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(zhǎng)，系統(tǒng)已逐步具備對(duì)計(jì)量裝置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和智能診斷的能力。但是在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，基于載波通信的數(shù)據(jù)采集由于受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，抄讀準(zhǔn)確率會(huì)有較大偏差，需要設(shè)計(jì)一種仿真檢測(cè)方法對(duì)各類采集終端現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性進(jìn)行考核。

計(jì)量裝置和終端設(shè)備異常事件檢測(cè)系統(tǒng)可以通過模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況，最大限度地滿足用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)終端使用要求，達(dá)到未裝先檢的效果，大大提高采集終端現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果和運(yùn)維工作效率，減少現(xiàn)場(chǎng)采集運(yùn)維工作量，縮小運(yùn)維成本，從而加快電力營(yíng)銷信息化建設(shè)的進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：終端檢測(cè);載波通信;干擾分析;模擬實(shí)驗(yàn)

引言

在近些年的發(fā)展中，歐美發(fā)達(dá)國(guó)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(yuǎn)超我國(guó)。但我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)一直都在按照已經(jīng)擬定號(hào)的步驟和方向在繼續(xù)進(jìn)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(duì)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(dāng)作傳輸媒介，對(duì)信息數(shù)據(jù)或語言數(shù)據(jù)等進(jìn)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(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)。在技術(shù)上，電力載波通信不再是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(gè)控制節(jié)點(diǎn)（受控設(shè)備）組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。該通信技術(shù)最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)中就是不需要對(duì)現(xiàn)有建筑物進(jìn)行修正，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。電力線載波通信的應(yīng)用范圍從電力調(diào)度通信，擴(kuò)展到更廣泛的數(shù)據(jù)采集、繼電保護(hù)、遠(yuǎn)方抄表、系統(tǒng)監(jiān)控、圖像傳輸、直流輸電、配網(wǎng)自動(dòng)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(yuǎn)超過無線和專線的終端。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

智能采集終端檢測(cè)系統(tǒng)由裝置硬件和計(jì)算機(jī)軟件兩部分組成，裝置硬件為被測(cè)智能采集終端及采集器提供工作電源和信號(hào)載體，計(jì)算機(jī)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(cè)試裝置主要由測(cè)試電源、表位控制器、載波影響模塊組成。如圖1所示，其中測(cè)試電源為采集終端和采集器或智能表提供電壓、電流信號(hào)，表位控制模塊實(shí)現(xiàn)各工位的接入和斷開，而載波影響試驗(yàn)?zāi)K接入電壓線路，對(duì)通訊情況進(jìn)行模擬干擾。整個(gè)系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)和交換機(jī)統(tǒng)一控制，通過對(duì)不同載波干擾條件下數(shù)據(jù)抄讀成功率、準(zhǔn)確率的匯總統(tǒng)計(jì)，達(dá)到分析不同廠家采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)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(yīng)用

通訊環(huán)境模擬采用2種方法實(shí)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(dǎo)致信號(hào)衰減所造成的通訊影響。（2）增加噪聲信號(hào)發(fā)生器，在載波通訊線路注入線號(hào)干擾信號(hào)，模擬電器工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲對(duì)載波通訊影響。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)：

（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(cè)試所有現(xiàn)場(chǎng)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(duì)比考核。

（2）裝置可最大化模擬終端現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(gè)數(shù)可以設(shè)置為不同。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先由模擬表根據(jù)需求產(chǎn)生對(duì)應(yīng)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(cè)試抄讀成功率。

數(shù)據(jù)集中器往上與系統(tǒng)上位機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)成為比較棘手的問題?？梢孕陆ňW(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(cè)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(gè)角度做評(píng)估，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸不影響現(xiàn)有企業(yè)局域網(wǎng)的正常運(yùn)行、不存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以借用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，免去重新建網(wǎng)所需高昂的費(fèi)用。

4實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證智能采集終端檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性，實(shí)驗(yàn)室抽取了青島鼎信、瑞斯康、東軟等六個(gè)廠家的載波通訊模塊進(jìn)行檢測(cè)。通過模擬不同測(cè)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(xiàng)數(shù)據(jù)抄讀正常。不僅用時(shí)較少而且成功率達(dá)到100%，進(jìn)一步驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(qiáng)，在載波衰減達(dá)到140db時(shí)，數(shù)據(jù)抄讀成功率仍能達(dá)到100%;而瑞斯康載波模塊抗干擾能力較弱，在載波衰減達(dá)到67db時(shí)，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(qiáng)，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(fù)雜環(huán)境實(shí)際影響

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境中，載波通訊既會(huì)受到衰減影響，又會(huì)有諧波干擾等情況發(fā)生。所以需要將二者進(jìn)行組合，模擬用電現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，中睿昊天載波模塊在同時(shí)受到同頻率調(diào)制波干擾和信號(hào)衰減時(shí)，僅能衰減6db，數(shù)據(jù)抄讀成功率就會(huì)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(cè)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(xiàng)目測(cè)試均可通過。但當(dāng)加入噪聲干擾和對(duì)載波通信進(jìn)行衰減后，各載波通訊模塊會(huì)受到不同程度干擾，通信成功率也會(huì)相應(yīng)降低。如果載波制造廠商生產(chǎn)的通訊模塊抗干擾能力強(qiáng)，則通信受影響較小，反之通信成功率下降極快。達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

結(jié)束語

本項(xiàng)研究以系統(tǒng)先進(jìn)性和實(shí)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(shì)，模擬現(xiàn)場(chǎng)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(fù)載，這些負(fù)載的接入和斷開具有隨機(jī)性，造成收、發(fā)信機(jī)的輸出阻抗和輸入阻抗很難和線路的阻抗匹配，信號(hào)衰減嚴(yán)重，同時(shí)連接在電力線上的各種負(fù)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(cè)在不同載波環(huán)境下的計(jì)量數(shù)據(jù)抄讀成功率，并判斷相應(yīng)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(qiáng)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(dá)到國(guó)網(wǎng)公司的技術(shù)要求，進(jìn)而滿足電力用戶的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]車仁飛，梁軍，吳成安.一種提高故障錄波裝置測(cè)量精度的方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（22）：73～78.

[2]湯效軍.電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)[J].電力系統(tǒng)通信，2003，1：47～51.

[3]徐偉，王斌，姜元建.低壓電力線載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2010年S2期.

[4]趙亞博，王冠超.低壓電力線載波通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域研究論述[J]科技傳播，2015（12）：24-25.

[5]張高境，張金鳳，余占東.電力載波通信調(diào)制技術(shù)研究[J].無線互聯(lián)科技，2015（13）：1-2.