徐揚 付瑤 張捷

[摘? ? 要]計量自動化系統(tǒng)是采集電網(wǎng)主網(wǎng)、配網(wǎng)用電數(shù)據(jù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場通信環(huán)境復(fù)雜多變，現(xiàn)場運維出現(xiàn)的問題頗多，對通信過程的檢測顯得尤為重要。將計量自動化和現(xiàn)場通信檢測結(jié)合起來，有助于提升電力業(yè)務(wù)效率。本文針對現(xiàn)場寬帶載波通信模塊檢查方法進行研究，為及時發(fā)現(xiàn)故障原因，減少人工逐項排查帶來的時間浪費和根據(jù)客觀經(jīng)驗判斷通信模塊造成資源浪費提供解決思路。

[關(guān)鍵詞]寬帶載波;通信模塊;HPLC;現(xiàn)場檢測

[中圖分類號]TN913.6;TP273.5 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–0–02

On-site Detection Method of Broadband Carrier Communication Module

Xu Yang， Fu Yao， Zhang Jie

[Abstract]The metering automation system is a data collection system for the main grid and distribution network. The on-site communication environment for data collection is complex and changeable. There are many problems in on-site operation and maintenance. The detection of the communication process is particularly important. Combining metering automation with on-site communication detection will help improve the efficiency of power business. This article researches on the inspection method of the on-site broadband carrier communication module， and provides solutions for finding the cause of the failure in time， reducing the time waste caused by manual item-by-item investigation， and judging the waste of resources caused by the communication module based on objective experience.

[Keywords]broadband carrier; communication module; HPLC; on-site detection

隨著電網(wǎng)規(guī)模擴大，電力用戶幾何式增多、計量設(shè)備更新迭代加速、模塊故障和運行環(huán)境惡劣等因素均導(dǎo)致終端故障增多，造成終端離線、采集失敗，采集成功率下降等，對供電企業(yè)的考核指標(biāo)和采集數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用有直接影響。因此，現(xiàn)場高效精準(zhǔn)的運維工作對供電企業(yè)尤為重要。研究現(xiàn)場通信模塊檢測方法，能有效解決計量終端運維過程中工作效率低下、人工參與量大、資源浪費嚴(yán)重等實際問題，以此緩解整個供電局系統(tǒng)的運維壓力，減少系統(tǒng)維護的費用與經(jīng)營成本問題，為企業(yè)帶來經(jīng)濟保障與社會效益，具有區(qū)域推廣使用的價值。本文通過研究寬帶載波通信方式，針對寬帶載波通信模塊現(xiàn)場檢測方法進行探討。

1 計量自動化現(xiàn)場通信技術(shù)概述

1.1 計量自動化系統(tǒng)采集結(jié)構(gòu)

計量自動化系統(tǒng)由主站計算機系統(tǒng)（簡稱“主站”）、遠程通信的傳輸通信信道、現(xiàn)場各類計量終端和電能表計三部分組成?，F(xiàn)場計量終端采集電力用戶用電數(shù)據(jù)后通過多種通信方式傳輸?shù)接嬃肯到y(tǒng)主站，主站對電能表數(shù)據(jù)進行集中管理并監(jiān)測。主站主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊、運維監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和采集處理平臺組成，對數(shù)據(jù)進行集中儲存、處理與應(yīng)用，通過網(wǎng)省綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)與南網(wǎng)電能量數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)交互。各地市供電局側(cè)由廠站終端、負(fù)控終端、配變終端和集中器與電表構(gòu)成前置采集子模塊，通過MSTP傳輸網(wǎng)與備用通道與主站進行通信;由關(guān)口遙測系統(tǒng)廠站終端構(gòu)成的關(guān)口采集前置字模塊通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與主站進行通信。

數(shù)據(jù)采集通信通道分為遠程和本地兩部分（也稱為上行通信通道和下行通信通道），遠程通信是指計量設(shè)備和主站之間的通信，主要有230 MHz無線專網(wǎng)、GPRS無線公網(wǎng)、CDMA無線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)、PSTN和中壓電力載波等，其中采用較多的是GPRS和230 MHz無線專網(wǎng)兩種方式。本地通信有低壓窄帶載波、低壓寬帶載波、RS-485總線和微功率無線等方式，其中負(fù)控與配變的本地通信一般采用RS-485方式;低壓集抄主要采用電力線載波或電力線載波與RS-485混合組網(wǎng)的形式。計量自動化系統(tǒng)中采用多種通信技術(shù)，不僅能實時采集用戶用電量信息，而且可滿足不同的應(yīng)用環(huán)境，采集信息非常全面，精確度也非常高，使電能數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確快速的傳送給主站。

根據(jù)目前實際工作中的現(xiàn)場使用情況，將這些通信方式與計量系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)終端之間的關(guān)系進行對應(yīng)，通信方式架構(gòu)如圖1所示。

1.2 現(xiàn)狀與問題

計量運維人員在現(xiàn)場運維中，靠經(jīng)驗對終端通信采集異常進行基本判斷，選擇直接更換通信模塊或SIM卡等簡單輪換測試的方法處理終端離線、在線無數(shù)據(jù)、在線缺數(shù)等問題，工作效率不高;對拆回的通信模塊上電復(fù)檢比較麻煩，需與表計、終端同時上電做檢測，并錄入相應(yīng)的檔案資料，且還受到組網(wǎng)、兼容性等問題影響，不僅增加工作量也會影響對通信模塊故障的判斷。部分基層計量運維人員不對拆回通信模塊上電復(fù)檢，僅憑現(xiàn)場判斷和工作經(jīng)驗，會造成部分通信模塊的資源浪費，如現(xiàn)場接觸不好、線路阻抗、電磁干擾、表計的通信模塊與集中器HPLC通信模塊的不兼容等，對通信模塊故障判斷的準(zhǔn)確率不高。

2 低壓寬帶載波通信

2.1 寬帶電力線載波技術(shù)

隨著國家能源戰(zhàn)略發(fā)展，電力線載波通信技術(shù)（PLC）作為電力系統(tǒng)特有的高效可靠的通信傳輸方式，在智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、遠方保護信號傳輸?shù)确矫嬷衅鹬絹碓街匾饔?。電力載波通信技術(shù)利用配電網(wǎng)線路作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋{(diào)頻、頻率可達到幾百千比特率至幾兆比特每秒，傳輸帶寬為2k～4 kHz，采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing，OFDM）信號調(diào)制方式。相較于窄帶載波方案而言，寬帶載波具有帶寬較大、抗擾能力強、通信速率高的特點，在相同時間能可采集更多的電能表數(shù)據(jù)。技術(shù)原理是發(fā)送器首先將數(shù)據(jù)信息調(diào)制到一個高頻載波上，然后利用功率放大后，通過耦合電路耦合到電力線上，經(jīng)過不同等級的電力線傳輸，接收信息的調(diào)制解調(diào)器再通過濾波后將高頻信號從電流中分離出來還原成數(shù)字信號。

2.2 寬帶電力線載波通信模塊

與窄帶載波通信技術(shù)相比，寬帶電力線載波通信模塊有“分鐘組網(wǎng)，秒級抄表”的運行效果，寬帶載波遠程集抄方案能有效地提高用電信息采集系統(tǒng)的采集成功率，還能降低采集耗時。同時，寬帶載波在用電信息采集系統(tǒng)中還支持互聯(lián)互通，可實現(xiàn)安全、高效和可靠的抄表功能，每個數(shù)據(jù)項平均抄讀時間小于1s。相較于窄帶載波方案而言，寬帶載波具有帶寬較大、抗擾能力強、通信速率高的特點，在相同時間能可采集更多的電能表數(shù)據(jù)。

在采集系統(tǒng)里，載波通信模塊分為本地通信模塊和智能表模塊，本地通信模塊節(jié)點位于路由的最源頭，其地址被稱為源地址，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建、網(wǎng)絡(luò)維護;智能表模塊節(jié)點位于路由的最末端，其地址成為目的地址，負(fù)責(zé)信息中轉(zhuǎn)應(yīng)答。寬帶載波通信模塊可通過電力線進行組網(wǎng)通信，一個主模塊可以管理多個從模塊進行采集與控制等指令下達的操作，從模塊有能發(fā)起信息主動上送等操作，實現(xiàn)雙向通信;主節(jié)點可根據(jù)實時的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對通信鏈路做出動態(tài)調(diào)整和最優(yōu)選擇，提高通信成功率;在距離比較遠或受到嚴(yán)重干擾的通信線路中，可從模塊間通過路由代理協(xié)調(diào)器（Proxy Co-ordinator，PCO）為中繼代理完成接力通信，無須人工干預(yù)。

2.3 通信模塊檢測實現(xiàn)方式

通過把終端寬帶載波本地模塊的弱電接口管腳和強電接口管腳，分別匯總連接至弱電的功能管腳轉(zhuǎn)接接口和載波通信接口，再連接至終端本地模塊的串口信號（5VTTL電平）。將載波信號耦合模塊通過低壓射頻信號連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實現(xiàn)了組網(wǎng)抄表功能的測試。

以模擬本地模塊與遠程模塊的組網(wǎng)通信方式，通過把寬帶載波本地模塊的弱電接口管腳和強電接口管腳，分別匯總連接至弱電的功能管腳轉(zhuǎn)接接口和載波通信接口，再連接至終端本地模塊的串口信號。將載波信號耦合模塊通過低壓射頻信號連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實現(xiàn)組網(wǎng)抄表功能的測試。簡單來說，就是通過模擬發(fā)送一段報文的方式，檢測模塊的收、發(fā)報文情況。

2.4 通信模塊檢測工作過程

（1）對CCO模塊上電調(diào)試，判斷CCO是否能正常工作。

（2）對STA模塊進行上電調(diào)試，判斷STA能否正常工作。

（3）對CCO和STA之間通信進行診斷，通過射頻信號線連接，模擬集中器和電表命令，下發(fā)數(shù)據(jù)及參數(shù)初始化、設(shè)置主節(jié)點地址、添加表檔案、抄讀電表數(shù)據(jù)，調(diào)試通信質(zhì)量。實現(xiàn)載波模塊調(diào)試，確定不同版本規(guī)約抄讀軟硬件版本信息等，能更好地幫助現(xiàn)場運維作業(yè)人員驗明調(diào)試區(qū)域的功能是否完好，通信規(guī)約以及軟硬件版本等參數(shù)也能清晰可詢。

（4）使用載波信號耦合模塊，以低壓射頻信號連通本地模塊與電表模塊的載波通信回路，實現(xiàn)本地模塊和電表模塊的組網(wǎng)抄表能力。

3 結(jié)束語

研究寬帶載波測試方法，可為設(shè)計現(xiàn)場對本地模塊、電表模塊，以及遠程模塊的測試的便攜式設(shè)備提供思路，利用技術(shù)手段輔助基層運維，實現(xiàn)對表計寬帶載波模塊、計量終端寬帶載波模塊、上行GPRS模塊進行初步檢測，排查常見故障，及時發(fā)現(xiàn)故障原因，有效解決計量終端運維過程中工作效率低下、人工參與量大、資源浪費嚴(yán)重等實際問題，以此緩解整個供電局系統(tǒng)的運維壓力，減少系統(tǒng)維護的費用與經(jīng)營成本問題，為企業(yè)帶來經(jīng)濟保障與社會效益，具有區(qū)域推廣使用的價值。

參考文獻

[1] 劉智慧.電力線載波遠程集中抄表系統(tǒng)的應(yīng)用[J].湖南電力，2004，24（3）：36-38.

[2] 于欣.電力線通信協(xié)議機制設(shè)計與仿真驗證[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2018.

[3] 李建岐，陸陽，高鴻堅.基于信道認(rèn)知在線可定義的電力線載波通信方法[J].中國電機工程學(xué)報，2015，35（20）：5235-5243.

[4] 孫海翠，張金波.低壓電力線載波通信技術(shù)研究與應(yīng)用[J].電測與儀表，2006，43（8）：54-57.

[5] 樊昌信.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[6] 羅玄，補黔江，蔣友權(quán)，等.計量自動化現(xiàn)場通信檢測技術(shù)[J].電氣自動化，2019，41（1）：5-8

[7] 曹敏，李波，畢志周，等.低壓電力線載波通信性能測試方法研究[J].電測與儀表，2012，49（10）：46-51.

[8] 孫增友，李依潼，吉海強.基于寬帶電力線載波的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電測與儀表，2012，49（7）：76-79.

[9] 梁波，周生偉，韓云.電力線載波技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2013（34）：78-81.