楊艷 劉于超 高陽

摘 要：通過對用電信息采集設(shè)備采集方式、檢測流程和方法進(jìn)行分析研究，模擬采集系統(tǒng)現(xiàn)場實際運(yùn)行工況，搭建采集設(shè)備載波芯片性能試驗裝置，對入網(wǎng)采集設(shè)備載波芯片性能進(jìn)行綜合評價。通過文章的分析，希望對相關(guān)工作起到借鑒的作用。

關(guān)鍵詞：電力線；載波；采集設(shè)備；性能測試

引言

低壓電力線載波抄表系統(tǒng)是低壓電網(wǎng)通訊的一種重要應(yīng)用。由于低壓電網(wǎng)線路的阻抗變化和噪聲干擾十分復(fù)雜，常常使得抄表系統(tǒng)在實際運(yùn)行中的抄收成功率很低。因此，通過對用電信息采集設(shè)備采集方式、檢測流程和方法進(jìn)行研究，在相對理想的檢測環(huán)境下對入網(wǎng)采集設(shè)備載波性能進(jìn)行綜合評價。

1 總體設(shè)計方案

1.1 采集系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析

目前，全國范圍內(nèi)的居民客戶用電信息采集主要采用集中器實現(xiàn)，集中器通過上行信道與抄表主站通信，通過下行信道抄讀下面掛載的各種表計。目前集中器的上行傳輸方式主要選用光纖專網(wǎng)、GPRS/CDMA/3G無線公網(wǎng)；下行傳輸方式主要采用RS485通信、電力線載波、微功率無線網(wǎng)絡(luò)等方式。

1.2 總體設(shè)計方案

為模擬采集系統(tǒng)實際運(yùn)行工況，項目組對以上所采用的方案進(jìn)行分析，簡化得出采集系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)，按照此結(jié)構(gòu)進(jìn)行電力線載波通訊性能仿真模塊設(shè)計。電力線載波通訊性能仿真模塊總體采用模塊化設(shè)計，總體設(shè)計方案結(jié)構(gòu)如圖1總體設(shè)計方案結(jié)構(gòu)圖所示。

圖1 總體設(shè)計方案結(jié)構(gòu)圖

2 PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測

載波信號的傳輸介質(zhì)是低壓電力線，電力線中存在載波信號干擾、噪聲干擾、衰減、阻抗變化、信號畸變等影響，造成電力線載波通信難以實現(xiàn)100%的通訊成功率。為了衡量不同廠商集中器載波通訊的質(zhì)量，文章分析了低壓電力線的仿真模型，提出采用模塊化設(shè)計仿真模擬各種現(xiàn)場運(yùn)行工況，在同一測試平臺下對集中器的載波通訊性能進(jìn)行綜合評判，具體設(shè)計思路及方案如下：

2.1 電力線長度仿真模塊

2.1.1 線路長度電路模型

低壓電力線是一種分布參數(shù)電路，電流在導(dǎo)線的電阻中引起了沿線的電壓降，同時又在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了變動的磁場，這個變動的磁場沿著全線產(chǎn)生感應(yīng)電壓。導(dǎo)線間的電壓是沿線連續(xù)改變的，同時由于這對導(dǎo)線構(gòu)成了電容，兩線間就存在位移電流，頻率較高時不可忽略；同時電壓變化時，漏電流也不容忽視。這樣在沿線不同的地方，電流不同，在此所做的模型是把傳輸線看作一系列集總元件所構(gòu)成的一種極限。電路的參數(shù)則認(rèn)為是沿線分布的。

2.1.2 線路長度仿真模塊

一般情況下，一個臺變下的電力線長度大約在1公里至2公里之間，根據(jù)線路長度電路模型得到的低壓電力均勻傳輸線方程以及實際線路的測試，設(shè)計了低壓電力線長度仿真模塊，該模塊可以在實驗室條件實現(xiàn)電力線長度的仿真。仿真模塊分為1米，500米，1000米，1500米，2000米基本模塊，配合自動切換設(shè)備可以實現(xiàn)低壓電力線長度的仿真檢測。

2.2 載波衰減仿真模塊

載波衰減主要由線路分支、線路介質(zhì)、線路年限、線路長度等對載波信號的消弱和反射。衰減特性主要表現(xiàn)在線路長度、線路正反向傳輸、載波信號過零點(diǎn)與峰點(diǎn)傳輸衰減、變壓器相間傳輸?shù)葞讉€方面。為了模擬衰減量，本設(shè)計采用載波衰減器來仿真線路對載波信號的衰減，衰減器在電力線載波固定的頻率范圍內(nèi)，引入一預(yù)定衰減的電路，以所引入衰減的dB值及其特性阻抗來標(biāo)識。衰減器原理如下圖所示：

圖2 衰減器原理圖

根據(jù)此簡化原理圖，載波輸出輸入電壓比為：

換算為分貝值為：

，其中？棕=2？仔f。如果載波頻率一定，選用不同的電感或電容，就可確定此時衰減器的基本設(shè)計參數(shù)，從而得出衰減的分貝值。

本衰減載波模塊設(shè)計中采用額定衰減dB+0dB、25dB、50dB、75dB和100dB可調(diào)設(shè)計，在不同載波芯片額定衰減值下，通過調(diào)整以上四種衰減值對載波通訊效果、載波模塊的帶載能力進(jìn)行評判。

2.3 電源電壓影響模塊

根據(jù)集中器技術(shù)規(guī)范要求，集中器工作電源允許偏差-20%～+20%。本設(shè)計主要測試在不同工作電源下集中器的載波抄表成功率。同時借助調(diào)壓器將實驗設(shè)備電源與外部電源隔離，防止測試過程中受外界干擾。電壓變化范圍為AC220V±20%，即評價AC176～AC264V范圍內(nèi)的載波抄表成功率。

2.4 電力線干擾仿真模塊

2.4.1 電力線干擾源分析

電力線上存在的復(fù)雜干擾可分為自然干擾和人為干擾。自然干擾如雷電引起的干擾，這種干擾將影響瞬間的電力線數(shù)據(jù)通訊。但可通過數(shù)據(jù)自動重發(fā)機(jī)制和糾錯機(jī)制有效地避免此類干擾對數(shù)據(jù)通訊的影響。人為干擾則是由連接在電力線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，對PLC數(shù)據(jù)通訊有嚴(yán)重的影響，不僅會造成信號誤碼率高，使得接受裝置無法正確接受；另外，它還有可能使接收設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生自干擾，嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)的工作。

2.4.2 電力線干擾仿真實現(xiàn)。根據(jù)對電力線干擾源的分析，采用信號發(fā)射器仿真各種家用電器產(chǎn)生的周期性的干擾、時不變的連續(xù)干擾和隨機(jī)產(chǎn)生的突發(fā)性干擾，再通過信號耦合裝置將產(chǎn)生的仿真干擾波形耦合到測試的電力線信道中，達(dá)到仿真測試不同干擾環(huán)境下載波抄表成功率。也可根據(jù)現(xiàn)場測試情況，繪制各種干擾波形耦合到測試線路中，在室內(nèi)對現(xiàn)場干擾情況進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，分析數(shù)據(jù)抄讀不成功的原因，為下步地治理提供參考。

3 結(jié)束語

采集設(shè)備載波性能檢測裝置對于采集設(shè)備的質(zhì)量有著舉足輕重的作用，PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測為采集設(shè)備的采購、載波芯片的確定、供貨采集設(shè)備規(guī)約一致性的評判提供了參考依據(jù)，提高了新購采集設(shè)備的質(zhì)量和檢測效率。

參考文獻(xiàn)

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