率下降至20%以下。

（4）復雜環(huán)境實際影響

在現(xiàn)場實際環(huán)境中，載波通訊既會受到衰減影響，又會有諧波干擾等情況發(fā)生。所以需要將二者進行組合，模擬用電現(xiàn)場的實際環(huán)境。經(jīng)實驗分析，中睿昊天載波模塊在同時受到同頻率調(diào)制波干擾和信號衰減時，僅能衰減6db，數(shù)據(jù)抄讀成功率就會顯著下降;而東軟載波模塊則能衰減至16db，仍能不受影響。經(jīng)綜合測試，各載波廠家抗干擾能力如表1所示：

由上述分析可知，在未受載波衰減和噪聲干擾的優(yōu)良環(huán)境下，載波通信成功率很高，各項目測試均可通過。但當加入噪聲干擾和對載波通信進行衰減后，各載波通訊模塊會受到不同程度干擾，通信成功率也會相應降低。如果載波制造廠商生產(chǎn)的通訊模塊抗干擾能力強，則通信受影響較小，反之通信成功率下降極快。達到實驗目的。

結(jié)束語

本項研究以系統(tǒng)先進性和實用性為基本原則，充分發(fā)揮軟件與硬件相結(jié)合的優(yōu)勢，模擬現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集過程并加以診斷分析。電力線載波通信技術(shù)也存在一些不足之處。這主要是由于電力線是用來傳輸電能的，電力線上接有各種各樣的負載，這些負載的接入和斷開具有隨機性，造成收、發(fā)信機的輸出阻抗和輸入阻抗很難和線路的阻抗匹配，信號衰減嚴重，同時連接在電力線上的各種負載設(shè)備也成了噪聲來源。在系統(tǒng)的建設(shè)過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)主站與采集終端、終端與采集器、終端與載波表、采集器與模擬表、采集器與物理表間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)采集，能夠監(jiān)測在不同載波環(huán)境下的計量數(shù)據(jù)抄讀成功率，并判斷相應載波制造廠商通信模塊制造技術(shù)的優(yōu)劣，從而選擇穩(wěn)定，抗干擾能力強的載波通信模塊，確保用電采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集成功率達到國網(wǎng)公司的技術(shù)要求，進而滿足電力用戶的需要。

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