适用于通信不畅的台区型双模通信模块研究与开发

李杨秋

（东信和平科技股份有限公司，珠海 519000）

随着泛在电力物联网的提出，物联网技术在配电网中的应用研究与设备研制具有非常重要的意义。论文重点阐述了适用于通信不畅的台区型无线通信模块开发，并基于该模块提出了与载波通信相结合的技术方案，最后论述了一种低压故障告警的系统方案。

配网故障定位能否同时满足快速性、准确性和容错性直接影响用户供电的可靠性、连续性和安全性。智能电表暂不具备上报停电信息功能。现有低压配电故障定位主要利用用户在发生供电故障时拨打的95598投诉电话来确定故障点；投诉电话可以向用户解答关于停电原因和故障抢修时间等问题，还可以根据投诉电话提供的信息初步确定停电范围，是低压配电故障定位的基本方法，也可对基于智能台区的低压配电故障自动定位方法进行辅助。但投诉电话是被动的处理方式，供电公司难以及时了解故障原因，不能有针对性制定处理方案，给用户的体验较差。

1 低压故障定位的思路

图1 智能台区系统结构Fig.1 System Structure of Intelligent Station Area

通过智能台区的户变识别功能，实现台区下户-相-变拓扑关系确定。配电终端通过台区识别仪，识别“台区配变—分支—表箱或智能电能表”的对应关系，通过末端终端自注册功能，形成拓扑文件，上送配电主站形成户变对应档案文件。在表箱或智能电表停电时通过安装在末端终端的微功率无线通信双模载波模块，上送停电事件，通过智能台区接收，形成事件报文，上送配电主站结合户变档案文件确定停电位置。

2 通信模块设计与实现

2.1 功能划分模块设计方案

该通信模块由数据转换单元、本地单元、远程单元三部分组成。数据转换单元和本地单元是通过T568B 标准网线直通连接，本地单元和远程单元通过电力线载波通信。

无线通信模块采用模块化设计，实现功能的相对独立，易于系统集成与优化扩展，在现场调试通信问题时方便定位。

2.2 模块功能设计

（1）数据转换单元

数据转换单元面板设3个指示灯，分别是电源灯、发送灯、接收灯。电源灯指示隔离电源输出网线电源脚是否有电，它决定了是否向本地单元输出电源。正常工作时，电源指示灯应常亮。发送和接收灯指示通信模块串口数据收发情况，发送和接收灯有数据收发时闪烁。

（2）本地单元

本地单元面板设5个指示灯，分别是电源灯、终端链接灯、载波链接灯、终端收发灯、载波收发灯。

（3）远程单元

远程单元面板设5个指示灯，分别是电源灯、模块链接灯、载波链接灯、模块收发灯、载波收发灯。

2.3 宽带载波与微功率无线通信技术

电力载波和微功率无线在电力通信中都有广泛应用。电力载波属于有线通信技术，其信道特征受配电网网络结构、用电负荷大小、干扰和噪声等因素影响；而无线通信技术受地理环境、天气因素影响较大，二者信道特征具有互补特性。采用电力载波与微功率无线融合的通信技术，优化组网结构，提高通信网的可靠性。

LME2981是一款集成电力载波（PLC）、微功率无线通信的单片双模通信芯片。其PLC 部分采用窄带高速电力线载波技术gPLC，基于OFDM 技术研发的，链路采用CSMA 冲突检测、路由层基于IP 的并发路由。

图2 电力载波频段示意图Fig.2Power Carrier Band Diagram

微功率无线部分支持425-525MHz 频段，支持FSK/GFSK 调制和解调，符合802.15.4g 规范，芯片内置+20dBm 功放。

图3 双模通信流程图Fig.3 Dual-mode communication flow chart

3 基于双模通信模块的低压停电告警

低压表箱和分支箱等位置安装智能监测单元，智能监测单元具备停复电检测功能。智能监测单元设置检测到停电时，立即启动读取智能电能表电压数据，如通信不成功则判断为停电，上报停电告警信息；如通信正常，则判断为设备故障，上报异常事件。表箱及分支箱智能监测单元通过载波通信方式，将用户停复电事件实时上传至智能配变终端；智能配变终端综合判断用户停复电事件及配变停复电事件，并上传至配电自动化主站，数据实时上报，在5分钟内完成推送。

当监测到台区复电时，及时启动读取智能电能表电压数据，如通信成功则判断为设备复电，否则上报异常事件。

由于宽带载波通信速率高，正常情况采集以宽带载波为主；改造后的智能电表停上电事件主要由带电容的双模通信模块实现，采用过零点信号加12V 供电变化双判据综合判定。停电时主要通过无线方式上报停电信息至上一路由节点，有电的节点也可采用宽带载波上传，大大提高通信效率，降低对备用电源的需求。

4 验证与测试

采用双模通信模块的低压台区故障定位在某用户台区试点项目中进行了试点应用。项目试点了60个台区，包括配电室和台架变，经测试故障定位的准确率超过80%。

搭建了一个停电上报的测试系统，通过开合末端的电源开关，模拟表箱的停上电，测试系统的故障定位功能。

图4 停电上报测试系统Fig4 Power Outage Reporting and Testing System

项目在瑞丰苑1号变的8号楼进行了实际测试。测试结果来看，在表箱停电后带电池的微功率无线载波模块能将停电信息送到配电终端。微功率无线载波模块能相互自组网络，通过未停电的载波模块上送。

5 结束语

针对配电台区及低压运维管理上的困难，研究基于微功率无线和载波通信双模通信的智能台区系统，可以支撑台区运维管理应用，促进营配贯通，减少电网运营成本，提高配电网供电可靠性和用户满意度，具有重要的意义。