電力采集系統(tǒng)中壓載波通信技術(shù)研究

彭健

（渤海大學(xué) 遼寧 錦州 121013）

電力采集系統(tǒng)中壓載波通信技術(shù)研究

彭健

（渤海大學(xué) 遼寧 錦州 121013）

我國現(xiàn)階段正在大力建設(shè)智能電網(wǎng)，用電信息采集系統(tǒng)也在全國各地大規(guī)模建設(shè)。電力載波通信技術(shù)以其可靠性、經(jīng)濟性等方面的突出優(yōu)勢，在用電信息平臺與系統(tǒng)建設(shè)方面被廣泛運用。本論文主要闡釋了智能電網(wǎng)相關(guān)概念、電力載波技術(shù)的工作原理和在用電信息采集平臺與系統(tǒng)運行當中發(fā)揮的作用等內(nèi)容，希望給相關(guān)領(lǐng)域的理論研究與實踐運用提供一些理論參考及一些借鑒價值。

智能電網(wǎng)；電力載波；通信技術(shù)；電力采集系統(tǒng)

1.前言

電力事業(yè)是我國經(jīng)濟社會中比較重要的組成部分，對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要影響。經(jīng)過在長期發(fā)展，電力事業(yè)已經(jīng)取得了比較卓越的成就。但是由于電表用戶量不斷，用電信息采集管理作業(yè)迎來了新挑戰(zhàn)，之前的人工抄表方式已經(jīng)不能滿足電力企業(yè)的實際發(fā)展，在這種背景下，用電信息采集系統(tǒng)的運用是大勢所趨。電力載波通信技術(shù)克服了許多難題，將現(xiàn)有電力線路充分高效利用起來，實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的高速傳播。隨著電力線載波通信產(chǎn)品的廣泛使用，不同載波方案技術(shù)特點缺乏系統(tǒng)性研究，也缺乏不同產(chǎn)品之間的橫向?qū)Ρ?，因此研究領(lǐng)域要加強這方面的探索。

2.電力線載波通信技術(shù)及基本原理

2.1 電力線載波通信技術(shù)作業(yè)原理

電力線載波通信技術(shù)是一種直接將電力線路作為電力通信線路完成通信作業(yè)的信道，可以將其簡單理解為保證電力線路正常運行的通信信道，可以完成信號調(diào)制到高頻載波的一種通信形式。電力線載波通信技術(shù)最初于二十世紀二十年代初期發(fā)展，以其傳輸通道的可靠性、路由的合理性和通信方式的經(jīng)濟性，得到了人們廣泛的認可與運用。按照運用領(lǐng)域的差異，載波通信技術(shù)可分為高壓、中壓和低壓載波，本文僅對中壓載波進行研究分析。

圖2-1 電力線載波通信技術(shù)（中壓）工作原理

如圖2-1所示，電力載波通信（中壓）由五個部分組成：信號處理器可以向電力線載發(fā)送很多具有可以進行數(shù)據(jù)控制的信號，而且可以接受發(fā)射返回回來的信號，是信息數(shù)據(jù)的代碼信號；調(diào)制解調(diào)器進行頻譜搬移，將頻譜移動至合理位置，從而將解調(diào)器信號轉(zhuǎn)換為已經(jīng)調(diào)信號；由于電力衰減的幅度非常大，所以提高中壓載波通信性能非常必要，這一任務(wù)由信號放大路由通過信號幅度放大來完成；要使系統(tǒng)抗干擾能力提高，就要運用耦合電路將已調(diào)信號耦合至電力線，將電力網(wǎng)與電路分離；中壓電力網(wǎng)絡(luò)負責(zé)載波模塊的傳輸。

2.2 電力線載波通信特點

電力載波通信（中壓）具有如下特點：分布不均勻的中壓電線導(dǎo)致信號表現(xiàn)出很強的時變性、配電網(wǎng)中復(fù)雜的負荷情況導(dǎo)致的頻率選擇性、脈沖干擾導(dǎo)致大幅度的信號衰減。電力線載波通信技術(shù)（中壓）通常分為傳統(tǒng)的頻帶傳輸和擴頻通信技術(shù)。傳統(tǒng)頻帶傳輸技術(shù)主要利用相位鍵控、幅值鍵控、頻率鍵控以及相關(guān)派生調(diào)制技等調(diào)位置技術(shù)進行操作。直接序列擴頻（DSSS）、線性調(diào)頻（Chirp）和正交頻分復(fù)用（OFDM）等技術(shù)是人們經(jīng)常使用的擴頻技術(shù)。

3.在用電信息采集系統(tǒng)中應(yīng)用載波通信技術(shù)

利用無線、光纖和電力載波等多種通信手段，將用電信息采集建構(gòu)了一種將采集器、智能表、集中器等設(shè)備的互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速傳輸、控制遠程家電等目標。

3.1 用電采集系統(tǒng)介紹

我國目前絕大多數(shù)居民生活用電采用一戶一表模式，相關(guān)部門電力管理多采取抄表模式。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，這種管理模式的弊端也日漸顯現(xiàn)，因此自動抄表技術(shù)是大勢所趨。為了使建立一套覆蓋面廣的電力數(shù)據(jù)信息采集的平臺，相關(guān)部門與專家對DL/T698標準進行了修改，標準更名為《電能信息采集與管理系統(tǒng)》，修改后管理體統(tǒng)分為九個部分。具體操作如下圖3-1所示。

圖3-1 修訂后管理體系內(nèi)容

3.2 載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

在用電信息采集系統(tǒng)中運用載波通信技術(shù)（低壓）可分為技術(shù)研究、少量試點、大規(guī)模試點、大規(guī)模使用四個環(huán)節(jié)。

技術(shù)研究階段(1980-2002)：在這段時間中，很多公司企業(yè)都對載波通信技術(shù)進行了大量深入研究。嘗試了FSK、PSK等調(diào)試方法和窄帶、擴頻通信頻帶?？偠灾?，都是希望實現(xiàn)集中器與臺區(qū)內(nèi)全部電能表穩(wěn)定可靠的對點通信，然而研究結(jié)果表明在目前的科學(xué)技術(shù)條件下這種思路是無法實現(xiàn)的。

少量試點階段（2002年到2006年）：該階段已經(jīng)認識到無法實現(xiàn)點對點直接通信，很很多研究機構(gòu)開始將自動中繼技術(shù)作為研究重點，經(jīng)過研究人員的不斷鉆研，終于在自動中中繼技術(shù)研究取得了顯效成就，提高了電力抄收的成功率。此階段進行的試點作業(yè)非常多，均取得了令人滿意的效果。

大規(guī)模試點階段（2006年至今），低壓集抄技術(shù)不論是從技術(shù)還是市場方面都受到了很多關(guān)注。技術(shù)層面，大量涌現(xiàn)了各種無線、播載技術(shù)。市場層面，不少省市開始制定技術(shù)標準和創(chuàng)造技術(shù)環(huán)境進行監(jiān)測工作，國際需求也很旺盛。

大規(guī)模試用階段：相關(guān)部門與2009年制定頒布新的電力管理標準對定義了低壓集中抄表終端的型式，而且利用電力用戶用電通信協(xié)議等文件規(guī)范了低壓集中抄表終端上下通訊協(xié)議。新標準使得電力信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)展成的電力線載波通訊產(chǎn)品都得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為系統(tǒng)技術(shù)中的核心部分。

4.電力線載波遠程抄表系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

對于主站系統(tǒng)，主要包括報表工作站、通訊工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器等。對于通訊工作站，它主要是采用無線傳輸、光纖、電話等相關(guān)的通信方式，然后與開閉站二級系統(tǒng)的電能量數(shù)據(jù)采集終端進行通信。它的系統(tǒng)總體結(jié)

4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.2.1 系統(tǒng)硬件工作原理 系統(tǒng)硬件的工作原理如下圖4-2所示。

圖4-2 系統(tǒng)硬件原理框圖

4.2.2 載波通信部分 對于載波模塊，它的主要工作是完成相關(guān)載波信息的調(diào)制解調(diào)，它的理論基礎(chǔ)就是擴頻通信原理，它的主要功能就是將電力線上面的載波信息解調(diào)為數(shù)字信息，或者是把數(shù)字信息調(diào)制成載波信息發(fā)送出去。它的解調(diào)原理如下圖4-3所示。

圖 4-3 電力載波終端工作原理示意圖

5.載波產(chǎn)品在用電信息采集中的運用實驗室模擬測試

實驗選取在載波領(lǐng)域有代表性的A、B、C、D公司，這四家公司主要技術(shù)指標見表5.1。測試包括實驗?zāi)M、實驗室通信性能測試和自動上報功能測試。

表5.1 測評企業(yè)產(chǎn)品信息表

測試步驟包括：無干擾和衰減情況下的測試和+50dB的衰減測試。兩步驟具體方法一致，即運用一個集中器、三十個電能表，構(gòu)筑一個波載通信平臺，運用這個系統(tǒng)進行抄表穩(wěn)定性和正確性的。

測試結(jié)果處理如下：計算每次抄表成功率和抄表數(shù)據(jù)信息的正確率。測試結(jié)果分析：如表5.2、表5.3所示。

表5.2 抄讀成功率統(tǒng)計表

表5.3 抄讀數(shù)據(jù)正確率

從上述國內(nèi)主要載波產(chǎn)品實驗?zāi)M測試和通信性能測試中可看出，F(xiàn)SK調(diào)制方法和載波頻率較高的方法在國內(nèi)外眾多電網(wǎng)研究和應(yīng)用中均取得了很好的效果，促進了電力用電信息采集系統(tǒng)的發(fā)展，抄收效果較好。

6.結(jié)束語

我國電網(wǎng)建設(shè)越來越朝著智能化的方向發(fā)展，用電信息采集平臺和系統(tǒng)運用也越來越普遍，電力線載波通信技術(shù)作為用電信息采集系統(tǒng)通信通道的最后也是最關(guān)鍵一個環(huán)節(jié)，得到了廣泛認可與運用，成為了智能電網(wǎng)建設(shè)的重點。因此對電力線載波通信技術(shù)進行深入研究不僅具有現(xiàn)實意義，而且對電力線載波通信技術(shù)了未來發(fā)展方向做出了指引。

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1009-5624（2016）05-0067-03

彭?。?994.11—），男，遼寧省阜新人，錦州市松山新區(qū)渤海大學(xué)通信工程專業(yè)本科生