電力線路中的微功率無線通信技術(shù)適應(yīng)性研究

劉增超+宋香濤

摘要：在當(dāng)前社會飛速發(fā)展過程中，通過對電力線路進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)輸配過程中，微功率無線通信技術(shù)的應(yīng)用，使得電力線路有效的解決了需要遠(yuǎn)距離傳輸所引發(fā)的使用性問題，但是與此同時也需要電力線路信息的及時同步。

關(guān)鍵詞：電力線路；微功率；無線通信技術(shù)；適應(yīng)性

通過在利用無線通信技術(shù)輸配電力線路的過程中，無線通信技術(shù)的使用使得電力線路的信號傳輸具備了投入成本低、建設(shè)方便的優(yōu)勢。而在當(dāng)前的電力線路無線通信技術(shù)的使用方案中，國家需要在對無線通信技術(shù)進(jìn)行管理限制時采用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的電力線路建設(shè)（通過在輸配電力線路中應(yīng)用無線通信技術(shù)，使得電力線路的信號傳輸具備了投入成本低、建設(shè)方便的優(yōu)勢。而在當(dāng)前的電力線路無線通信技術(shù)的使用方案中，國家需要對使用的無線通信技術(shù)方案進(jìn)行嚴(yán)格的管理審核后，才能大規(guī)模的在電力線路建設(shè)中使用其技術(shù)）。而在建設(shè)過程中正是由于采用的微功率無線通信技術(shù)具備了靈活性、系統(tǒng)的間接優(yōu)勢，成為了當(dāng)前電力線路專網(wǎng)建設(shè)過程中廣泛使用的技術(shù)之一。然而當(dāng)前絕大多數(shù)無線通信技術(shù)比如無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及無線的區(qū)域網(wǎng)線路建設(shè)技術(shù)在進(jìn)行線路設(shè)計時都是為了將無線通信技術(shù)使用于將信號遍布局限于公里之內(nèi)的電力線路建設(shè)中。正是在建設(shè)過程中通過使用微功率無線通信技術(shù)從而使得電力線路的建設(shè)通信功能能夠與原始的電力線路環(huán)境范圍之內(nèi)存在較大的差距。在當(dāng)前建設(shè)電力線路的過程中，通過針對電力線路中使用微功率無線通信技術(shù)的研究中，針對微功率無線通信技術(shù)在遠(yuǎn)距離線路進(jìn)行信號傳輸?shù)男阅荛_展分析，從不同角度對微功率無線通信技術(shù)如何進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號傳輸進(jìn)行研究，提出相應(yīng)針對性方案。但是（所得）研究成果并為（將）對通信的信號與距離產(chǎn)生一定的影響。在當(dāng)前的各種微功率無線信號電力線路建設(shè)中，IEEE802，11g（2，4GHz）技術(shù)就使用了ISM的信號頻段，此種無線通信技術(shù)在使用過程中具備了較高的兼容優(yōu)點(diǎn)。基于此通過對IEEE802，11g無線通信技術(shù)為例進(jìn)行分析，從而獲得TEEE2030標(biāo)準(zhǔn)定義的通信技術(shù)適用性，為電力線路的建設(shè)提供一定的參考。

1無線通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

無線通信網(wǎng)絡(luò)在近幾年逐漸的發(fā)展起來，并憑借無線網(wǎng)絡(luò)成本低且安裝方便的優(yōu)勢迅速的發(fā)展起來。當(dāng)前的無線通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要是通過蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)展開的電力通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中微功率的無線通訊技術(shù)更是憑借著系統(tǒng)靈活、簡潔的優(yōu)勢成為當(dāng)下電力通信選擇的主要技術(shù)之一。

在大多數(shù)的為功率無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的初衷是為了實(shí)現(xiàn)近距離的實(shí)時接入，但輸配電線路往往需要進(jìn)行長達(dá)數(shù)公里的通訊，微功率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尚難保證穩(wěn)定的通訊效果。近年來展開了對于通訊協(xié)議在遠(yuǎn)距離傳輸中的討論，從研究的角度將微功率無線技術(shù)的遠(yuǎn)距離傳輸提上日程。并在充分考慮信號不穩(wěn)定的狀態(tài)下的信息傳輸，將微功率無線技術(shù)與業(yè)務(wù)寬帶進(jìn)行融合，為智能電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了借鑒[1]。

2微功率無線技術(shù)的設(shè)計與分析

實(shí)際中輸電線路的檔距一般為1千米左右，而配電線路的檔距就比較的短小，一般在100米左右。因此在進(jìn)行微功率無線技術(shù)的設(shè)計時要充分滿足各種線路的需要，并且將通信距離變化帶來的各項參數(shù)的改變加入到設(shè)計中去。

2.1現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的通信方組

在輸配電線路信息節(jié)點(diǎn)由許多的無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。在每一個輸電線塔的都安置一個無線傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)，對于不同距離的通信需要通過定向天線的調(diào)配發(fā)送適當(dāng)功率的控制信號。并且還要將輸電線路塔收集到的信息傳遞到變電站，實(shí)現(xiàn)兩個相鄰輸電線塔之間的信息交換，將無線網(wǎng)絡(luò)的信息數(shù)據(jù)同步的發(fā)送給控制終端。

2.2微功率無線遠(yuǎn)距離通信的性能

在實(shí)際的微功率無線通訊運(yùn)行中，受到許多方面因素的影響：

2.2.1接收信號的強(qiáng)度

無線網(wǎng)絡(luò)通信在整個物理層中使用了正交頻分復(fù)用技術(shù)，以配合不同的編碼方式，達(dá)到了物理層的最高速率。在其具體的運(yùn)行中，傳輸距離的增加接收到的信號強(qiáng)度也就越差，對于收發(fā)雙方來說都受到了限制。

2.2.2協(xié)議的效率

媒體接入控制層在使用中，主要采用載波偵聽多路訪問的方式接入控制協(xié)議。無線電在空氣中的傳輸時間隨著傳輸距離的拉大而逐漸增加，并且數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞的概率也在不斷的加大。

2.3約束通信性能的條件

2.3.1接收信號

在無線信息的傳輸?shù)缆分?，信號主要是因為在傳輸中的路徑損耗的快衰落引起的損失。在輸配電線路中通信節(jié)點(diǎn)之間是根據(jù)通信的長度來進(jìn)行信息傳輸方式的選擇，在傳輸過程中障礙較少的前提下，僅僅考慮路徑上的損耗就可以。

2.3.2遠(yuǎn)距離傳輸與數(shù)據(jù)碰撞

在現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)之間的信號傳輸受無線信號在空中的傳播而發(fā)生延長，從而影響兩個端點(diǎn)之間通信道路產(chǎn)生碰撞。在兩個通信節(jié)點(diǎn)的碰撞之下必然導(dǎo)致傳輸信息質(zhì)量的下降，對于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸來說產(chǎn)生了一定的阻礙。

2.3.3通信吞吐量

一個傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，在形成傳輸鏈路層數(shù)據(jù)包時。對于整個通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的要求，則需要經(jīng)過許多的過程才可以到達(dá)信息收集的終端，并作用于整個無線通訊網(wǎng)絡(luò)。

3微功率無線通信信息的終端時間同步

以往的微功率無線通信技術(shù)并沒有充分考慮到工業(yè)控制業(yè)務(wù)的時間同步需求，但是當(dāng)前現(xiàn)場的無線網(wǎng)絡(luò)通信重點(diǎn)選取全球定位系統(tǒng)作為整個信息的終端設(shè)備，此方法容易受操作成本、布置環(huán)境、運(yùn)行安全性等因素影響，為此，選取通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，也是獲取終端設(shè)備時鐘的重要渠道之一。

3.1無線通信網(wǎng)絡(luò)信息的終端同步方案

本文基于IEEE1588精度同步思想的基礎(chǔ)上，制定一種可于軟件層面上實(shí)現(xiàn)同步的電力線路適應(yīng)方案，此方案并不需要額外硬件，只需在IEEE802.11g設(shè)備上裝設(shè)一個全新的軟件，以滿足高精度、操作簡便、電力線路在線監(jiān)測等需求。而且整個電力線路的無線網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)需先由同步網(wǎng)內(nèi)取得精度較高的業(yè)務(wù)時鐘，而后把此時鐘的信息一層一層地傳遞到周邊等級相對的時鐘。

3.2微功率無線通信技術(shù)同步算法性能

此次所分析的微功率無線通信技術(shù)同步算法，在計算時常會出現(xiàn)誤差，主要源于以下部分：①通信設(shè)備的時鐘業(yè)務(wù)源的時鐘頻率方面出現(xiàn)誤差；②在計算時鐘時候，T1、T2、T3、T4時間段精準(zhǔn)性受影響[3]；③把時鐘信息直接由主時鐘傳到時鐘這一過程話費(fèi)較長時間。對于傳輸時延情況，相關(guān)人員可選取成功傳輸?shù)母怕视?9.0%時，所需時長Tt2。計算公式表示為：

其中，Nr代表重傳次數(shù)，且需滿足PNr<0.01，可將誤差引入一次同步中，表示為：

其中，fref代表參考時鐘的頻率，foffset代表節(jié)點(diǎn)時鐘的頻率，也就等同參考時鐘所產(chǎn)生的誤差，TP1代表處理物理層時需耗費(fèi)的時長。在處理物理層時候，所耗費(fèi)的時間誤差用微秒計數(shù)，得出的同步時刻的精度也用微秒表示。

4結(jié)語

微功率無線通訊技術(shù)在電路中的使用正在逐漸的完善當(dāng)中，伴隨著科技的進(jìn)步為通信技術(shù)的發(fā)展提出了更高的要求。在新時代的背景之下，我們要用嶄新的眼光去看待無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。綜上所述，微功率無線通信網(wǎng)絡(luò)的使用對于我國電力事業(yè)的發(fā)展來說是十分重要的，我們要積極的引導(dǎo)其與當(dāng)前供電網(wǎng)絡(luò)相匹配，最終推進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的增長。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡致遠(yuǎn)，宋洋洋，袁研根，朱詠梅，楊炳爐，徐鑫.微功率無線通信技術(shù)在電力線路中的適應(yīng)性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，08：113-118.

[2]石永剛.微功率無線通信互聯(lián)互通測試系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

[3]陳孝周.微功率無線通信方式在電力抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016，24：45-46.endprint