姚 迪，孫道軍，王 斌

(國網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114007)

無線網(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，通過應(yīng)用無線網(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，為存在類似問題的地區(qū)組網(wǎng)提供借鑒。

無線網(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)備是對各信息采集點(diǎn)用電信息采集的設(shè)備，簡稱采集終端，可以實(shí)現(xiàn)對電能表數(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(簡稱負(fù)控)采集終端，目前安裝1 650臺負(fù)控終端，由于部分用戶暫停或暫減容，實(shí)際運(yùn)行負(fù)控終端1 005臺。通信信道以230 MHz無線專網(wǎng)信道為主，以GPRS無線公網(wǎng)信道為輔。無線專網(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)無線基站,通信頻率采用國家無線電管理委員會(huì)批準(zhǔn)的3對頻點(diǎn)，微波站、騰鰲中繼站各用1對頻點(diǎn)，主站與牌樓、英落中繼站3個(gè)基站共用1對頻點(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，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)信道巡測時(shí)間短暫，巡測時(shí)間設(shè)定不同，發(fā)生干擾的幾率小，尚未對通信成功率造成嚴(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、補(bǔ)測，在環(huán)境及同頻點(diǎn)信道的干擾下，導(dǎo)致中繼站260臺負(fù)控用戶終端無法正常通信，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)境及同頻干擾問題，是提高用電信息采集系統(tǒng)采集成功率的關(guān)鍵問題。

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

2.1無線網(wǎng)橋技術(shù)

無線網(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，為使用無線(微波)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c(diǎn)對點(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)無線組網(wǎng)。無線網(wǎng)橋有3種工作方式：點(diǎn)對點(diǎn)(PTP)、點(diǎn)對多點(diǎn)(PMP)和中繼連接。根據(jù)協(xié)議不同，無線網(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無線網(wǎng)橋。

無線網(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，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)橋是指傳輸介質(zhì)允許長度范圍內(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常規(guī)范圍時(shí)使用的網(wǎng)橋。通過遠(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)橋則必須成對出現(xiàn)，海城地區(qū)應(yīng)用了遠(yuǎn)程網(wǎng)橋。無線網(wǎng)橋采用直序擴(kuò)頻技術(shù)，工作在無需申請頻點(diǎn)的5.8 GHz的頻段下，采用低成本的電纜連接，安裝簡易，管理快速，與現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)無縫連接,可確保最高的性價(jià)比。

無線網(wǎng)橋的工作原理如下：

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

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

圖3 無線網(wǎng)橋工作原理圖

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

通過對牌樓、英落2個(gè)中繼站的現(xiàn)場勘察和實(shí)地測試，結(jié)合目前采集系統(tǒng)230 MHz巡測方式及無線網(wǎng)橋技術(shù)原理，應(yīng)對其通信鏈路方式進(jìn)行整改，并設(shè)計(jì)了無線網(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)橋通過以太網(wǎng)接口與無線網(wǎng)橋(發(fā)送端)相連，數(shù)字信號通過無線網(wǎng)橋進(jìn)行信號放大和調(diào)制擴(kuò)頻5.8 GHz射頻信號,通過高增益天線發(fā)射出去,安裝在中繼站側(cè)的無線網(wǎng)橋(接收端)通過天線進(jìn)行接收，通過無線網(wǎng)橋進(jìn)行降頻解調(diào)后通過網(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)的無縫連接。將命令通過無線電臺和天線系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給安裝在用戶側(cè)的負(fù)控終端。無線中繼站工作原理如圖5所示。

圖5 無線中繼站工作原理

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25 km，選擇非視距傳輸?shù)臒o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)橋天線相對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)供電所與中繼站的無線連接。中繼站側(cè)的無線網(wǎng)橋通過串口服務(wù)器與通信控制器相連接，實(shí)現(xiàn)負(fù)控?cái)?shù)據(jù)的無線傳輸。

2.3無線網(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法接入采集系統(tǒng)的難題，解決了東部山區(qū)260臺采集終端與主站的通信問題，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

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，本文通過無線網(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)也為存在類似問題的采集系統(tǒng)無線專網(wǎng)組網(wǎng)提供借鑒。

[1] 康麗雁，張 冶，蔡影凱.電力用戶用電采集系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2013，34(7)：50-52.

[2] 張 莉，吳曉光.電能表檢定集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].東北電力技術(shù)，2013，34(7)：47-49.

[3] 張艷馥，薛 紅.供電企業(yè)服務(wù)質(zhì)量管理模式與策略[J].東北電力技術(shù)，2007，28(3)：11-14.

[4] 王志斌，關(guān) 艷，康麗雁.無線數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2007，28(7)：1-4.

[5] 齊秀波，張 卓，邵 楓.條形碼及RS232接口技術(shù)在電測指示儀表檢定中的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2007，28(4)：8-9.

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，高級工程師，從事負(fù)荷控制、采集運(yùn)維管理工作。