基于高速電力線載波技術的采集終端信號加強方法

鮑長庚，陸沈敏，孫　婷，胡　潔，許純愷，壽佳玨，袁　斐

(國網上海市電力公司青浦供電公司，上海　201700)

基于高速電力線載波技術的采集終端信號加強方法

鮑長庚，陸沈敏，孫婷，胡潔，許純愷，壽佳玨，袁斐

(國網上海市電力公司青浦供電公司，上海201700)

摘要：設計了基于高度電力線載波技術的采集終端信號加強方法，可實現弱信號覆蓋區域采集終端穩定上線。該方法采用模塊化設計，通過串口轉換模塊實現采集終端與從模塊的數據交換，主、從模塊間采用高速電力線載波技術傳輸通訊數據，從而將裝于優良信號位置的主模塊所接收的公網數據交給采集終端，實現信號加強。實踐證明，該信號加強方法穩定性好、安裝調試簡便，為用電信息采集的實用化應用提供了前提。

關鍵詞：高速電力線載波技術；采集終端；信號加強；模塊化

近年來，國家電網公司大力推進用電信息采集系統建設。在此進程中，經常出現集中器以及專變終端安裝于地下室、封閉電表間等無線公網信號較弱的位置，造成終端采集設備處于離線狀態，影響用電信息采集系統的數據傳輸，這種情況在新建小區中尤為典型。為了解決該問題，研究一種基于窄帶電力線載波技術的方法，加強采集終端接收到的信號強度，使終端穩定上線[1]。

1一般解決方法

在無法提高終端安裝地點的信號強度的情況下，只能考慮將信號良好處的信號引入安裝地點。目前，對于解決地下室等區域的弱信號加強有很多方法，但大多數解決方法都需面臨重新布線的問題，并且專用的設備提高了維護調試的難度(見表1)。

表1　弱信號一般解決方法

2基于高速電力線載波技術的方法

為了克服上述出現的缺點，簡化安裝調試的難度，考慮使用高速電力線載波技術實現遠距離通訊數據傳輸，以實現公網信號延長加強的效果。

2.1實現原理

低壓電力線窄帶載波技術工作在較低的頻率(3～500kHz)，只能獲得最高1Mbps的通信速率，目前在用電信息采集設備普遍采用這種技術傳輸數據。寬帶載波技術采用1～30Mhz的載波頻率，速率通常達到1～200Mbps[4]。選用高速電力線載波技術，在更高的載波頻率上，信道選擇更多，帶寬增大，在實時性、通信速率、動態組網上有明顯優勢，同時也能避開與終端抄表的窄帶載波信號產生集中干擾。

本方法通過高速電力線載波技術在采集終端和通信模塊間形成一條看不見的通信信道，將終端設備需要上報數據通過電力線傳輸給放置在信號較好的地點遠程通信模塊上報主站，以達到信號加強的效果。無需后期布線，降低施工安裝以及后期調試的工作量，此外高速電力線載波技術成熟，使用效果好。

該方法將使用主模塊、從模塊以及串口轉接模塊三部分模塊實現功能。系統示意圖見圖1。

圖1　系統示意圖

對于電力線載波信號的調制使用BFSK方式。FSK(頻移鍵控調制)，使用載波的頻率來傳送數字信息，BFSK即是使用兩個不同的頻率f1，f2來對應符號“1”、“0”的雙頻FSK技術，傳輸數據與載波的幅度及相位無關。雖然該技術實現得較早，但實現比較容易，無需復雜的鎖相與相位同步，對硬件和軟件的資源需求都非常小[5]。

2.2模塊化實現

具體實現以采用GPRS通信模塊的集中器為例，有串口轉接模塊、從模塊、主模塊。

(1)串口轉接模塊

該模塊安裝在集中器右側替換原GPRS通信模塊，通過串口與集中器相連，串口轉接模塊通過RS232串口連接線把集中器串口數據和端口狀態給從模塊(見圖2)。

圖2　串口轉換模塊外形圖

(2)從模塊

載波轉GPRS的從模塊安裝在集中器側，通過RS232串口連接線與串口轉接模塊連接，主要與集中器通訊，并將數據通過載波方式傳給主模塊(見圖3)。

圖3　從模塊外形圖

(3)主模塊

主模塊安裝在同一臺區基站信號較好處，把原來集中器的GPRS通信模塊安裝在主模塊對應插座上，主、從模塊之間通過高速電力線載波通訊方式進行數據遠程傳輸(見圖4)。

圖4　主模塊外形圖

2.3性能指標

國家電網公司推出2013標準后，本地通信接口可以實現互換性，使用寬帶頻率的模塊完全可以和符合國家電網13標準的集中器等終端無縫銜接。這里載波頻率選擇了1.3MHz，設計的模塊對數據采用了透明傳輸方式，不作規約的限制，將簡化設備的程序設計，可用于專變終端、集中器等多種終端，有良好的普適性。遠程信道可采用GPRS、CDMA、PSTN等通信模塊，并支持更換EPON、中壓電力線載波等通信模塊。波特率為原來集中器和GPRS模塊的串口速率。安裝轉接設備后被分為兩塊，分別為從機和集中器之間串口速率以及主機和GPRS遠程通信模塊之間串口速率，兩個速率需要和原來集中器與模塊串口速率相同才能正常通信。

設計的技術參數見表2。

表2　技術參數

3應用情況與效果

2015年，青浦供電公司在轄區范圍內選取多個小區信號弱覆蓋地點10處，采用高速電力線載波信號加強方法進行試點。試驗結果表明，基于高速電力線載波技術的采集終端信號加強方法在地下室弱信號情況下，能夠有效提升信號強度，月平均在線率達到99%以上(見圖5)。

圖5　使用信號加強后終端月平均在線率

終端平均信號強度由之前的-102dB，提高到-69dB(見表3)。測試效果符合設計預期。

表3　使用信號加強后終端平均信號強度　dB

主模塊安裝時選擇GPRS、CDMA信號較好表箱位置(可通過隨身攜帶的手機網絡來判定基站信號好壞，一般安裝在信號顯示3-4格處)，主模塊從表箱表尾、接線盒等有220V交流電地方取電，安裝時要確保主、從模塊在同一臺區同一相序。調試時，主、從模塊的串口指示燈和載波指示燈通過閃爍來指示串口數據和載波數據的通訊狀況。

4結語

用電信息采集系統的實用化使用受多種因素的影響，其中采集數據鏈源頭的終端穩定在線是基本前提。目前小區普遍將配電房移至地下室，存在公網信號較弱或者無信號的情況，同時公網通信工程建設也往往滯后，這就需要采取措施加強公網信號。本文采用的基于高速電力線載波技術的信號加強方法采用模塊化設計，安裝簡易、無需額外布線，且調試方便，適用于目前的弱信號情況，可用于符合國網13規約的專變終端、集中器等，很好的實現了終端設備的穩定上線，為用電信息采集系統的實用化應用提供了支持。

參考文獻：

[1]王鵬，司徒彪. 公網通信盲區電能量數據傳輸解決方案研究[J]. 裝備制造技術,2013(12):227-229.

WANGPeng，SITUBiao.PublicCommunicationBlindZoneElectricEnergyDataTransmissionSolution[J].EquipmentManufacturingTechuology, 2013(12):227-229.

[2]關永前,向衛東,粟海. 營銷信息采集終端安裝地點無GPRS信號覆蓋問題研究[J]. 湖南電力,2011,31(1):57-58.

[3]王紹槐,王璟. 無公網信號覆蓋的專變終端通信解決方案[J]. 大眾用電,2014(11):25-26.

[4]余根. 高速窄帶電力線載波技術及其應用[D]. 合肥:合肥工業大學,2013.

[5]國家電網公司營銷部. 用電信息采集通信技術及應用[M]. 北京:中國電力出版社.

(本文編輯：楊林青)

Acquisition Terminal Signal Strengthening Method Based on High Speed Power Line Carrier Technology

BAO Chang-geng，LU Shen-min, SUN Ting, HU Jie, XU Chun-kai, SHOU Jia-jue, YUAN Fei

(StateGridQingpuPowerSupplyCompany,SMEPC,Shanghai201700,China)

Abstract:This paper designs acquisition terminal signal strengthening method based on high speed power line carrier technology to ensure the acquisition terminal to come online in the weak signal coverage area. The method adopts the modularized design, and achieves the data exchange via a debugger conversion module from acquisition terminal to the module. Between master and slave module, high-speed power line carrier technology is adopted for communication data transmission. Thereby, the public network data can be transmitted from the master module in good signal acquiring position to acquisition terminal, strengthening the signals. Practice has proved that the signal strengthening method is stable, and convenient in installation and debugging, providing reference to the electricity information acquisition application.

Key words:high-speed power line carrier technology; acquisition terminal; signal strengthening; modularization

DOI：10.11973/dlyny201603012

作者簡介：鮑長庚(1972)，男，高級工程師，副總經理，從事電力系統及其自動化研究。

中圖分類號：TM73

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)03-0314-03

收稿日期：2016-03-13