電力采集系統(tǒng)中壓載波通信技術(shù)研究bywei

1、電力采集系統(tǒng)中壓載波通信技術(shù)研究【摘要】：隨著我國互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致很多傳統(tǒng)行業(yè)都在進(jìn)行變革，對于我國的電力系統(tǒng)而言，其也在大力建設(shè)智能電網(wǎng)，這樣便于對我國電力進(jìn)行管理和提高電網(wǎng)工作效率，另外，在全國很多地方也在大規(guī)模的建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)。由于電力載波通信技術(shù)具有其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，如其具有很高的可靠性、安全性、在經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)也很好等，鑒于這種情況，該技術(shù)在用電信息平臺以及電力采集信息系統(tǒng)建設(shè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用1。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(yùn)行當(dāng)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(shí)踐運(yùn)用提供一些

2、理論參考及一些借鑒價(jià)值。關(guān)鍵詞：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)作為我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)揮著重要的影響作用，另外，我國的工業(yè)、人們的生活等都離不開電力，因此，電力行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)社會的一個(gè)非常重要的組成部分 2。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力行業(yè)在各個(gè)方面取得的成績也是非常的驕人，其也不斷受到各個(gè)地方政府等部門的重視。由于用電人員的增加，導(dǎo)致使用電表的用戶也在不斷的增加，那么，采用傳統(tǒng)的人工來對電表數(shù)字進(jìn)行抄寫的方式顯然是不能夠滿足現(xiàn)實(shí)需求，在某種程度上面也制約了電力企業(yè)的發(fā)展，另外，也給我國用電信息采集管理方面的作業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)與困難，面臨這種制約電力行業(yè)發(fā)

3、展的瓶頸，只有努力尋找新的出路才能夠更好的扭轉(zhuǎn)這種局面，那么，采用用電信息管理系統(tǒng)來對我國電力行業(yè)進(jìn)行管理是一種非常不錯(cuò)的選擇，也是未來的大趨勢所在。由于諸多學(xué)者及專家等對電力載波通信技術(shù)進(jìn)行廣泛研究，目前，已經(jīng)克服了許多該領(lǐng)域的難題，并且取得了不錯(cuò)的成績。為了能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高速傳播，目前，通過電力載波技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)把現(xiàn)有的電力線路進(jìn)行充分、并且有效的利用。隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，針對電力線相關(guān)的載波通信產(chǎn)品也層出不窮，但是，對于這些載波通信產(chǎn)品是缺乏系統(tǒng)性研究的，也沒有對這些產(chǎn)品進(jìn)行橫向和縱向的比較研究，因此，需要我國相關(guān)研究人員加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究。2、電力線載波通信技術(shù)及基本原理2.1電力

4、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，可以完成信號調(diào)制到高頻載波的一種通信形式3。在上個(gè)世紀(jì)二十年代初期，在軍事領(lǐng)域首先出現(xiàn)了電力線載波通信技術(shù)，之后，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用，另外，由于電力線載波通信技術(shù)具有許多的優(yōu)勢，如路由是非常的合理、在通信方式上面其是非常經(jīng)濟(jì)性的、在傳輸通道上面也是非常的可靠等，因此，其逐漸受到人們的認(rèn)可，并被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)。由于載波通信技術(shù)存在應(yīng)用領(lǐng)域的差異，故可以把載波通信技術(shù)可分為高壓、中壓和低壓載波4，本論文主要是針對中壓載波技術(shù)來進(jìn)行研究及分析的。信號處理器調(diào)制解調(diào)器信號放大電路信號耦合網(wǎng)絡(luò)中壓電力網(wǎng)絡(luò)圖

5、2-1 電力線載波通信技術(shù)（中壓）工作原理從上圖2-1可以知道，對于電力載波通信（中壓）系統(tǒng)而言，它主要是由五個(gè)部分來組成的：對于信號處理器，主要是用于發(fā)送、接收相關(guān)的電力線載波信號，并且對相關(guān)的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理；對于調(diào)制解調(diào)器，當(dāng)頻譜的位置出現(xiàn)偏移等現(xiàn)象時(shí)，就會通過調(diào)制解調(diào)器來對頻譜進(jìn)行搬移，從而使得其位置移動(dòng)到正確合理的位置，通過這一系列的動(dòng)作就會把解調(diào)信號轉(zhuǎn)變成已調(diào)信號，且完成調(diào)制過程；對于信號放大電路，它主要是對中壓載波的通信性能進(jìn)行提升，因?yàn)樵陔娏€載波解調(diào)的過程中對于電力信號而言，其衰減幅度是比較大的，故通過信號放大電路來阻止其衰減幅度是非常必要的；對于信號耦合網(wǎng)絡(luò)而言，它主要是為

6、了提高電力系統(tǒng)的抗干擾方面的能力，通過采用該方法可以把已調(diào)信號耦合至電力線，這樣，電路就會與電力網(wǎng)進(jìn)行分離；對于中壓電力網(wǎng)絡(luò)而言，它主要是對載波模塊的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行負(fù)責(zé)。2.2電力線載波通信特點(diǎn)電力載波通信（中壓）具有如下特點(diǎn)：如果配電網(wǎng)中負(fù)荷情況非常復(fù)雜，就會導(dǎo)致對頻率進(jìn)行選擇；如果出現(xiàn)脈沖干擾，就會導(dǎo)致大幅度的信號衰減現(xiàn)象發(fā)生。電力線載波通信技術(shù)（中壓）主要分為兩種，即傳統(tǒng)的頻帶傳輸、以及擴(kuò)頻通信技術(shù)。對于傳統(tǒng)頻帶傳輸技術(shù)，它主要是利用相位鍵控、頻率鍵控等來進(jìn)行操作的5。目前，在我國很多的企業(yè)都經(jīng)常采用的擴(kuò)頻技術(shù)主要有，線性調(diào)頻（Chirp）、直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、以及正交頻分復(fù)用（OF

7、DM）等 6。2.3 載波通信的適用范圍及技術(shù)指標(biāo)對于載波通信技術(shù)來講，它的適用范圍主要包括：電力用戶多、用電容量小、計(jì)量點(diǎn)比較分散、布線也比較困難的范圍內(nèi)等，如商業(yè)密集區(qū)。電力線載波通信作為本地通信的一種，主要應(yīng)用于集中器與采集器與載波電能表之間的數(shù)據(jù)傳輸。載波通信的技術(shù)指標(biāo)見下表2.1所示。表2.1 載波通信技術(shù)指標(biāo)3、在用電信息采集系統(tǒng)中應(yīng)用載波通信技術(shù)3.1用電采集系統(tǒng)介紹就現(xiàn)階段而言，對于我國許多的居民用電依然采取傳統(tǒng)的人工抄電表的方式來進(jìn)行，這樣就顯得效率很低下，而且增加了工人的工作量等。隨著我國社會的快速發(fā)展，以及居民及工業(yè)等對用電需求量的增加，導(dǎo)致該種模式的弊端顯現(xiàn)出來了，為了

8、提高對用電的管理等，采用自動(dòng)抄表技術(shù)也是一種必然趨勢。下圖3-1為修改后的電力數(shù)據(jù)信息采集平臺的相關(guān)管理內(nèi)容。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)用如果想要把載波通信技術(shù)（中壓）應(yīng)用到電力采集系統(tǒng)中，那么，就需要經(jīng)歷四個(gè)環(huán)節(jié)，分別為技術(shù)研究、少量試點(diǎn)、大規(guī)模試點(diǎn)、大規(guī)模使用四個(gè)環(huán)節(jié)9。對于技術(shù)研究階段而言，它主要是在1980年到2002年之間。在這個(gè)時(shí)期，許多公司都在對載波通信技術(shù)進(jìn)行研究，并且也取得了一定的成績。對FSK、PSK等調(diào)式方法都進(jìn)行了大量研究及應(yīng)用等，由于受當(dāng)時(shí)條件的限制，大多數(shù)的研究都是為了實(shí)現(xiàn)集中器與臺區(qū)內(nèi)全部電能表穩(wěn)定可靠的對點(diǎn)通信，然而該種

9、技術(shù)在當(dāng)前是無法實(shí)行的。對于少量試點(diǎn)階段而言，它主要是在2002年到2006年之間。通過大量實(shí)踐研究表明，對于技術(shù)研究階段得到的點(diǎn)對點(diǎn)直接通信是不能夠?qū)崿F(xiàn)的，在該段時(shí)期內(nèi)，相關(guān)研究人員已把研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到自動(dòng)中繼技術(shù)上面來了，通過不斷努力，對于該技術(shù)的研究也取得一定的成效，在電力抄收的成功率上面效果也非常顯著。對于大規(guī)模試點(diǎn)階段而言，它主要是在2006年至今期間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，對于中壓載波抄表技術(shù)來講，不管是從技術(shù)還是從市場等方面都受到很多的關(guān)注。就市場層面來講，在很多省市等都開始制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；就技術(shù)層面來講，已產(chǎn)生各種不同的無線、播載技術(shù)。對于大規(guī)模試用階段，在2009年的時(shí)候，我國相關(guān)部

10、門對電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新制定，在這個(gè)時(shí)期也對中壓集中抄表終端型式進(jìn)行了定義，新標(biāo)準(zhǔn)使得電力信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為電力采集系統(tǒng)技術(shù)中的核心部分12。4、電力線載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)對于電力線載波的主站系統(tǒng)，其主要包括報(bào)表工作站、通訊工作站等17。對于通訊工作站，它主要是采用如下通信方式（如光纖、無線傳輸?shù)龋﹣韺?shí)現(xiàn)通信。下圖4-1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。圖4-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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通信模塊而言，它是以擴(kuò)頻通信技術(shù)原理作為理

11、論基礎(chǔ)的，它需要完成的工作就是對載波信息進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，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)字信息等18。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(yùn)用實(shí)驗(yàn)室模擬測試對于本論文所進(jìn)行的載波通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)，主要選擇了4家在該領(lǐng)域比較具有代表性的公司來進(jìn)行的，它們分別為A、B、C、D公司，關(guān)于這四家公司的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見下表5.1所示。測試過程主要包括三個(gè)階段，實(shí)驗(yàn)?zāi)M、實(shí)驗(yàn)室通信性能測試、以及自動(dòng)上報(bào)功能測試13。表5.1測評企業(yè)產(chǎn)品信息表該實(shí)驗(yàn)的測試步驟主要包括兩個(gè)：在無干擾和衰減情況下來進(jìn)行載波通信技術(shù)的測試、以及在+50dB的情況

12、下來進(jìn)行衰減測試。對于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，它們所采用的方法是一樣的，即采用二十個(gè)電能表、一個(gè)集中器，通過這些硬件來構(gòu)筑一個(gè)波載通信技術(shù)平臺，利用該平臺可以對電力采集系統(tǒng)抄表的正確性、穩(wěn)定性等相關(guān)方面進(jìn)行測量 14。通過該實(shí)驗(yàn)得到的測試結(jié)果分析如下：如表5.2、表5.3所示：表5.2抄讀成功率統(tǒng)計(jì)表表5.3抄讀數(shù)據(jù)正確率通過對上述載波通信產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)測試（如通信性能、實(shí)驗(yàn)?zāi)M測試等），可以很明顯的看出，在國內(nèi)和國外很多關(guān)于電網(wǎng)的研究中，采用FSK調(diào)制方式、或者采用載波率比較高的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，所取得的效果是非常好的，這更進(jìn)一步的促進(jìn)了我國電力行業(yè)用電采集信息系統(tǒng)的發(fā)展，并且，在對電力抄收效果方面表現(xiàn)是非常好的 15。6、結(jié)束語隨著我國電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，其越來越面向智能化的方向來發(fā)展了，因而，在我國電力行業(yè)廣泛使用用電信息平臺也是很尋常的事情了，故載波通信技術(shù)在電力行業(yè)的發(fā)展中起著非常重要的作用。因此，通過對電力線載波通信技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，不僅具有實(shí)用價(jià)值，而且對電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展提供了指引。參考文獻(xiàn)：1 趙東亞. 電力線載波通訊技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用D.華北電力大學(xué),2014（13）:189-194.2 李榮幸. 低壓電力線載波通信技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)