電力載波通信技術(shù)在能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳雷 胡洋 石立國 劉昱均

（國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司 山東省青島市 266000）

當(dāng)前，分布式能源結(jié)構(gòu)在市場內(nèi)的應(yīng)用已十分廣泛，綜合現(xiàn)如今的市場發(fā)展趨勢可知，分布式能源在未來數(shù)年內(nèi)將得到大規(guī)模應(yīng)用[1]。相比常規(guī)的能源結(jié)構(gòu)，此種分布式能源結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對能源的綜合使用，因此在經(jīng)濟(jì)市場內(nèi)，受到了社會(huì)多個(gè)行業(yè)的關(guān)注。為了解決企業(yè)生產(chǎn)與行業(yè)發(fā)展中的耗能問題、實(shí)現(xiàn)對能源的高效率利用，應(yīng)當(dāng)將能源數(shù)據(jù)的前端獲取與針對性采集作為前期工作的初衷[2]。而無論任何一類與能源管控相關(guān)的工作，其前提作業(yè)任務(wù)均為能源數(shù)據(jù)的采集，因此，可以認(rèn)為與能源相關(guān)的數(shù)據(jù)是能源管控的基礎(chǔ)支撐，通過對比供應(yīng)端能源數(shù)據(jù)與需求端能源數(shù)據(jù)，能夠更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)對供能體系的整體協(xié)調(diào)，從而達(dá)到能源供需平衡的目的，進(jìn)而促進(jìn)能源發(fā)展中的節(jié)能增效。當(dāng)前能源企業(yè)最常用的能源數(shù)據(jù)采集方式是利用計(jì)量儀人工對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和上傳，這種采集方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前智能化能源建設(shè)的發(fā)展需要，并且在應(yīng)用中存在數(shù)據(jù)采集精度低、采集效率低等問題，嚴(yán)重影響著能源數(shù)據(jù)管控的質(zhì)量和水平。基于此，本文在集合電力載波通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對上述能源數(shù)據(jù)采集過程中存在的諸多問題，開展對其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)能源采集需要，將采集系統(tǒng)劃分為無線采集和有線采集兩種運(yùn)行方式，并構(gòu)建如圖1所示的采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。

結(jié)合圖1所示內(nèi)容，對采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行選型。本文選用NF8480M5型號數(shù)據(jù)庫虛擬化服務(wù)器作為本文系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，該型號服務(wù)器內(nèi)包含了兩塊600GB SAS硬盤，可針對海浪能源數(shù)據(jù)對其進(jìn)行存儲(chǔ)。同時(shí)，該型號數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)存為128GB，采用英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展計(jì)算平臺技術(shù)，能夠針對用于能源數(shù)據(jù)處理的大型虛擬化應(yīng)用程序提供良好的運(yùn)行環(huán)境。除此之外，該型號數(shù)據(jù)服務(wù)器支持處理器內(nèi)全互聯(lián)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)本文采集系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集，并在極大程度上降低系統(tǒng)處理器內(nèi)部通信延遲。在選擇無線數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)時(shí)，將JSD495-4410型號數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)作為本文系統(tǒng)中的接收點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行融為一體，將其與數(shù)據(jù)采集管控中心的總線（D500）或無線子網(wǎng)（T270 RF網(wǎng)關(guān)）配套使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對路由的串口連接擴(kuò)展，達(dá)到自動(dòng)、智能處理數(shù)據(jù)的目的和效果。

圖1：基于電力載波通信技術(shù)的采集系統(tǒng)硬件組成

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于電力載波通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議設(shè)計(jì)

在對本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，引入電力載波通信技術(shù)[3]。同時(shí)，為了確保達(dá)到更高的通信成功率，選用電力載波通信當(dāng)中的485通信總線協(xié)議，將該協(xié)議作為外部控制采集系統(tǒng)終端和數(shù)據(jù)集成設(shè)備之間的傳輸協(xié)議。通過RS232串口和數(shù)據(jù)集成設(shè)備的傳輸按照485通信總線協(xié)議格式書寫。在對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，在數(shù)據(jù)傳輸端進(jìn)行字符間隔的停頓。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)地址域接收到傳輸?shù)哪茉磾?shù)據(jù)時(shí)，需要設(shè)備對每個(gè)字節(jié)進(jìn)行解碼，對照解碼結(jié)果，進(jìn)行發(fā)送地址的對照。一個(gè)典型的能源數(shù)據(jù)傳輸格式應(yīng)當(dāng)包括：地址、功能代碼、數(shù)據(jù)數(shù)量、具體數(shù)據(jù)、CRC高字節(jié)和CRC低字節(jié)。在此基礎(chǔ)上，利用Modbus協(xié)議方案，對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新修改，并得到如表1所示的數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議格式。

表1：能源數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議格式

按照上述能源數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議格式對需要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸編碼進(jìn)行編寫，并在485通信總線協(xié)議中完成傳輸。

2.2 能源數(shù)據(jù)采集時(shí)序及轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

在利用本文采集系統(tǒng)對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，通信信號可以通過耦合、濾波限幅電路選擇中心頻率的擴(kuò)頻信號，再通過SIGIN引腳將信號傳輸?shù)捷d波芯片當(dāng)中對信號進(jìn)行解擴(kuò)處理，具體流程如圖2所示。

圖2：信號解擴(kuò)處理流程

在此過程中，需要先進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線獲取，將完成獲取的數(shù)據(jù)通過載波通信技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)上傳處理。其次，在完成對數(shù)據(jù)的采集后，為了確保所有數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一，通過將系統(tǒng)與CPU端口連接的單總線DS163B46數(shù)字能源計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)。完成轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過數(shù)據(jù)校驗(yàn)，確定讀取數(shù)據(jù)為正確數(shù)據(jù)后，將經(jīng)過第一和第二個(gè)讀出的字節(jié)計(jì)算實(shí)際能源參數(shù)，并將具體數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中器當(dāng)中，以此實(shí)現(xiàn)對能源數(shù)據(jù)的采集。

3 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用分析

結(jié)合本文上述論述，完成對本文系統(tǒng)的理論層面設(shè)計(jì)，為了驗(yàn)證該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的效果，將其引入到某能源企業(yè)的控制中心當(dāng)中。選擇將采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信狀態(tài)作為評價(jià)指標(biāo)，通過對其通信成功率計(jì)算并記錄，反映系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的通信效果。選擇1～10號能源運(yùn)行工作站，對能源傳輸過程中的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并記錄每組數(shù)據(jù)的具體發(fā)送次數(shù)、CRC失敗次數(shù)以及通信無響應(yīng)次數(shù)，并計(jì)算得出其通信成功率。實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)置采集系統(tǒng)運(yùn)行間隔時(shí)間為5s。通信成功率的計(jì)算公式為：通信成功率=（發(fā)送次數(shù)-CRC失敗次數(shù)）/發(fā)送次數(shù)×100%。按照上述實(shí)驗(yàn)操作，并在采集系統(tǒng)完成運(yùn)行后將數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行記錄，如表2所示。

表2：采集系統(tǒng)通信狀態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，每個(gè)工作站對能源溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，發(fā)送次數(shù)均為4次或5次，并且沒有出現(xiàn)CEC失敗和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無響應(yīng)的問題產(chǎn)生。并且通過上述通信成功率計(jì)算得出，其通信成功率均為100%。因此，通過上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，本文提出的能源數(shù)據(jù)采集設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對能源數(shù)據(jù)的百分百通信，同時(shí)也證明了電力載波通信技術(shù)在該系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用作用。除此之外，利用該采集系統(tǒng)能夠針對電力線信道通信環(huán)境更加惡劣的情況下，對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、通信和傳輸，為能源管控提供更加可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)和保障。

4 結(jié)束語

本文通過上述論述，針對電力載波通信在采集系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行探究，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的方式證明了引入該技術(shù)后的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠達(dá)到100%的通信成功率，解決了傳統(tǒng)采集系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于受到周圍環(huán)境等眾多因素干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過程中無響應(yīng)和傳輸失敗的問題。但由于研究能力有限，本文在對采集系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)時(shí)，只針對能源溫度這一類型數(shù)據(jù)的采集、傳輸效果進(jìn)行探究，并未針對其他相關(guān)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行驗(yàn)證。因此，在后續(xù)的研究中還將針對更多類型的能源數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行采集和傳輸，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)對本文采集系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化。