電力負(fù)荷管理系統(tǒng)應(yīng)用19.2Kbps可行性分析

摘 要：無線電頻率資源緊張問題是困擾230M無線專網(wǎng)電力負(fù)荷管理系統(tǒng)發(fā)展的問題之一。本文通過對19.2Kbps通訊速率的可行性調(diào)查分析，給正在發(fā)展壯大的中小電力負(fù)荷管理系統(tǒng)以借鑒參考，結(jié)合常熟電力負(fù)荷管理系統(tǒng)對下一步發(fā)展方向做可行性分析。

關(guān)鍵詞：無線電負(fù)荷管理

中圖分類號：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2012）02（c）-0000-00

1 目的和意義

最近幾年來，江蘇全省各地電力負(fù)荷管理系統(tǒng)為更好的解決通訊成功率及數(shù)據(jù)補(bǔ)測效率的問題，都在不斷地進(jìn)行系統(tǒng)升級優(yōu)化。作為江蘇電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的縮影，常熟電力負(fù)荷管理系統(tǒng)近幾年也不斷努力，就如何突破大規(guī)模終端數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)補(bǔ)測效率的瓶頸，如何在有序用電期間更快更好的執(zhí)行上級指令等方面做深入的分析研究，希望將經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛲茝V，給正在發(fā)展壯大的中小電力負(fù)荷管理系統(tǒng)以借鑒參考。

2 項(xiàng)目背景

2.1必要性

截至2011年底，常熟電力負(fù)荷管理系統(tǒng)終端總數(shù)為6237臺(tái)，其中230M無線專網(wǎng)的I型終端4939臺(tái)（本文所涉及的主站和終端均應(yīng)用230M無線專網(wǎng)）。2007年初時(shí)系統(tǒng)終端數(shù)量達(dá)2500多臺(tái)，采用一對雙工頻點(diǎn)通訊，介于當(dāng)時(shí)全省電力負(fù)荷管理系統(tǒng)實(shí)用化的需要，系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)均不能正常采集回所需終端數(shù)據(jù)，涉及問題主要來自于三個(gè)方面：一是頻率資源的問題；二是通訊速率的問題；三是大量數(shù)據(jù)召測的問題。為解決這一問題，將原有1200bps速率的終端升級改造為9600bps通訊速率，2007年初從蘇州無線電管理委員會(huì)獲批一對特殊雙工頻點(diǎn)，緩解了原先頻點(diǎn)的過飽和狀態(tài)。通訊速率的提高及頻點(diǎn)的新增，短期內(nèi)解決了存在的矛盾。隨著負(fù)荷管理系統(tǒng)功能的開發(fā)，加之終端數(shù)量與日俱增，采集效率在一定程度上又有所下降。因此，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的運(yùn)行效率，解決信號盲區(qū)成為系統(tǒng)發(fā)展的必然。

另一方面，根據(jù)國網(wǎng)公司用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)一部署，終端數(shù)量的不斷增加使頻點(diǎn)容量日益緊張，特別是在我蘇南地區(qū)尤其突出。2010年12月國家發(fā)改委等六部委下發(fā)了《需求側(cè)管理辦法》，明確負(fù)荷管理系統(tǒng)是需求側(cè)管理的依托系統(tǒng)，電網(wǎng)企業(yè)是電力需求側(cè)管理的主體，解決系統(tǒng)存在的問題，特別是頻點(diǎn)容量緊張的問題已迫在眉睫、刻不容緩。

2.2可行性

2010年初，為了解決系統(tǒng)容量不足的問題，南京新聯(lián)電子股份有限公司研發(fā)的高速組網(wǎng)系統(tǒng)在南京棲霞供電局進(jìn)行了試點(diǎn)，取得了良好的效果。通信速率提高到19.2Kbps，傳輸速度理論上達(dá)到1200bps系統(tǒng)的10倍以上，即使按照04版規(guī)約大數(shù)據(jù)量推算，單基站的終端容量也將達(dá)到5000臺(tái)，且僅使用單工頻點(diǎn)，雙工頻點(diǎn)可以拆分為兩個(gè)單工使用，可徹底解決系統(tǒng)容量的問題。

另外，由于高速系統(tǒng)具有智能中繼功能，信號不好的終端可以通過其它終端中繼，且可以路由智能選擇優(yōu)化，數(shù)據(jù)完整率近乎100%。已安裝的300多臺(tái)終端，通過近一年的運(yùn)行穩(wěn)定可靠，與此同時(shí)在蘇州、無錫等地已經(jīng)建立的19.2Kbps系統(tǒng)也同樣取得了滿意的效果。

3 項(xiàng)目可行性分析

高速數(shù)傳技術(shù)利用230M優(yōu)質(zhì)信道資源，采用單工頻點(diǎn)，應(yīng)用TDMA技術(shù)，CSMA-CA技術(shù)、采用4 FSK調(diào)制方式，在窄帶信道實(shí)現(xiàn)19.2Kbps高速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路由，配合終端的連接狀態(tài)和智能中繼路由功能，使數(shù)據(jù)采集更為方便。

3.1 高速高可靠性設(shè)計(jì)方案

高速數(shù)傳技術(shù)采用4FSK調(diào)制方式，在窄帶信道實(shí)現(xiàn)19.2Kbps高速度，應(yīng)用前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)、交織技術(shù)、CRC校驗(yàn)，使通信可靠性達(dá)到目前230M通信的最高水平。

以下是對具有代表意義的19.2Kbps試點(diǎn)地區(qū)數(shù)據(jù)調(diào)查：南京棲霞高速系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：高速系統(tǒng)是普通1200bps效率的7-10倍。

3.1.1巡測數(shù)據(jù)

南京運(yùn)行的100臺(tái)高速數(shù)傳終端進(jìn)行整體巡測耗時(shí)：17秒，如圖3.1。其中含9臺(tái)通訊帶路由的終端，剔除9臺(tái)帶路由終端，91臺(tái)直通終端的巡測耗時(shí)：12秒。

圖 3.1 包括9臺(tái)中繼的100臺(tái)高速終端巡測時(shí)間

相同數(shù)量的100臺(tái)1200bps終端巡測時(shí)間，巡測耗時(shí)2分12秒（132秒）。如下圖3.2。

圖 3.2100臺(tái)1200bps終端巡測時(shí)間

100臺(tái)高速數(shù)傳終端進(jìn)行整體巡測耗時(shí)為17秒，而1200bps系統(tǒng)耗費(fèi)的時(shí)間是132秒。因此，100臺(tái)高速數(shù)傳終端(含9臺(tái)路由終端)的整體巡測時(shí)間是1200bps終端的7.7倍。

在巡測終端全部為直通的情況下，91臺(tái)終端耗時(shí)12秒，平均132ms/臺(tái)?？赏瑯佑?jì)算出，1200bps終端的平均巡測時(shí)間為1.32s，即高速數(shù)傳系統(tǒng)直通終端的巡測速度達(dá)到1200bps終端速度的10倍。

3.1.2 日任務(wù)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)每天凌晨開始自動(dòng)進(jìn)行日數(shù)據(jù)、抄表數(shù)據(jù)等任務(wù)的采集。4月29日自動(dòng)任務(wù)執(zhí)行情況如下：

圖 3.3 100臺(tái)1200bps終端日巡測時(shí)間

1200bps系統(tǒng)日數(shù)據(jù)采集平均時(shí)間，如圖3.3，以2頻站點(diǎn)為例，終端日數(shù)據(jù)從00：45啟動(dòng)，03：05：00秒結(jié)束，查詢前置機(jī)日志可以看到，扣除任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間，前置機(jī)實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間為00：45：40秒左右，實(shí)際耗時(shí)約2小時(shí)19分20秒（即8360秒）。在此期間，當(dāng)日優(yōu)先級更高的營銷電表日數(shù)據(jù)巡測任務(wù)終端數(shù)量為零，即未執(zhí)行。終端成功率為99%，即11臺(tái)終端通訊失敗，由于每臺(tái)終端日數(shù)據(jù)巡測為4幀，前置機(jī)超時(shí)設(shè)置為5秒，那么前置機(jī)等待超時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間為220秒。因此：

2頻站點(diǎn)有效日數(shù)據(jù)巡測終端數(shù)量為：1174-11=1163臺(tái)；

2頻日數(shù)據(jù)采集有效時(shí)間為：8360-220=8140秒；

2頻（1200bps）平均每臺(tái)終端日數(shù)據(jù)巡測耗時(shí)：8140/1163=7.0秒

高速數(shù)傳系統(tǒng)日數(shù)據(jù)采集平均時(shí)間

高速數(shù)傳系統(tǒng)的棲霞站點(diǎn)終端日數(shù)據(jù)從00：45啟動(dòng)，00：46：36秒結(jié)束，查詢前置機(jī)日志可以看到，扣除任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間，實(shí)際開始時(shí)間為00：45：15秒左右，結(jié)束時(shí)間00：45：36秒，實(shí)際日數(shù)據(jù)巡測時(shí)間81秒。當(dāng)天100臺(tái)終端中有9臺(tái)通訊路由終端。高速數(shù)傳站點(diǎn)（棲霞）平均每臺(tái)終端的日數(shù)據(jù)采集時(shí)間為：

81秒/100=0.81秒

即：在包含9臺(tái)路由終端的情況下，高速數(shù)傳站點(diǎn)每臺(tái)終端日數(shù)據(jù)巡測平均耗時(shí)0.81秒。

頻點(diǎn)2站點(diǎn)下有2種規(guī)約類型終端，一種是96規(guī)約，另一種是04規(guī)約，查看日數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)配置，這兩種類型終端召測數(shù)據(jù)配置基本一致。棲霞站點(diǎn)下只有04規(guī)約終端。不考慮因規(guī)約類型因素，比較上述兩個(gè)站點(diǎn)下終端日數(shù)據(jù)巡測的平均耗時(shí)可計(jì)算出，現(xiàn)有棲霞站點(diǎn)下230M高速數(shù)傳終端日數(shù)據(jù)采集速度是頻點(diǎn)2下終端速度的8-9倍。需注意系統(tǒng)中有少量帶通訊路由的終端，如果完全為直通的終端，速度還會(huì)略有提高。

3.2 智能路由

高速數(shù)傳技術(shù)實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)功能，自動(dòng)路由優(yōu)化。終端監(jiān)測通信過程記錄場強(qiáng)信息，形成鄰居表?；拘诺揽臻e時(shí)，將終端記錄的鄰居表采集到基站，作為路由計(jì)算的輸入?yún)?shù)，根據(jù)鄰居表記錄的場強(qiáng)信息進(jìn)行自動(dòng)路由優(yōu)化。通過對單個(gè)終端路由優(yōu)化，來使整體系統(tǒng)性能獲得提高。整個(gè)系統(tǒng)通信效率的優(yōu)化隨著這些信息的不斷積累獲得不斷改善，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

3.3 支持終端入網(wǎng)登錄

為了基站和終端雙方均了解鏈路狀態(tài)，高速數(shù)傳系統(tǒng)支持終端登錄過程。由于終端具有上線功能，終端安裝調(diào)試方便性大為提升，終端側(cè)可以基本掌握通信的信道狀況，并可以支持參數(shù)自動(dòng)設(shè)置等自動(dòng)安裝調(diào)試方法。

4 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)和效果分析

由理論計(jì)算可知1200bps系統(tǒng)主站下發(fā)召測有功功率曲線報(bào)文（典型的長報(bào)文日數(shù)據(jù)）的時(shí)間為480ms，終端數(shù)據(jù)回碼時(shí)間2044ms，主站召測一臺(tái)終端數(shù)據(jù)的時(shí)間約為2.7s，召測100臺(tái)終端有功功率曲線數(shù)據(jù)的時(shí)間為270s。

測試表明，在全直通（沒有路由轉(zhuǎn)發(fā)終端）條件下，高速數(shù)傳系統(tǒng)巡測100臺(tái)終端有功功率曲線數(shù)據(jù)的時(shí)間約為29s。由此可見，在230M高速數(shù)傳系統(tǒng)全部為直通終端的情況下，長碼巡測速度是1200bps系統(tǒng)的9.3倍，測試短碼數(shù)據(jù)巡測有更高的速度。同樣可以計(jì)算出，高速數(shù)傳系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集速度是2400bps系統(tǒng)的7倍，是9600bps系統(tǒng)的4倍。實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，部分終端需要路由轉(zhuǎn)發(fā)，在轉(zhuǎn)發(fā)終端占終端總數(shù)10%時(shí)，加權(quán)統(tǒng)計(jì)，高速數(shù)傳系統(tǒng)是1200bps系統(tǒng)采集速度的7倍。

按照目前電能信息采集系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)1200bps的每信道終端容量不應(yīng)大于600臺(tái)。其中600臺(tái)，是按照原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)10分鐘巡測一遍推算的。理論計(jì)算和實(shí)際測試均表明高速數(shù)傳系統(tǒng)的通信效率為1200bps的7倍以上，故每信道的容量為4000臺(tái)?？赏耆鉀Q常熟負(fù)荷管理系統(tǒng)頻點(diǎn)容量問題，且能夠滿足用電信息采集系統(tǒng)對數(shù)據(jù)、響應(yīng)和容量等方面的建設(shè)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]《電力負(fù)荷管理系統(tǒng)功能規(guī)范》，國家電網(wǎng)公司。

[2]《電力負(fù)荷管理系統(tǒng)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，國家電網(wǎng)公司。