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摘要: 随着用采系统业务应用功能的拓展，为保障采集系统的采集数据的完整性、数据准确性、系统运行的稳定性，对用电采集系统本地通信技术要求也越来越高。本文通过探讨RS-485、窄带载波及短距离无线等本地通信技术的优劣，对宽带电力线载波通信技术的发展趋势和应用进行了分析和研究。
关键词: 用采系统; 电力线载波通信; 宽带电力线载波通信
0 引言
随着接入用采系统的采集设备、采集数据和采集频度的不断增多，系统采集的数据内容和数据不断递增，同时，伴随用电采集系统业务应用功能的拓展，运行监测中心、运检部、调度中心等业务管理同样要求采集系统提供基础数据，对采集设备、采集系统主站等提出相关的要求，采集系统的采集数据的完整性、数据准确性、系统运行的稳定性至关重要。
目前已采用的短距离微功率无线、RS-485及窄带电力线载波本地通信方式[1],因普遍存在抗干扰能力差、不能实现双向通信、传输速率低等问题，越来越难以满足采集系统业务深化方面的要求。而宽带电力线载波通信技术具有实时性强、传输速率高、抗干扰能力强[2]，在实现安全、可靠、高效抄表功能的同时，支撑实时线损分析、费控等业务，在目前及未来电力信息采集系统的应用中将发挥重要的作用。
1 用采系统主要通讯技术
1.1 微功率无线
微功率无线组网是在电能表处安装微功率无线采集器采集电能表数据，在配电变压器处安装微功率无线集中器，通过微功率无线通信，收集该台区下采集器数据，再通过远程信道传输到系统主站。其原理是把要发送的数据信号通过调制、解调、放大、滤波等数字处理后转换为高频交流的电磁波进行传输[3]。
1.2 RS-485通信
RS-485的通信系统主要由数据采集器、数据集中器、表计等组成。通过主机与从机之间一对多的总线型拓扑网络，完成主机对从机的轮询通信。其原理为主机首先将包含地址的数据通过RS-485接口转换为差分信号以在总线上传输，总线上的所有从机监听该差分信号、将其转换为数据，并将数据中包含的地址与自身的通信地址进行比较，如果地址信息相符，则主机和从机之间的通信得以建立，数据得以在主机和从机之间传输。
1.3 低压电力线载波
低压电力线载波通信是将数据信号调制到一定载波频率信号上通过低压配电线路传输的技术，其根据载波信号频率范围不同分为低压窄带和低压宽带电力线载波两种，载波信号频率范围不大于500kHz为低压电力线窄带载波系统，低压宽带电力线载波系统是工作在1～40MHz高频率范围内的载波通信方式。低压电力线载波传输原理如图1-1所示。
2.2 编码调制
数字通信系统中，编码调制是保证系统传输鲁棒性和传输速率的核心技术之一，宽带电力线通信系统通过构建高效鲁棒的编码调制技术，以逼近信道容量，提高其对抗恶劣信道的能力。
2.3帧结构设计
为了使通信系统不干扰带外频段，宽带电力线通信通常采用时域加窗处理降低OFDM系统的带外辐射功率，使信号符合国网的带外频谱要求。
2.4频谱感知
宽带电力线通信利用频谱感知技术，灵活地将空闲且信道状况良好的频段分配给新业务，可以智能地管理电力线信道的频谱资源，增强系统的抗干扰能力和灵活性，提高频谱效率。
2.5使用白名单技术
通过配网标识符（SNID）和设置白名单的方式划分子网，对于不在本网络白名单的节点发送入网请求，集中器载波模块将拒绝加入，同时集中器载波模块之间进行网络协调，避免冲突和相互干扰，每个节点只接受本网络内的数据，保证每个子网能够稳定通信。宽带载波方案多网络协调技术如图2-3所示。
3 宽带电力载波与其他通信技术比较
3.1 宽带载波是基于已经广泛验证的TCP/IP网络协议，因而具有完善的链路层和网络层数据保护与验证，即使在窄带载波较有优势的通信距离上，宽带载波设备也可通过自身已具备的自动路由选址和中继组网机制，更好的满足端到端的通信方案。
3.2微功率无线解决方案与宽带载波方案相比，其覆盖率由于受到地形气候的影响，只能在台区中加装多台集中器以实现全覆盖的效果，这无疑加大了施工、维护量及对后续服务的依赖。而基于TCP/IP机制的宽带载波，则通信性能高、速率快、稳定性安全性高、扩展能力强，能更有效的达到“全采集”目标。
3.3 RS-485与宽带电力载波通讯方式相比，其需要长距离布线，造成工作量增大，加大投资，同时因其线径较细，容易受损，且故障定位和恢复困难，运维费用较高，而且其易引雷，造成RS-485端口损坏。
4 通讯技术方案
电力线宽带载波通讯系统根据部署位置可分为系统主站、通信信道和采集设备等三部分，本地通信信道是指集中器与采集器、采集器与计量表计之间的通信信道。以配变台区为单元，本地通信由Ⅰ型集中器、Ⅰ/Ⅱ型采集器、电能表组成，Ⅰ型集中器上行通过GPRS/CDMA/LTE4G网络或光纤与主站通信，下行通过电力线低压宽带载波方式与Ⅰ/Ⅱ型采集器通信，Ⅱ型采集器上行与Ⅰ型集中器通过电力线宽带载波通信、下行通过RS485方式与电能表进行通信，其通讯技术方案如图4-1所示。
5 结语
低压宽带电力线载波通信技术在用采系统中的应用，不仅能大大提高信息采集工作的效率，建立用户与电网之间实时、互动的数字网络，实现全采集、全覆盖、全费控功能，同时也能确保用电采集系统持续、稳定、高效地支撑公司各部门相关专业的业务深化应用，并为搭建我国统一的坚强智能电网打下扎实的基础。
参考文献
[1]吴国平，杨仁刚.基于 dsPIC33和MCP3909的三相监控终端研究与设计［J］.电力系统保护与控制，2010，38（8）：105-109.
[2]李建岐，陆阳，赵涛，等．新一代电力线载波通信关键技术探讨［J］．电力信息与通信技术，2013，11(12)．
[3]张磊，李新家，王晓峰. 电能信息采集系统运行及维护技术[M].北京：中国电力出版社，2010.
作者简介：
谢春雨，男，硕士研究生，工程师，从事电能计量工作
论文作者:谢春雨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
标签：载波论文; 电力线论文; 通信论文; 集中器论文; 数据论文; 信道论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第9期论文;