宽带载波通信模块现场检测方法

徐扬 付瑶 张捷

[摘    要]计量自动化系统是采集电网主网、配网用电数据系统，数据采集的现场通信环境复杂多变，现场运维出现的问题颇多，对通信过程的检测显得尤为重要。将计量自动化和现场通信检测结合起来，有助于提升电力业务效率。本文针对现场宽带载波通信模块检查方法进行研究，为及时发现故障原因，减少人工逐项排查带来的时间浪费和根据客观经验判断通信模块造成资源浪费提供解决思路。

[关键词]宽带载波;通信模块;HPLC;现场检测

[中图分类号]TN913.6;TP273.5 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–0–02

On-site Detection Method of Broadband Carrier Communication Module

Xu Yang， Fu Yao， Zhang Jie

[Abstract]The metering automation system is a data collection system for the main grid and distribution network. The on-site communication environment for data collection is complex and changeable. There are many problems in on-site operation and maintenance. The detection of the communication process is particularly important. Combining metering automation with on-site communication detection will help improve the efficiency of power business. This article researches on the inspection method of the on-site broadband carrier communication module， and provides solutions for finding the cause of the failure in time， reducing the time waste caused by manual item-by-item investigation， and judging the waste of resources caused by the communication module based on objective experience.

[Keywords]broadband carrier; communication module; HPLC; on-site detection

隨着电网规模扩大，电力用户几何式增多、计量设备更新迭代加速、模块故障和运行环境恶劣等因素均导致终端故障增多，造成终端离线、采集失败，采集成功率下降等，对供电企业的考核指标和采集数据的深化应用有直接影响。因此，现场高效精准的运维工作对供电企业尤为重要。研究现场通信模块检测方法，能有效解决计量终端运维过程中工作效率低下、人工参与量大、资源浪费严重等实际问题，以此缓解整个供电局系统的运维压力，减少系统维护的费用与经营成本问题，为企业带来经济保障与社会效益，具有区域推广使用的价值。本文通过研究宽带载波通信方式，针对宽带载波通信模块现场检测方法进行探讨。

1 计量自动化现场通信技术概述

1.1 计量自动化系统采集结构

计量自动化系统由主站计算机系统（简称“主站”）、远程通信的传输通信信道、现场各类计量终端和电能表计三部分组成。现场计量终端采集电力用户用电数据后通过多种通信方式传输到计量系统主站，主站对电能表数据进行集中管理并监测。主站主要由业务应用模块、运维监控模块、数据管理模块和采集处理平台组成，对数据进行集中储存、处理与应用，通过网省综合数据网与南网电能量数据平台进行数据交互。各地市供电局侧由厂站终端、负控终端、配变终端和集中器与电表构成前置采集子模块，通过MSTP传输网与备用通道与主站进行通信;由关口遥测系统厂站终端构成的关口采集前置字模块通过调度数据网与主站进行通信。

数据采集通信通道分为远程和本地两部分（也称为上行通信通道和下行通信通道），远程通信是指计量设备和主站之间的通信，主要有230 MHz无线专网、GPRS无线公网、CDMA无线公网、光纤专网、PSTN和中压电力载波等，其中采用较多的是GPRS和230 MHz无线专网两种方式。本地通信有低压窄带载波、低压宽带载波、RS-485总线和微功率无线等方式，其中负控与配变的本地通信一般采用RS-485方式;低压集抄主要采用电力线载波或电力线载波与RS-485混合组网的形式。计量自动化系统中采用多种通信技术，不仅能实时采集用户用电量信息，而且可满足不同的应用环境，采集信息非常全面，精确度也非常高，使电能数据能够准确快速的传送给主站。

根据目前实际工作中的现场使用情况，将这些通信方式与计量系统中各业务终端之间的关系进行对应，通信方式架构如图1所示。

1.2 现状与问题

计量运维人员在现场运维中，靠经验对终端通信采集异常进行基本判断，选择直接更换通信模块或SIM卡等简单轮换测试的方法处理终端离线、在线无数据、在线缺数等问题，工作效率不高;对拆回的通信模块上电复检比较麻烦，需与表计、终端同时上电做检测，并录入相应的档案资料，且还受到组网、兼容性等问题影响，不仅增加工作量也会影响对通信模块故障的判断。部分基层计量运维人员不对拆回通信模块上电复检，仅凭现场判断和工作经验，会造成部分通信模块的资源浪费，如现场接触不好、线路阻抗、电磁干扰、表计的通信模块与集中器HPLC通信模块的不兼容等，对通信模块故障判断的准确率不高。

2 低压宽带载波通信

2.1 宽带电力线载波技术

随着国家能源战略发展，电力线载波通信技术（PLC）作为电力系统特有的高效可靠的通信传输方式，在智能电网的数据、远方保护信号传输等方面中起着越来越重要作用。电力载波通信技术利用配电网线路作为数据传输的媒介，调频、频率可达到几百千比特率至几兆比特每秒，传输带宽为2k～4 kHz，采用正交频分复用技术（Orthogonal Fre-quency Division Multiplexing，OFDM）信号调制方式。相较于窄带载波方案而言，宽带载波具有带宽较大、抗扰能力强、通信速率高的特点，在相同时间能可采集更多的电能表数据。技术原理是发送器首先将数据信息调制到一个高频载波上，然后利用功率放大后，通过耦合电路耦合到电力线上，经过不同等级的电力线传输，接收信息的调制解调器再通过滤波后將高频信号从电流中分离出来还原成数字信号。

2.2 宽带电力线载波通信模块

与窄带载波通信技术相比，宽带电力线载波通信模块有“分钟组网，秒级抄表”的运行效果，宽带载波远程集抄方案能有效地提高用电信息采集系统的采集成功率，还能降低采集耗时。同时，宽带载波在用电信息采集系统中还支持互联互通，可实现安全、高效和可靠的抄表功能，每个数据项平均抄读时间小于1s。相较于窄带载波方案而言，宽带载波具有带宽较大、抗扰能力强、通信速率高的特点，在相同时间能可采集更多的电能表数据。

在采集系统里，载波通信模块分为本地通信模块和智能表模块，本地通信模块节点位于路由的最源头，其地址被称为源地址，负责网络组建、网络维护;智能表模块节点位于路由的最末端，其地址成为目的地址，负责信息中转应答。宽带载波通信模块可通过电力线进行组网通信，一个主模块可以管理多个从模块进行采集与控制等指令下达的操作，从模块有能发起信息主动上送等操作，实现双向通信;主节点可根据实时的通信网络环境对通信链路做出动态调整和最优选择，提高通信成功率;在距离比较远或受到严重干扰的通信线路中，可从模块间通过路由代理协调器（Proxy Co-ordinator，PCO）为中继代理完成接力通信，无须人工干预。

2.3 通信模块检测实现方式

通过把终端宽带载波本地模块的弱电接口管脚和强电接口管脚，分别汇总连接至弱电的功能管脚转接接口和载波通信接口，再连接至终端本地模块的串口信号（5VTTL电平）。将载波信号耦合模块通过低压射频信号连通本地模块与电表模块的载波通信回路，实现了组网抄表功能的测试。

以模拟本地模块与远程模块的组网通信方式，通过把宽带载波本地模块的弱电接口管脚和强电接口管脚，分别汇总连接至弱电的功能管脚转接接口和载波通信接口，再连接至终端本地模块的串口信号。将载波信号耦合模块通过低压射频信号连通本地模块与电表模块的载波通信回路，实现组网抄表功能的测试。简单来说，就是通过模拟发送一段报文的方式，检测模块的收、发报文情况。

2.4 通信模块检测工作过程

（1）对CCO模块上电调试，判断CCO是否能正常工作。

（2）对STA模块进行上电调试，判断STA能否正常工作。

（3）对CCO和STA之间通信进行诊断，通过射频信号线连接，模拟集中器和电表命令，下发数据及参数初始化、设置主节点地址、添加表档案、抄读电表数据，调试通信质量。实现载波模块调试，确定不同版本规约抄读软硬件版本信息等，能更好地帮助现场运维作业人员验明调试区域的功能是否完好，通信规约以及软硬件版本等参数也能清晰可询。

（4）使用载波信号耦合模块，以低压射频信号连通本地模块与电表模块的载波通信回路，实现本地模块和电表模块的组网抄表能力。

3 结束语

研究宽带载波测试方法，可为设计现场对本地模块、电表模块，以及远程模块的测试的便携式设备提供思路，利用技术手段辅助基层运维，实现对表计宽带载波模块、计量终端宽带载波模块、上行GPRS模块进行初步检测，排查常见故障，及时发现故障原因，有效解决计量终端运维过程中工作效率低下、人工参与量大、资源浪费严重等实际问题，以此缓解整个供电局系统的运维压力，减少系统维护的费用与经营成本问题，为企业带来经济保障与社会效益，具有区域推广使用的价值。

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