多路并行工頻通信設(shè)備及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

王 媚 ，徐 劍 ，楊 健 ，王 佳 ，黃畢堯 ，李建岐 ，劉國(guó)軍 ，王智慧

（1.上海市電力公司，上海 200122；2.上海久隆電力（集團(tuán)）有限公司，上海 200070；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192）

0 引言

通信技術(shù)為電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制提供通道，雙向、實(shí)時(shí)、可靠的電力系統(tǒng)通信是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一，配用電直接面向廣大電力用戶，其智能化建設(shè)是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然要求［1］。我國(guó)在110 kV及以上電壓等級(jí)的輸電網(wǎng)電力通信方面，已建立了相對(duì)完善的以光通信技術(shù)為主的電力系統(tǒng)專用通信網(wǎng)，為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、管理信息化等提供了重要支撐。但在配用電環(huán)節(jié)，由于節(jié)點(diǎn)較多、通信環(huán)境復(fù)雜，目前存在電力線通信、無線通信、光通信等多種技術(shù)并存的局面。光通信和無線專網(wǎng)受成本等因素影響，大面積推廣存在一定制約。傳統(tǒng)電力線載波通信技術(shù)包括寬帶電力線載波和窄帶電力線載波，其信號(hào)不能直接穿越配電變壓器傳輸，信號(hào)傳輸特征受到電網(wǎng)時(shí)變阻抗特征影響較大，傳輸質(zhì)量時(shí)好時(shí)壞，且在多T型分支配用電網(wǎng)中信號(hào)傳輸可靠性較差。

工頻通信技術(shù)是以電網(wǎng)工頻基波過零點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)傳輸信號(hào)，其在20世紀(jì)80年代初由美國(guó)學(xué)者S.T.Mak提出并不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，在負(fù)荷控制和遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中獲得應(yīng)用并擴(kuò)展了應(yīng)用范圍［2-8］。工頻通信系統(tǒng)下行信號(hào)使用電壓畸變，上行信號(hào)使用電流畸變。目前，國(guó)外基于工頻通信技術(shù)的高級(jí)量測(cè)（AMI）系統(tǒng)已有大量工程應(yīng)用案例。國(guó)內(nèi)也從20世紀(jì)90年代后期開始研究工頻通信技術(shù)，并已在一些遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中投入使用［9-13］。

國(guó)外對(duì)單相多路工頻通信進(jìn)行了相關(guān)研究［14］，并已推出單相六路工頻通信裝置，而國(guó)內(nèi)在這方面尚無系統(tǒng)研究。本文針對(duì)傳統(tǒng)單路工頻通信系統(tǒng)速率較低、應(yīng)用受到限制的特點(diǎn)，研制了多路并行工頻通信系統(tǒng)；設(shè)計(jì)了工頻通信子站系統(tǒng)和用戶終端裝置；根據(jù)多路工頻通信信號(hào)三相并行傳輸、單相6路并行傳輸以及不同饋線并行傳輸?shù)募夹g(shù)特點(diǎn)，給出多路并行工頻通信系統(tǒng)終端地址設(shè)計(jì)方法和工頻通信協(xié)議。本文研制開發(fā)的多路并行工頻通信設(shè)備及系統(tǒng)，在多地多個(gè)電力公司現(xiàn)場(chǎng)掛網(wǎng)測(cè)試，并取得了成功的運(yùn)行應(yīng)用。

1 多路工頻通信系統(tǒng)基本原理

基于配電網(wǎng)的多路工頻通信系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由子站系統(tǒng)和用戶終端裝置兩部分組成。

圖1 多路工頻通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of multi-channel parallel power-frequency communication system

子站系統(tǒng)包括下行信號(hào)發(fā)送裝置、上行信號(hào)接收裝置和子站控制裝置3個(gè)部分。其中下行信號(hào)發(fā)送裝置通過3根火線和1根零線接到調(diào)制變壓器低壓側(cè)，其主要功能是接收子站控制裝置指令并按照指令調(diào)制下行電壓畸變信號(hào)，調(diào)制信號(hào)采用三相并行調(diào)制；調(diào)制的下行信號(hào)通過調(diào)制變壓器耦合到變電站母線上，該母線下端饋線上的所有工頻用戶終端均能接收到此下行信號(hào)；工頻用戶終端根據(jù)接收到的下行信號(hào)，調(diào)制上行電流畸變信號(hào)，子站系統(tǒng)信號(hào)接收裝置通過饋線TA提取上行電流畸變信號(hào)。對(duì)于多路并行工頻通信系統(tǒng)，圖1中同一相上的6個(gè)終端、不同相上的終端、變電站不同饋線上的用戶終端均可以同時(shí)傳輸上行信號(hào)。子站控制裝置用于啟動(dòng)下行信號(hào)發(fā)送及上行信號(hào)接收的同步時(shí)序控制，具備和主站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信接口及變電站母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)采集功能。子站和用戶終端硬件設(shè)計(jì)采用集成有數(shù)字信號(hào)處理器的微控制器作為核心控制芯片，并集成有12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和硬件中斷功能。

1.1 多路工頻通信子站系統(tǒng)

圖2為工頻通信子站系統(tǒng)主要硬件連接關(guān)系示意圖。

圖2 子站通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware structure of substation communication system

子站信號(hào)發(fā)送裝置通過三相四線外接調(diào)制變壓器低壓端，其功能包括下行信號(hào)調(diào)制、電壓過零點(diǎn)檢測(cè)、調(diào)制信號(hào)強(qiáng)度自檢。下行信號(hào)調(diào)制需要以電壓過零點(diǎn)作為調(diào)制時(shí)間基準(zhǔn)計(jì)時(shí)起點(diǎn)，由于三相電壓相位相差120°，為了實(shí)現(xiàn)子站發(fā)送裝置三相信號(hào)同時(shí)并行調(diào)制，硬件電路設(shè)計(jì)在過零比較前端采用了90°移相電路，這樣可以實(shí)現(xiàn)下行信號(hào)三相并行調(diào)制時(shí)三相可以采用各自的調(diào)制計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。信號(hào)強(qiáng)度自檢測(cè)電路能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下行信號(hào)調(diào)制強(qiáng)度。過零比較電路及信號(hào)檢測(cè)電路采用二階有源低通濾波，濾除高頻干擾，提高過零比較電路穩(wěn)定性，低通濾波器截止頻率為5 kHz。

子站信號(hào)接收裝置從饋線TA取電流信號(hào)以獲取上行電流畸變信號(hào)。每條饋線上的上行信號(hào)由子站信號(hào)接收裝置的一塊信號(hào)處理板處理。上行信號(hào)首先經(jīng)過背景電流抵消電路，背景電流抵消電路根據(jù)上行信號(hào)跨Y/yn0和D/yn112種接線變壓器傳輸后耦合到其他相上的特點(diǎn)，可以在抵消背景電流的同時(shí)增加上行信號(hào)強(qiáng)度［15-16］，背景電流抵消電路完成下式運(yùn)算：

其中，ia、ib、ic分別為 A、B、C 相上的電流信號(hào)，包括上行信號(hào)和背景電流噪聲信號(hào)；Sa、Sb、Sc分別為 A、B、C相上合成后的上行信號(hào)。

經(jīng)過背景電流抵消后，上行信號(hào)采用二階有源帶通濾波，通帶在100～1000 Hz之間；過零檢測(cè)電路從母線TV取電壓信號(hào)獲得電壓過零點(diǎn)，子站信號(hào)接收裝置采用模塊化設(shè)計(jì)；子站控制器、子站發(fā)送裝置和子站接收裝置采用CAN總線相連。

對(duì)于用電信息采集系統(tǒng)而言，工頻通信子站系統(tǒng)相當(dāng)于傳統(tǒng)電力線載波抄表系統(tǒng)中集中器的功能。

1.2 多路工頻通信用戶終端

工頻通信用戶終端通過電力線和子站通信，本地通過RS-485總線和相關(guān)配用電終端或者電能表通信。工頻通信用戶終端完成下行信號(hào)接收與上行信號(hào)發(fā)送，通過RS-485接口與電表或其他需要遠(yuǎn)程通信的配用電終端連接。1個(gè)用戶終端可以采集1～32個(gè)用戶電能表數(shù)據(jù)。多路工頻用戶終端硬件主要部分原理如圖3所示。

圖3 通信用戶終端硬件原理Fig.3 Hardware structure of user communication terminal

220 V低壓電網(wǎng)電壓經(jīng)過信號(hào)變換變?yōu)檎胰跣盘?hào)，經(jīng)過硬件二階有源帶通濾波提取下行信號(hào)，通帶在100～1000 Hz之間。工頻通信終端與工頻子站發(fā)送裝置具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)上行信號(hào)調(diào)制強(qiáng)度功能。

2 下行信號(hào)發(fā)送與接收

工頻通信下行信號(hào)發(fā)送的基本原理是在工頻基波由正到負(fù)的過零點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)畸變，即在調(diào)制變壓器每相電壓上產(chǎn)生一個(gè)電壓畸變，產(chǎn)生的方式是將晶閘管和電感串接在三相饋線和地線之間，每2個(gè)周期晶閘管導(dǎo)通一次，“1”表示前一個(gè)周期導(dǎo)通，“0”表示后一個(gè)周期導(dǎo)通。對(duì)于國(guó)內(nèi)50 Hz工頻，單路工頻通信下行信號(hào)傳輸速率為25 bit/s，多路并行下行通信速率為 75 bit/s。

如圖4所示，晶閘管在所接相電壓由正到負(fù)過零點(diǎn)前30°范圍內(nèi)導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)沖擊電流引起過零點(diǎn)附近電壓畸變。該電壓畸變通過調(diào)制變壓器耦合到中壓側(cè)，其強(qiáng)度控制在電能質(zhì)量指標(biāo)范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)中壓配電網(wǎng)產(chǎn)生干擾。

圖4 下行信號(hào)發(fā)送原理Fig.4 Transmission circuit of downlink signal

實(shí)際下行信號(hào)發(fā)送時(shí)其沖擊電流如圖5所示。一般情況下，由于每相等效阻抗不同，即使每相調(diào)制導(dǎo)通角相同，產(chǎn)生的沖擊電流也不一樣。圖5為子站信號(hào)發(fā)送裝置實(shí)際發(fā)送下行信號(hào)時(shí)調(diào)制變壓器低壓側(cè)零線上測(cè)試的電流（三相電流波形疊加）。下行調(diào)制的沖擊電流幅值與變電站主變?nèi)萘坑嘘P(guān)，一般在300～600 A之間。

圖5 下行信號(hào)發(fā)送沖擊電流Fig.5 Impulse current of downlink signal transmission

下行信號(hào)經(jīng)過用戶終端硬件進(jìn)行前端信號(hào)處理，主要包括信號(hào)變換和帶通濾波。下行信號(hào)每2個(gè)周期調(diào)制一次，工頻通信用戶終端的接收端對(duì)2個(gè)周期中的前、后周期信號(hào)進(jìn)行A/D采樣（6.4 kHz，12位）后進(jìn)行差分，其波形如圖6所示。下行信號(hào)接收時(shí)由于存在相間信號(hào)串?dāng)_（圖6為A相下行信號(hào)和B相下行竄擾信號(hào)的疊加波形），信號(hào)處理時(shí)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)度分段并分別計(jì)算特征值。

圖6 下行信號(hào)時(shí)域波形Fig.6 Time-domain waveform of downlink signal

下行信號(hào)采用幀同步接收方式，每幀幀頭同時(shí)調(diào)制4個(gè)周期的電壓波形。下行信號(hào)通過6.4 kHz、12位A/D采樣并進(jìn)行前后2周期波形差分后，采用時(shí)域或者頻域方法檢測(cè)信號(hào)。

3 上行信號(hào)發(fā)送與接收

上行信號(hào)發(fā)送硬件原理同下行信號(hào)（圖4），由于用戶端一般為單相，故上行信號(hào)多采用單相調(diào)制。與下行信號(hào)調(diào)制相比，上行信號(hào)調(diào)制回路采用雙向晶閘管，其可在工頻電壓由正到負(fù)或者由負(fù)到正的過零點(diǎn)前導(dǎo)通。為了完成單相6路終端并行傳輸上行信號(hào)，調(diào)制時(shí)以4個(gè)周期為1位調(diào)制周期，共有8個(gè)過零點(diǎn)前可調(diào)制［15-16］。圖 7 中編碼方式為：在第 1、3、6、8 個(gè)過零點(diǎn)調(diào)制為“1”（左圖），在第 2、4、5、7 個(gè)過零點(diǎn)調(diào)制為“0”（右圖），具體編碼見表1。信號(hào)接收時(shí)采集沖擊電流并依據(jù)其脈沖方向完成上行信號(hào)解調(diào)。圖7中，在每個(gè)電壓過零點(diǎn)分別設(shè)置檢測(cè)窗口W1—W8，通過8個(gè)檢測(cè)窗口的運(yùn)算（W1+W2+W3+W4-W5-W6-W7-W8）抵消負(fù)載背景電流后得到上行信號(hào)。

圖7 上行信號(hào)調(diào)制和解調(diào)示意圖Fig.7 Modulation and demodulation of uplink signal

表1 上行信號(hào)調(diào)制編碼Tab.1 Modulation code of uplink signal

實(shí)際發(fā)送電流的實(shí)測(cè)波形如圖8所示，電流沖擊脈沖幅值控制在25 A以下。

圖8 上行信號(hào)發(fā)送沖擊電流Fig.8 Impulse current of uplink signal transmission

上行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后每位用4個(gè)電流脈沖表示，將8個(gè)電流脈沖組成信號(hào)向量：

信號(hào)檢測(cè)向量為：

子站接收裝置單片機(jī)軟件程序完成式（2）檢測(cè)運(yùn)算：

對(duì)應(yīng)表1中6路信號(hào)調(diào)制方式的檢測(cè)向量如表2所示。

根據(jù)式（2）運(yùn)算結(jié)果即可分離識(shí)別出電源線單相6路同時(shí)傳輸?shù)纳闲行盘?hào)。

(2)虛擬水戰(zhàn)略對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。通過增加棉花進(jìn)口，相當(dāng)于進(jìn)口水資源，如果用節(jié)約下來的水資源增加林地與草地面積，五種情景中情景E可使林地與草地面積增加最多。

表2 上行信號(hào)檢測(cè)向量Tab.2 Detection vector of uplink signal

某條饋線上每相的6個(gè)終端上傳的數(shù)據(jù)經(jīng)過子站接收裝置信號(hào)變換、硬件背景電流抵消及帶通濾波后，在上行信號(hào)接收端采集到的信號(hào)時(shí)域波形如圖9所示，圖中由上至下分別為A相、B相、C相的時(shí)域波形。

圖9 上行信號(hào)原始時(shí)域波形Fig.9 Original time-domain waveforms of uplink signal

上行信號(hào)經(jīng)過與檢測(cè)向量信號(hào)處理后，子站接收終端采集到的時(shí)域波形如圖10所示，圖中給出了A相的4個(gè)終端、B相的1個(gè)終端及C相的1個(gè)終端的波形，其中終端A4信號(hào)較弱。一般情況下，由于國(guó)內(nèi)配網(wǎng)為小電流接地系統(tǒng)，上行信號(hào)相間存在串?dāng)_情況。

圖10 上行信號(hào)經(jīng)過信號(hào)檢測(cè)向量分離后的時(shí)域波形Fig.10 Time-domain waveforms of uplink signal after signal detection

上行信號(hào)的接收同步采用時(shí)間同步方式，由子站控制器控制子站發(fā)送裝置的下行信號(hào)發(fā)送，并計(jì)算出上行信號(hào)的調(diào)制時(shí)間和所在饋線，通知相應(yīng)子站接收裝置接收上行信號(hào)。

4 多路工頻通信應(yīng)用設(shè)計(jì)

4.1 工頻通信終端地址設(shè)計(jì)

工頻通信用戶終端安裝在居民電表箱以及配電變壓器臺(tái)區(qū)計(jì)量電能表處，可抄收分表數(shù)據(jù)及總表數(shù)據(jù)，結(jié)合子站裝置對(duì)變電站饋線電能及數(shù)據(jù)進(jìn)行抄收。每個(gè)工頻通信用戶終端對(duì)應(yīng)1個(gè)原始的物理地址，物理地址編號(hào)以6個(gè)字節(jié)表示。每個(gè)工頻通信終端通過RS-485接口按照DL/T645標(biāo)準(zhǔn)讀取電能表數(shù)據(jù)，電能表原始物理地址編號(hào)以6個(gè)字節(jié)表示，子站地址以6個(gè)字節(jié)表示。

多路工頻通信主站軟件系統(tǒng)具有終端相位自動(dòng)判別功能，系統(tǒng)安裝完成后，工頻通信中按照子站裝置的相位，子站下行信號(hào)三相并行傳輸對(duì)所有用戶終端召測(cè)，子站接收裝置同時(shí)接收三相的上行信號(hào)，根據(jù)接收上行信號(hào)所在相位可自動(dòng)判斷終端所在相。

多路工頻通信主站軟件系統(tǒng)運(yùn)行前需要對(duì)所有終端初始化鏈路層終端地址和鏈路層終端組地址。終端物理層地址占6個(gè)字節(jié)，如果按照物理地址傳輸將占用不必要的信道帶寬，鏈路層終端地址是根據(jù)所轄變電站終端安裝數(shù)量，對(duì)終端地址的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后占2個(gè)字節(jié)。采用三相、每相6個(gè)終端同時(shí)傳輸上行數(shù)據(jù)，每個(gè)終端對(duì)應(yīng)的組地址表示其上行調(diào)制信源編碼格式，每組包括18個(gè)終端，A、B、C相上各6個(gè)終端。每組中組地址6m-5，6m-4，…，6m（m=1，2，3，…）的終端調(diào)制格式分別對(duì)應(yīng)表 2 中編碼1～6的調(diào)制格式。終端組地址用2個(gè)字節(jié)表示，每個(gè)終端調(diào)制編碼標(biāo)示和每個(gè)終端所帶的電能表地址用1個(gè)字節(jié)表示。

利用變電站每條饋線上的TA提取上行電流畸變信號(hào)，實(shí)際一般選擇測(cè)量用互感器，每條饋線上的終端可以同時(shí)傳輸上行數(shù)據(jù)。終端所在的饋線地址和所在相位用1個(gè)字節(jié)表示，高6位表示饋線地址、低2位表示相位。

系統(tǒng)初始化后，電能表地址需要加上的信息包括電能表所在的終端地址、電能表所在終端的組地址、電能表所在終端信源調(diào)制編碼標(biāo)示、電能表所在的饋線地址和所在相位。包括電能表初始化后的地址在內(nèi)，電能表地址信息占6個(gè)字節(jié)。系統(tǒng)對(duì)每個(gè)工頻通信終端初始化時(shí)，主要是把每個(gè)電能表對(duì)應(yīng)的上述地址信息固化到每個(gè)工頻通信終端的FLASH存儲(chǔ)器中。同時(shí)在主站數(shù)據(jù)庫(kù)中建立電能表出廠地址和上述地址信息一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。工頻通信中下行和上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需傳輸終端2個(gè)字節(jié)的初始化鏈路層地址。

4.2 多路工頻通信幀格式設(shè)計(jì)

多路工頻通信系統(tǒng)物理層通信幀格式設(shè)計(jì)如第2節(jié)和第3節(jié)中下行信號(hào)發(fā)送和上行信號(hào)發(fā)送所述。本節(jié)主要是論述鏈路層和應(yīng)用層幀格式。幀格式設(shè)計(jì)時(shí)一方面考慮到多路工頻通信自身技術(shù)，另一方面也要符合目前用電信息采集等自動(dòng)化系統(tǒng)中對(duì)通信規(guī)約的相關(guān)規(guī)定，主要是與DL/T645、DL/T 698-41以及Q/GDW376.1標(biāo)準(zhǔn)兼容。同時(shí)，由于工頻通信物理層速率較低，要求設(shè)計(jì)高效的通信幀格式以提高其通信性能。在用電信息采集與管理系統(tǒng)中，工頻子站裝置主要完成Q/GDW376.1協(xié)議和工頻通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，工頻用戶終端裝置主要完成DL/T645協(xié)議和工頻通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

DL/T698-41主站通信協(xié)議采用GB/T18657.1標(biāo)準(zhǔn)的6.2.4FT1.2異步式傳輸幀格式，如圖11所示，其中長(zhǎng)度L包括規(guī)約標(biāo)識(shí)和用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，用戶數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是控制域、地址域、鏈路用戶數(shù)據(jù)（應(yīng)用層）的總字節(jié)數(shù)。多路工頻通信應(yīng)用時(shí)，圖11中地址域?yàn)楣ゎl通信子站地址，工頻通信子站主要完成鏈路用戶數(shù)據(jù)向工頻協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

圖11 DL/T698-41鏈路層通信協(xié)議Fig.11 DL/T698-41 communication protocol of link layer

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T698-41以及國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW376.1中，鏈路用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用層功能規(guī)定的上行數(shù)據(jù)包括任務(wù)數(shù)據(jù)、1類數(shù)據(jù)（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）、2類數(shù)據(jù)（歷史數(shù)據(jù)）和3類數(shù)據(jù)（事件數(shù)據(jù)）。根據(jù)多路并行工頻通信信號(hào)上行傳輸和下行傳輸相差較大的特點(diǎn)，需分別設(shè)計(jì)上行通信協(xié)議和下行通信協(xié)議。

以1幀下行數(shù)據(jù)抄收18個(gè)電能表數(shù)據(jù)為例，其下行幀格式如圖12所示。

圖12 多路并行工頻通信鏈路層下行通信協(xié)議Fig.12 Downlink protocol of link layer for multi-channel parallel communication

下行信號(hào)完成如下功能：終端相位初始化、電能表地址初始化、終端時(shí)鐘校準(zhǔn)、終端定時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)命令、單個(gè)電能表抄收、18個(gè)電能表抄收（三相6路）。對(duì)應(yīng)的上行信號(hào)功能分別是終端相位初始化回復(fù)確認(rèn)、電能表地址初始化回復(fù)確認(rèn)、終端時(shí)鐘校準(zhǔn)回復(fù)確認(rèn)、終端定時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)命令回復(fù)確認(rèn)、單個(gè)電能表數(shù)據(jù)回復(fù)、18個(gè)電能表數(shù)據(jù)回復(fù)。圖13為18個(gè)電能表數(shù)據(jù)回復(fù)的上行幀格式。

圖13 多路工頻并行通信鏈路層上行通信協(xié)議Fig.13 Uplink protocol of link layer for multi-channel parallel communication

每組有18個(gè)終端，每條饋線上的組地址可以重合，這樣1幀下行信號(hào)可以同時(shí)抄收18n個(gè)終端（n為同一個(gè)子站發(fā)送裝置所帶的饋線數(shù)量）。1條下行信號(hào)為16個(gè)字節(jié)，1條上行協(xié)議為16個(gè)字節(jié)，多路工頻通信物理層速率為下行 25 bit/s，上行 12.5 bit/s，加上下行物理層調(diào)制幀同步需80 ms，則抄收18個(gè)電能表數(shù)據(jù)時(shí)間約為16 s；如果子站發(fā)送裝置所在母線上有10條饋線，則16s能抄收180個(gè)電能表數(shù)據(jù)，如果1個(gè)變電站下端有4萬個(gè)電能表需要遠(yuǎn)程抄表，則抄收一遍大約需1 h。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主要是抄收電能表當(dāng)前電度量，1條上行幀只需要8個(gè)字節(jié)，同時(shí)可把下行數(shù)據(jù)1幀縮短為8個(gè)字節(jié)，簡(jiǎn)化圖12和圖13中的起始字符和長(zhǎng)度字符，則0.5 h可完成4萬個(gè)電能表數(shù)據(jù)抄收。實(shí)際上許多變電站下端的電能表數(shù)量更少，循環(huán)抄收一遍的時(shí)間可以更短。

5 結(jié)論

本文研究分析了多路并行工頻通信系統(tǒng)中上行、下行信號(hào)的發(fā)送與接收，分析并設(shè)計(jì)了工頻子站系統(tǒng)及用戶終端關(guān)鍵硬件電路，主要為信號(hào)處理回路的關(guān)鍵硬件電路。采用優(yōu)化的系統(tǒng)地址編碼和工頻通信系統(tǒng)通信協(xié)議，極大提高了工頻通信系統(tǒng)通信性能。

多路工頻通信系統(tǒng)應(yīng)用在用電信息采集系統(tǒng)中時(shí)，無需安裝大量集中器，只需在終端變電站安裝一套子站系統(tǒng)，充分利用配電網(wǎng)變電站多饋線并行傳輸、三相并行傳輸、單相6路正交編碼調(diào)制并行傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，并可以在0.5 h內(nèi)完成1個(gè)變電站轄區(qū)4萬戶表計(jì)數(shù)量規(guī)模的電能表的當(dāng)前電能量數(shù)據(jù)抄收。

開發(fā)的多路工頻通信系統(tǒng)已在部分省市電力公司安裝應(yīng)用。目前，智能配用電網(wǎng)建設(shè)對(duì)于通信技術(shù)各方面性能提出了更高的要求，多路工頻通信技術(shù)為配用電通信尤其是我國(guó)廣大農(nóng)村配電網(wǎng)通信提供了一種低成本、高可靠、易維護(hù)的通信解決方案。