無(wú)線網(wǎng)橋在海城地區(qū)用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用

姚 迪，孫道軍，王 斌

(國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114007)

無(wú)線網(wǎng)橋在海城地區(qū)用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用

姚 迪，孫道軍，王 斌

(國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114007)

海城地區(qū)負(fù)荷控制用戶采集終端切入用電信息采集系統(tǒng)后，隨數(shù)據(jù)采集量的不斷增加，逐漸出現(xiàn)環(huán)境及同頻干擾現(xiàn)象，影響系統(tǒng)通信信道正常數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致用電信息采集成功率嚴(yán)重下降。以海城地區(qū)為例，通過(guò)應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)橋組網(wǎng)技術(shù)，有效提高用電信息采集系統(tǒng)采集成功率，確保用電信息采集系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為存在類似問(wèn)題的地區(qū)組網(wǎng)提供借鑒。

無(wú)線網(wǎng)橋；串口服務(wù)器；用電信息采集系統(tǒng)

Abstract:After Haicheng area negative control users acquire side cut into the electricity information collection system and with the increasing amount of data collected by the current environment, the same frequency interference phenomenon is happen.It affects the normal data transmission system for communication channel, resulting in power information acquisition success rate of serious decline. According to the application of wireless network technology of the bridge,it effectively improve the electric information acquisition system of the acquisition success rate which ensures the stable operation of the electric energy data acquisition system. At the same time it provides a reference for the similar problems exist in the network area.

Keywords：wireless bridge; serial server; information collection system

用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)是國(guó)家電網(wǎng)公司統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，按照國(guó)網(wǎng)公司《關(guān)于加快用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的意見》，國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司自2010年起，利用5年時(shí)間完成遼寧省內(nèi)所有電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo) 。

用電信息采集系統(tǒng)是基于智能電能表、智能終端和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力用戶的用電信息遠(yuǎn)程采集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng) 。采集系統(tǒng)的建設(shè)為“SG186”工程營(yíng)銷業(yè)務(wù)提供電力用戶實(shí)時(shí)用電信息數(shù)據(jù)，推進(jìn)營(yíng)銷計(jì)量、抄表、收費(fèi)模式標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和公司信息化建設(shè) ，可快速響應(yīng)市場(chǎng)變化、快速反映客戶需求，從客戶用電信息的源頭提供數(shù)據(jù)支持，為分時(shí)電價(jià)、階梯電價(jià)、全面預(yù)付費(fèi)的營(yíng)銷業(yè)務(wù)策略的實(shí)施提供技術(shù)基礎(chǔ)。

用電信息采集系統(tǒng)從物理結(jié)構(gòu)上分為主站層、通信信道層、采集設(shè)備層3個(gè)層次，物理架構(gòu)如圖1所示。主站主要由營(yíng)銷系統(tǒng)服務(wù)器、前置采集服務(wù)器以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的分析、處理及相關(guān)監(jiān)視、報(bào)警等功能；通信信道是指系統(tǒng)主站與采集終端之間的遠(yuǎn)程通信信道，它是通信中主站與采集終端之間數(shù)據(jù)信息通路的一種形象比喻，它是連接主站與采集終端之間的信息橋梁；采集設(shè)備是對(duì)各信息采集點(diǎn)用電信息采集的設(shè)備，簡(jiǎn)稱采集終端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表數(shù)據(jù)的采集、管理、雙向傳輸以及轉(zhuǎn)發(fā)或執(zhí)行控制命令的設(shè)備。采集終端按應(yīng)用場(chǎng)所分為專變采集終端、低壓集中抄表終端、分布式能源監(jiān)控終端等類型。

1 負(fù)荷控制用戶采集成功率現(xiàn)狀

圖1 用電信息采集系統(tǒng)物理架構(gòu)圖

海城地區(qū)容量在100 kVA及以上并采取高供高計(jì)計(jì)量方式的用戶統(tǒng)一安裝負(fù)荷控制(簡(jiǎn)稱負(fù)控)采集終端，目前安裝1 650臺(tái)負(fù)控終端，由于部分用戶暫?；驎簻p容，實(shí)際運(yùn)行負(fù)控終端1 005臺(tái)。通信信道以230 MHz無(wú)線專網(wǎng)信道為主，以GPRS無(wú)線公網(wǎng)信道為輔。無(wú)線專網(wǎng)采用傳統(tǒng)的宏蜂窩組網(wǎng)方式，建有海城主站、微波站、騰鰲、牌樓、英落共5個(gè)無(wú)線基站,通信頻率采用國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)批準(zhǔn)的3對(duì)頻點(diǎn)，微波站、騰鰲中繼站各用1對(duì)頻點(diǎn)，主站與牌樓、英落中繼站3個(gè)基站共用1對(duì)頻點(diǎn)。自從2014年底原電力負(fù)荷管理系統(tǒng)徹底停運(yùn)，用電信息采集系統(tǒng)全面上線運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)采集成功率只維持在72%左右，達(dá)不到遼寧省公司要求專變負(fù)控用戶采集成功率為99%的指標(biāo),海城地區(qū)負(fù)控用戶終端采集成功率如圖2所示。

圖2 2015年海城地區(qū)負(fù)控用戶終端采集成功率

數(shù)據(jù)采集失敗的終端主要集中在海城東部地區(qū)，該地區(qū)地處山區(qū)，山高林密，地形復(fù)雜，霧霾嚴(yán)重(冶煉礦區(qū))，無(wú)線電波傳播環(huán)境惡劣，在1993年組建負(fù)控系統(tǒng)以后，為提高東部山區(qū)的通信成功率，建立了牌樓、英落中繼站，頻點(diǎn)與主站頻點(diǎn)相同。2000年以后，該地區(qū)采礦業(yè)及冶煉企業(yè)發(fā)展迅猛，PM2.5指數(shù)超過(guò)200，受霧霾空氣中水汽凝聚物與霾粒子混合物的影響，經(jīng)常造成地區(qū)通信信號(hào)忽強(qiáng)忽弱。由于原負(fù)控系統(tǒng)中，要求凍結(jié)數(shù)據(jù)很少，各個(gè)信道巡測(cè)時(shí)間短暫，巡測(cè)時(shí)間設(shè)定不同，發(fā)生干擾的幾率小，尚未對(duì)通信成功率造成嚴(yán)重影響，但采集終端切入信息采集系統(tǒng)后，所有終端抄表數(shù)據(jù)、電量數(shù)據(jù)、電壓、電流曲線等海量數(shù)據(jù)需要采集、凍結(jié)，每個(gè)信道都要全天巡測(cè)、補(bǔ)測(cè)，在環(huán)境及同頻點(diǎn)信道的干擾下，導(dǎo)致中繼站260臺(tái)負(fù)控用戶終端無(wú)法正常通信，嚴(yán)重影響了海城地區(qū)用電信息采集系統(tǒng)的采集成功率。因此如何應(yīng)用目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，減少牌樓、英落中繼站環(huán)境及同頻干擾問(wèn)題，是提高用電信息采集系統(tǒng)采集成功率的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 無(wú)線網(wǎng)橋在海城地區(qū)中繼站組網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)

無(wú)線網(wǎng)橋[4]是1個(gè)局域網(wǎng)與另1個(gè)局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁，屬于數(shù)據(jù)鏈路層的一種設(shè)備，為使用無(wú)線(微波)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。它是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段的以太網(wǎng)互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠(yuǎn)距離(可達(dá)50 km)、高速(可達(dá)11 Mbps)無(wú)線組網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)橋有3種工作方式：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(PTP)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(PMP)和中繼連接。根據(jù)協(xié)議不同，無(wú)線網(wǎng)橋又可以分為2.4 GHz頻段的802.11b或802.11以及采用5.8 GHz頻段的802.11a無(wú)線網(wǎng)橋。

無(wú)線網(wǎng)橋的作用是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)和通信手段，在各種傳輸介質(zhì)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)距離，同時(shí)又有選擇的將現(xiàn)有地址的信號(hào)從1個(gè)傳輸介質(zhì)發(fā)送到另1個(gè)傳輸介質(zhì)，并能有效地限制2個(gè)介質(zhì)系統(tǒng)中無(wú)關(guān)緊要的通信。網(wǎng)橋可分為本地網(wǎng)橋和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋：本地網(wǎng)橋是指?jìng)鬏斀橘|(zhì)允許長(zhǎng)度范圍內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)橋；遠(yuǎn)程網(wǎng)橋是指連接的距離超過(guò)常規(guī)范圍時(shí)使用的網(wǎng)橋。通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)橋互聯(lián)的局域網(wǎng)將成為城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。如果使用遠(yuǎn)程網(wǎng)橋則必須成對(duì)出現(xiàn)，海城地區(qū)應(yīng)用了遠(yuǎn)程網(wǎng)橋。無(wú)線網(wǎng)橋采用直序擴(kuò)頻技術(shù)，工作在無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)的5.8 GHz的頻段下，采用低成本的電纜連接，安裝簡(jiǎn)易，管理快速，與現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接,可確保最高的性價(jià)比。

無(wú)線網(wǎng)橋的工作原理如下：

發(fā)送端：用戶終端的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)接口進(jìn)入室內(nèi)單元，室內(nèi)單元對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制擴(kuò)頻，將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，中頻信號(hào)通過(guò)中頻饋線傳送到室外單元，室外單元將中頻上信號(hào)變頻，變成射頻信號(hào)并放大，再通過(guò)天饋系統(tǒng)發(fā)送出去。

接收端：天饋系統(tǒng)將接收的射頻信號(hào)送入室外單元，室外單元將射頻信號(hào)下變頻變成中頻信號(hào)，中頻信號(hào)通過(guò)中頻饋線傳送到室內(nèi)單元，室內(nèi)單元對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解擴(kuò)，把中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)口傳送給用戶終端，工作原理如圖3所示。

圖3 無(wú)線網(wǎng)橋工作原理圖

2.2無(wú)線網(wǎng)橋在海城地區(qū)中繼站組網(wǎng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)牌樓、英落2個(gè)中繼站的現(xiàn)場(chǎng)勘察和實(shí)地測(cè)試，結(jié)合目前采集系統(tǒng)230 MHz巡測(cè)方式及無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)原理，應(yīng)對(duì)其通信鏈路方式進(jìn)行整改，并設(shè)計(jì)了無(wú)線網(wǎng)橋+串口服務(wù)器方式，如圖4所示。實(shí)現(xiàn)海城主站與牌樓、英落2個(gè)中繼站的通信鏈接。

圖4 牌樓、英落中繼站框圖

前置機(jī)串口發(fā)送的命令通過(guò)串口服務(wù)器轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議傳送到交換機(jī)，交換機(jī)與網(wǎng)橋通過(guò)以太網(wǎng)接口與無(wú)線網(wǎng)橋(發(fā)送端)相連，數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋進(jìn)行信號(hào)放大和調(diào)制擴(kuò)頻5.8 GHz射頻信號(hào),通過(guò)高增益天線發(fā)射出去,安裝在中繼站側(cè)的無(wú)線網(wǎng)橋(接收端)通過(guò)天線進(jìn)行接收，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋進(jìn)行降頻解調(diào)后通過(guò)網(wǎng)線傳輸?shù)街欣^站側(cè)的交換機(jī)，與交換機(jī)連接的串口服務(wù)器將RJ45以太網(wǎng)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成RS232接口協(xié)議 ，串口服務(wù)器通過(guò)RS232接口與原中繼站控制分機(jī)串口相連,實(shí)現(xiàn)與原中繼站通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫連接。將命令通過(guò)無(wú)線電臺(tái)和天線系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給安裝在用戶側(cè)的負(fù)控終端。無(wú)線中繼站工作原理如圖5所示。

圖5 無(wú)線中繼站工作原理

牌樓中繼站通信塔及英落中繼站通信塔上在2000年組建中繼站時(shí)安裝2套負(fù)控天線，塔下機(jī)房安裝負(fù)控通信機(jī)柜1套。在此基礎(chǔ)上，考慮2個(gè)中繼站與海城主站的直線距離超過(guò)25 km，選擇非視距傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)橋，分別安裝在牌樓供電所和英落供電所牌樓至本地中繼站之間，同時(shí)在2個(gè)供電所側(cè)各申請(qǐng)了1個(gè)固定內(nèi)網(wǎng)IP，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，在辦公樓頂各安裝網(wǎng)橋通信天線1套，天線方位與安裝在中繼站通信塔上的網(wǎng)橋天線相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)供電所與中繼站的無(wú)線連接。中繼站側(cè)的無(wú)線網(wǎng)橋通過(guò)串口服務(wù)器與通信控制器相連接，實(shí)現(xiàn)負(fù)控?cái)?shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

2.3無(wú)線網(wǎng)橋應(yīng)用效果

2015年10月中旬，牌樓、英落中繼站采用無(wú)線網(wǎng)橋通信鏈路連接后，徹底排除了2個(gè)中繼站與主站同頻干擾無(wú)法接入采集系統(tǒng)的難題，解決了東部山區(qū)260臺(tái)采集終端與主站的通信問(wèn)題，使得海城地區(qū)專變負(fù)控終端采集成功率提高到99.8%以上，如圖6所示。

圖6 中繼站改進(jìn)后海城地區(qū)負(fù)控用戶終端信息采集成功率

3 結(jié)束語(yǔ)

用電信息采集系統(tǒng)是建設(shè)具有信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化特征堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基石，本文通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)了局域網(wǎng)與通信設(shè)備的有效連接，提高了地區(qū)用電信息采集系統(tǒng)采集成功率，確保了海城地區(qū)用電信息采集系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也為存在類似問(wèn)題的采集系統(tǒng)無(wú)線專網(wǎng)組網(wǎng)提供借鑒。

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Wireless Bridge in Haicheng Application Information Collection System

YAO Di，SUN Daojun，WANG Bin

(State Grid Anshan Power Supply Company, Anshan,Liaoning 114007，China)

TM274+.2

A

1004-7913(2017)07-0059-04

2017-04-25)

姚 迪(1971)，女，高級(jí)工程師，從事負(fù)荷控制、采集運(yùn)維管理工作。