適用于通信不暢的臺(tái)區(qū)型雙模通信模塊研究與開發(fā)

李楊秋

（東信和平科技股份有限公司，珠海 519000）

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用研究與設(shè)備研制具有非常重要的意義。論文重點(diǎn)闡述了適用于通信不暢的臺(tái)區(qū)型無線通信模塊開發(fā)，并基于該模塊提出了與載波通信相結(jié)合的技術(shù)方案，最后論述了一種低壓故障告警的系統(tǒng)方案。

配網(wǎng)故障定位能否同時(shí)滿足快速性、準(zhǔn)確性和容錯(cuò)性直接影響用戶供電的可靠性、連續(xù)性和安全性。智能電表暫不具備上報(bào)停電信息功能。現(xiàn)有低壓配電故障定位主要利用用戶在發(fā)生供電故障時(shí)撥打的95598投訴電話來確定故障點(diǎn)；投訴電話可以向用戶解答關(guān)于停電原因和故障搶修時(shí)間等問題，還可以根據(jù)投訴電話提供的信息初步確定停電范圍，是低壓配電故障定位的基本方法，也可對(duì)基于智能臺(tái)區(qū)的低壓配電故障自動(dòng)定位方法進(jìn)行輔助。但投訴電話是被動(dòng)的處理方式，供電公司難以及時(shí)了解故障原因，不能有針對(duì)性制定處理方案，給用戶的體驗(yàn)較差。

1 低壓故障定位的思路

圖1 智能臺(tái)區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System Structure of Intelligent Station Area

通過智能臺(tái)區(qū)的戶變識(shí)別功能，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)下戶-相-變拓?fù)潢P(guān)系確定。配電終端通過臺(tái)區(qū)識(shí)別儀，識(shí)別“臺(tái)區(qū)配變—分支—表箱或智能電能表”的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過末端終端自注冊(cè)功能，形成拓?fù)湮募纤团潆娭髡拘纬蓱糇儗?duì)應(yīng)檔案文件。在表箱或智能電表停電時(shí)通過安裝在末端終端的微功率無線通信雙模載波模塊，上送停電事件，通過智能臺(tái)區(qū)接收，形成事件報(bào)文，上送配電主站結(jié)合戶變檔案文件確定停電位置。

2 通信模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 功能劃分模塊設(shè)計(jì)方案

該通信模塊由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、本地單元、遠(yuǎn)程單元三部分組成。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和本地單元是通過T568B 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線直通連接，本地單元和遠(yuǎn)程單元通過電力線載波通信。

無線通信模塊采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)功能的相對(duì)獨(dú)立，易于系統(tǒng)集成與優(yōu)化擴(kuò)展，在現(xiàn)場調(diào)試通信問題時(shí)方便定位。

2.2 模塊功能設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元面板設(shè)3個(gè)指示燈，分別是電源燈、發(fā)送燈、接收燈。電源燈指示隔離電源輸出網(wǎng)線電源腳是否有電，它決定了是否向本地單元輸出電源。正常工作時(shí)，電源指示燈應(yīng)常亮。發(fā)送和接收燈指示通信模塊串口數(shù)據(jù)收發(fā)情況，發(fā)送和接收燈有數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)閃爍。

（2）本地單元

本地單元面板設(shè)5個(gè)指示燈，分別是電源燈、終端鏈接燈、載波鏈接燈、終端收發(fā)燈、載波收發(fā)燈。

（3）遠(yuǎn)程單元

遠(yuǎn)程單元面板設(shè)5個(gè)指示燈，分別是電源燈、模塊鏈接燈、載波鏈接燈、模塊收發(fā)燈、載波收發(fā)燈。

2.3 寬帶載波與微功率無線通信技術(shù)

電力載波和微功率無線在電力通信中都有廣泛應(yīng)用。電力載波屬于有線通信技術(shù)，其信道特征受配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、用電負(fù)荷大小、干擾和噪聲等因素影響；而無線通信技術(shù)受地理環(huán)境、天氣因素影響較大，二者信道特征具有互補(bǔ)特性。采用電力載波與微功率無線融合的通信技術(shù)，優(yōu)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高通信網(wǎng)的可靠性。

LME2981是一款集成電力載波（PLC）、微功率無線通信的單片雙模通信芯片。其PLC 部分采用窄帶高速電力線載波技術(shù)gPLC，基于OFDM 技術(shù)研發(fā)的，鏈路采用CSMA 沖突檢測、路由層基于IP 的并發(fā)路由。

圖2 電力載波頻段示意圖Fig.2Power Carrier Band Diagram

微功率無線部分支持425-525MHz 頻段，支持FSK/GFSK 調(diào)制和解調(diào)，符合802.15.4g 規(guī)范，芯片內(nèi)置+20dBm 功放。

圖3 雙模通信流程圖Fig.3 Dual-mode communication flow chart

3 基于雙模通信模塊的低壓停電告警

低壓表箱和分支箱等位置安裝智能監(jiān)測單元，智能監(jiān)測單元具備停復(fù)電檢測功能。智能監(jiān)測單元設(shè)置檢測到停電時(shí)，立即啟動(dòng)讀取智能電能表電壓數(shù)據(jù)，如通信不成功則判斷為停電，上報(bào)停電告警信息；如通信正常，則判斷為設(shè)備故障，上報(bào)異常事件。表箱及分支箱智能監(jiān)測單元通過載波通信方式，將用戶停復(fù)電事件實(shí)時(shí)上傳至智能配變終端；智能配變終端綜合判斷用戶停復(fù)電事件及配變停復(fù)電事件，并上傳至配電自動(dòng)化主站，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)，在5分鐘內(nèi)完成推送。

當(dāng)監(jiān)測到臺(tái)區(qū)復(fù)電時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)讀取智能電能表電壓數(shù)據(jù)，如通信成功則判斷為設(shè)備復(fù)電，否則上報(bào)異常事件。

由于寬帶載波通信速率高，正常情況采集以寬帶載波為主；改造后的智能電表停上電事件主要由帶電容的雙模通信模塊實(shí)現(xiàn)，采用過零點(diǎn)信號(hào)加12V 供電變化雙判據(jù)綜合判定。停電時(shí)主要通過無線方式上報(bào)停電信息至上一路由節(jié)點(diǎn)，有電的節(jié)點(diǎn)也可采用寬帶載波上傳，大大提高通信效率，降低對(duì)備用電源的需求。

4 驗(yàn)證與測試

采用雙模通信模塊的低壓臺(tái)區(qū)故障定位在某用戶臺(tái)區(qū)試點(diǎn)項(xiàng)目中進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。項(xiàng)目試點(diǎn)了60個(gè)臺(tái)區(qū)，包括配電室和臺(tái)架變，經(jīng)測試故障定位的準(zhǔn)確率超過80%。

搭建了一個(gè)停電上報(bào)的測試系統(tǒng)，通過開合末端的電源開關(guān)，模擬表箱的停上電，測試系統(tǒng)的故障定位功能。

圖4 停電上報(bào)測試系統(tǒng)Fig4 Power Outage Reporting and Testing System

項(xiàng)目在瑞豐苑1號(hào)變的8號(hào)樓進(jìn)行了實(shí)際測試。測試結(jié)果來看，在表箱停電后帶電池的微功率無線載波模塊能將停電信息送到配電終端。微功率無線載波模塊能相互自組網(wǎng)絡(luò)，通過未停電的載波模塊上送。

5 結(jié)束語

針對(duì)配電臺(tái)區(qū)及低壓運(yùn)維管理上的困難，研究基于微功率無線和載波通信雙模通信的智能臺(tái)區(qū)系統(tǒng)，可以支撐臺(tái)區(qū)運(yùn)維管理應(yīng)用，促進(jìn)營配貫通，減少電網(wǎng)運(yùn)營成本，提高配電網(wǎng)供電可靠性和用戶滿意度，具有重要的意義。