通信電源監控系統在電力通信中的應用探究

呂占杰

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050000）

0 引 言

在電力行業的快速發展中，相較于其他方式，電力線載波通信具有工期短、投資少、通信安全等諸多優勢。通信線路一般隨輸電線路進行延伸，但由于受到自然環境等的影響很容易破壞輸電線路，因此要對電力通信中的電源進行有效監控。

1 通信電源監控系統

通信電源監控系統屬于分布式計算機網絡監控系統，由3個部分組成。

（1）監控單元。在通信電源監控系統中，監控單元是重要的組成部分。通過監控站與被監控設備連接，連接后能對被監控設備在運行期間的各項數據進行采集，了解設備的各項參數與運行狀態。上一級計算機系統所下達的對被監控設備的信息可由監控單元及時獲取與接收[1]。監控單元在實際應用中具有報表與信息統計功能，便于人們完成各項工作。

（2）監控站。對被監測區域內各個單元的工作狀態進行監測，一旦發現問題及時發送警報，同時能顯示監控單元采集到的各類信息。此外，監控站具備信息統計功能，可自動生成工作人員所需的報表與曲線圖。

（3）監控中心。在通信電源監控系統中，監控中心屬于最高一級，可以對通信電源的工作狀態進行實時監控，同時也能將所有信息打印出來。

2 通信電源監控系統在電力通信中的應用

2.1 技術基礎

本研究中對于通信電源監控系統的設計所采取的方式為電力載波通信，運用的技術為直接序列擴展頻譜技術。在多數電力載波芯片中，直接序列擴頻使用較為廣泛，應用效果顯著。高碼率的擴頻碼序列在發端去擴展信號的頻譜可直接利用，擴頻碼序列在接收端進行解擴，可還原寬的擴頻信號。一般情況下，相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）調制的使用比較常見，這種方式誤碼率小，但發射功率較高，調制時會視同抑制載波的雙向平衡。

擴展頻譜系統信息的傳輸原理是在偽隨機碼序列中調制信息，然后再通過偽碼序列對載波進行調制。其中，抑制載波平衡調制是擴頻通信中對偽隨機碼信號的調制方式。設載波信號、偽碼信號分別為Acosωt、c(u,t)，可以將平衡調制波表示為：

二相鍵控調制時，調相波可表示為：

式中，θ為已調相波調制指數。

2PSK信號是有直接序列擴頻調制生產的，載波由平衡調制抑制，c(u,t)沒有直流分量。

2.2 硬件設計

XR2210/XR2206套片、SC128、SSCP300是目前常用的電力載波通信芯片，本設計所使用的芯片為SC128。該芯片在實際應用中優勢顯著，抗干擾、抗衰減效果好，而且芯片具有較強的集成性，能實現擴頻/解擴、D/A轉換等各項功能。載波芯片與微處理器的接口方案如圖1所示。

圖1 載波芯片與微處理器的接口方案

2.3 系統電源監控設計

整個監控系統由硬件系統與綜合上位機（監控軟件平臺）共同組成。相關數據是電源監控的關鍵所在，通過數據能對用戶供電是否正常等進行分析。數據傳入主機，電力載波則從從機傳入，然后在顯示器上對數據進行顯示。在對用戶供電是否正常、供電時間等進行監控時，可以使用本系統進行有效監控。如果還要對用戶用電量等信息進行監控，則要將該系統讀入從機，可使用串口連接測量儀進行此項工作。讀入后再將電力載波通信信息傳送給主機，然后對數據狀態進行顯示[2]。在與下位機保持通信時，可使用上位機軟件進行操作，有效獲取監控數據。在通信協議下，解碼接收數據可獲得下位機的監控信息。主機和從機是下位機軟件設計的兩個部分，上位機的指令由主機接收，數據現場獲取。為實現通信，下位機需使用單片機。監控主機與從機的程序設計框架基本相同，但在中斷后執行的程序有所不同，要通過主機與從機的功能來判斷。

2.4 數據采集與傳輸

模擬量與數字開關量是通信電源系統監控需采集的信號，直流電壓、負荷電流等是需采集的模擬量，可以與監控電源的模擬量輸入接口直接連接。開關狀態等是數字開關量的主要內容，可以與監控單元的開關量輸入端直接連接。串行異步通信是通信電源監控系統與監控終端采用的連接方式，確定波特率為2 400～38 400 bit/s、串行接口為RS-232接口。短距離傳輸一般適合RS-232，但如果是長距離傳輸，則要加入協議轉換裝置[3]。在監控系統前端，外部接口器件是重要組成部分，可對信號檢出、將其轉換為前端可處理的數據等。

2.5 微環境監測

目前，對機柜內機架上的設備微環境進行監測時需使用多傳感器自校正技術、傳感網絡信息預測技術的智能電源分配單元（Intelligent Power Distribution Unit，IPDU）。IPDU在對機柜進行管理期間，可以對電壓、電流等進行實時監測，并能對設備不同端口的電力參數進行監測。電力參數出現問題后可及時發出警報，確保設備的運行質量與效率。在不同接口模式的傳感器引入后，電子數據表格（Transducer Electronic Data Sheet，TEDS）格式的引擎矯正方式可對信息進行自矯正。分段線性插值函數可對多參數傳感器參數進行自校準，K通道傳感模式矯正式為：

監控的遙測數據如表1所示。

2.6 系統應用

監控中心主站是通信電源遠程監控系統的重要組成部分，不同模塊可滿足不同的監控環境。為消除本地化差異，要求在滿足監控性能的同時也要重視經濟效益，監控對象可針對各個站點的實際情況進行靈活調整。在監控系統中加入交直流輔助傳感器可對設備運行期間的溫度、濕度等各項數據進行監測，確保設備運行的安全性與可靠性。將交直流傳感器加裝在通信電源上，可避免斷電風險，且在實際建設中工程量并不大。通過系統各類監測模塊的應用可以對通信電源進行有效監測，同時也能對溫度與濕度等各項數據進行監測，以通信協議為基礎向上層傳達信號。在計算機設備上安裝多個串口卡，滿足不同的使用需求。

通過對設備運行的有效監測，能及時發現設備的異常情況，并能向管理員提供故障信息。在故障發生后觸發警報，幫助值班人員及時獲知故障信息，然后組織檢修人員進行檢修與維護，及時消除故障。采集設備運行數據并進行管理，將其存儲在數據庫文件夾內，對數據進行處理與統計，然后生成所需報表與曲線圖，從而為電力系統的維護提供參考與支持，為系統的安全可靠運行提供保證[4]。

3 通信電源監控系統的發展趨勢

通信電源監控系統在智能化與自動化方面依然有很大的發展空間，尤其是統計與分析數據時需要積極應用智能技術。在智能化、自動化技術的應用下，能有效提升監控系統的工作質量與效率，降低人工勞動強度。將多系統鏈技術運用到通信電源監控系統中，能實現對通信電源的實時監控。通過Web技術的合理使用能有效擴展電子通信電源監控系統的監控范圍，且能降低監控對象被漏檢的可能，自動生成監控報告，方便管理人員通過監控報告了解具體情況，并及時排除故障[5]。由于通信電源監控系統在實際應用中會涉及諸多設備，包括蓄電池組、柴油機組等，因此要對設備進行有效管理，確保設備的安全、高效運行。同時，也要在管理期間對機房溫度、濕度等進行有效調節，確保機房環境符合要求。不同設備的生產廠家不同，在同一個系統中要能協調運行，按照統一的規范進行管理，強化設備管理效果，實現規范化統一化發展。除此之外，分布式控制系統（Distributed Control Systems，DCS）是監控系統采用的主要方式，其基礎是計算機通信協議。在DCS基礎上，還需使用獨家封閉式通信協議。為確保系統集成性，解決系統集成中存在的問題，可通過現場總線技術進行處理。

4 結 論

穩定性強、安全性高的通信電源是確保通信系統能夠安全、穩定運作的關鍵部分。通信電源監控系統在電力通信中的應用有諸多要點需要注意，包括系統硬件與軟件設計等。通過科學設計，確保系統能具備監控、管理、警報等多種功能，滿足電力系統運行的實際需求。與此同時，系統將會朝著高智能化、自動化、規范一體化的方向發展，從而有效提升其運行質量與效率，滿足電力行業發展的實際需求。