摘要:随着集抄系统的不断向前发展，业务应用越来越多，数据采集量越来越大，目前使用的主流载波通信都是载带载波，受制于通信速率和通信机制，数据采集和应用已经遇到瓶颈。随着宽带载波通信技术在集抄系统中的应用，应用瓶颈得到了很好的解决。
关键词: 宽带载波；集抄；居民用电信息采集
0 引言
随着电网公司智能电网建设规划的逐步实现，在具备建设居民用电信息采集系统的地区，覆盖率已基本达到预期目标。在此基础上，电费结算、线损分析、远程费控、供电质量监测等多种业务也逐步开展并广泛应用，对采集数据量、采集速度、通信稳定性都有了较高要求。
1、宽带载波通信简介
电力宽带载波技术，利用电力线为通信介质，带宽为2-30M、通信速率通常在1Mbps，采用了扩频OFDM(正交频分复用)等等调制技术，使频带利用率进一步提高，而且还能消除子信道之间的干扰。有如下优点：
1）抗干扰能力强。OFDM通过多个子载波传输用户信息，对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗能力很强。同时，通过子载波的联合编码，OFDM实现了子信道之间的频率分集作用，也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。
2）频率利用率高。OFDM允许重叠的正交载波作为子信道，而不是传统上利用保护频带分离子信道的方式，因此提高了频率利用效率。
3）使用高速数据传输。OFDM的自适应调制机制，使不同的子载波可以根据信道情况和噪音背景的情况选择不同的调制方式。当信道条件好的时候，子载波采用效率高的调制方式。当信道条件差的时候，子载波采用抗干扰能力强的调制方式。而且，OFDM加载算法技术，使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上，以高速率的方式进行传送。
4）抗码间干扰能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰。它与加性的噪声干扰不通，是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因很多。只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。由于OFDM采用了循环前缀，因此对抗码间干扰的能力很强。
2、宽带载波在集抄中的应用
1）RS-232本地通信及接线方式
RS-232本地通信是一种有线通信方式，是通过数据线经PC串口连接终端进行本地操作的通信，其国网标准接口定义。
由于该通信接口的针脚密度大，终端接口端子磨具的工艺公差等因素，导致自动化定位和接驳难度极大、并且接驳装置投资高，可靠性低，极易造成插接断针或破坏端口的情况。目前在检测过程中多采用人工接线的方式实现。
2）GPRS/CDMA网络通信及接线方式
采集终端远程通信方式，其利用GPRS/CDMA通信模块应用方式，插入SIM/UIM卡，通过第三方(移动/电信/联通)运营商通信网络进行远程通信。该通信方式接驳后只能检测采集终端上行通信功能，难以实现本地通信功能，因此还应另外考虑实现本地通信的需求目前，国内已投运的自动化检测线上已实现了SIM/UIM测试卡的自动化操作，但是应用极少。主要原因是机器人需经过翻盖，插接卡、关盖复位等多次机械操作，多维度动作难度大、定位精度极高，并且该专机投资较高，而产出比相对较低，同时也容易造成自动化检测系统整体效率降低等问题。目前，国内多数检测部门选择人工方式完成通信卡的装填，但在部分地区和单位已采用统一发放，由厂家在生产环节中一并完成装填，此方式可直接省去人工装填环节和自动化装填专机的投资。
3）以太网通信
以太网通信利用组网的方式，使采集终端与检测系统PC组成一个私网，即在一个局域网段内实现信息交互的一种通信方式.
3、基于RS-485备用端子扩展开发的设计思路
解决采集终端流水线系统与终端自动化接驳，实现本地通信和参数设置，既要考虑到通信端口自动化接驳的经济性和成熟性，同样还要兼顾该方式的可靠性和安全性。目前，国内单、三相智能表自动化检定流水线已实现RS-485端口的自动化接驳，该方式通过电控调度气缸动作，完成插针与RS485 端子的自动插接和信息交互。各网省计量中心和众多表厂已投运的检定流水线几乎采用该方式进行自动化插接，特别是经过多年的实际应用验证和完善，其接驳成功率已接近99.8%。因此，在采集终端自动化检测线上选用成熟的RS-485自动化接驳方式可行性较高，而集中器Ⅰ和专变采集终端Ⅲ均设置有两路RS-485端口，具备相应条件。
而两种终端第二路RS-485端口仅用于备用抄表，正常情况下基本处于闲置状态，因此，充分利用和扩展RS-485端口功能，并且在不影响采集终端三种通信方式的基础之上，通过对终端通信控制进行调整，使其具有本地通信和参数设置功能，可为终端自动化检测线实现自动化接驳提供有力的技术支撑。不过，在对该端口程序进行调整后，还应保证可靠性和安全性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为此，在设计方案中还应考虑人工操作检测单元时在检测系统中显示通信控制选择菜单，用于对采集终端进行上行本地通信或下行抄表功能切换在自动化检测完成后，通过下发指令及时关闭RS-485新增通信功能，并将该端口恢复成出厂设置，确保现场安装使用不受任何影响。
4、采集终端RS-485端子自动化接驳方案按照国网公司专变采集终端[2]和集中器[3]型式规范的要求，专变专变采集终端Ⅲ和集中器Ⅰ接线端子分别有38和30个，其中27-28均为是辅助RS-485端子。 采集终端自动化接驳机构就是在三相电能表自动化接驳机构的基础上进行扩展设计，将原有的28个接线排针增加为38个或30个，同时注意控制排针间距公差，增强气缸性能，确保每次接驳成功率。采集终端自动化检测系统对终端自动化接驳时，采用整体排针一次性接驳所有接线端，此方案用时短，效率高，可准确完成RS-485端子接线。6 RS-485开启本地通信和参数设置功能的安全性
RS-485抄表辅助端口开通本地通信和参数设置功能后，需要确保其通信的安全性，保证采集终端的数据准确可靠，防止无关人员进行非法操作而导致数据丢失，修改等，避免造成不必要或无法换回的损失。因此开通采集终端RS-485本地通信和参数设置功能，必须要考虑其安全性能，保证采集终端能正常，稳定，可靠的运行，并进行数据采集和控制。
5、信息交互过程的安全性
通过RS-485端子进行本地通信时，遵循了国网主站与采集终端通信协议[1]的技术要求。特别是在用电“参数设置”，“负荷命令控制”等操控上均按照采集终端写操作数据帧格式要求，附带有协议规定的安全密码管制，确保所有控制经密码验证后，才能对采集终端进行写成功操作控制，因此RS-485辅助抄表口开通本地通信和参数设置功能后，确保信息交互的过程不会出现的安全隐患。
6、 RS-485辅助端本地通信失效控制
RS-485本地通信和参数设置功能只作为采集终端自动化检测时使用，自动化检测完毕后，按照增补通信协议要求，由自动化检测系统自动下发RS-485口通信控制，把具备本地通信功能的RS-485辅助端修改回原有功能，并恢复现场安装运行时的两路RS-485抄表端，确保采集终端现场安装前RS-485辅助端本地通信失效。
7、并发抄表在台区抄表中的应用流程
由集中器控制，连续发送最多5条并发抄表帧给本地宽带载波模块，对于表协议类型为DL/T645协议的，每条并发抄表报文最多携带3个表抄读帧，对于表协议类型为DL/T698.45面向对象协议的，每条并发抄表报文携带1个抄读帧。当集中器收到任意一条抄表应答报文时，集中器再补发一帧并发报文给本地宽带载波模块，保持最大并发数，直到所有数据表计数据抄读完成。
如果抄读成功，报文中为返回的表计协议报文，如果抄读失败，返回数据长度为0的空报文。
集中器下发的表计报文的并发帧个数超过模块允许的最大值，本地宽带载波模块会回复否认。
每个并发帧中包含的抄表报文条数超过可以承载的抄表报文条数，本地宽带载波模块也会回否认。
当本地宽带载波模块组网及路由优化尚未完成时，是不允许抄表的，此时集中器若发送抄表帧，会回复否认。
针对模块回复否认的情况，集中器在与模块的交互逻辑中都会有相应的判定和处理机制。
曲线数据抄读，大概30都分钟就能抄读完成。每个小时剩余的时间就可以抄读日冻结数据，兼顾了曲线数据和系统对日冻结考核的需求。系统可利用曲线数据，进行供电质量、用电负荷等进行分析。
在窄带载波环境下，仅正向有功日冻结的抄读就需要1小时以上甚至更多的时间， 1个小时之内无法完成曲线数据的抄读。
1、总结
介绍了宽带载波通信特点及在实际中的应用，以及现场实际应用的反馈。宽带载波在通信稳定性、通信速度极具优势。
在集抄系统中的应用存在的瓶颈，集中器和宽带载波模块交互还是串口通信，表计模块或者采集器和表计的通信也是串口，在交互上有一定的速度瓶颈，如若在这方面有所突破，那么居民用电信息采集系统的功能和性能将会有一个质的提升。
参考文献:
[1] 李志明．自动抄表系统的研究[D].浙江大学，2015年；
[2]胡云．几种电能表远程抄表系统的分析与比较[J].中小企业管理与科技，2009年；
[3]陈从填、罗玉龙．常见几种通讯技术在智能水表、热量集抄中的应用，2017年；
[4]胡昌斌．宽带电力载波技术在智能用电系统的应用，2016年；
[5]沈尚锋．配网用户低压集抄系统研究及应用，2016年；
[6]张靳予．智能电网中载波-无线双模模块的研究，2016年；
论文作者:孙丽妍
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
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