智能电能表现场核查终端红外通信问题及其优化策略

曾志永

广东电网有限责任公司广州供电局，广东 广州 510000

0 引言

近年来，在电力行业不断发展的过程中，低压集抄建设规模不断扩大，基本实现了智能电表覆盖、电量实时采集以及在线结算等功能，提高了电能表核查效率。但是，在环境复杂、电表数量多等因素的影响下，部分电能表存在通信问题，需通过现代数字通信技术、红外技术等技术进行解决，同时需要明确现场核查终端红外通信问题并进行优化[1]。

1 智能电能表现场核查终端概述

智能电能表是智能电网尤其是智能配电网中进行数据采集的基础设备，具有采集原始电能数据、计量数据与传输数据的功能，是进行信息集成、信息分析与信息展现的基础。智能电能表现场核查终端指的是可以自动进行智能电能表信息采集、分析的设备，不仅是实现智能用电数字化、互动化与自动化的有力支持，也是智能电网的关键基础，主要由采集终端、自动化管理终端、集中器、自动器、电能量采集终端等部分构成。

2 传统现场核查方式存在的问题

电能表现场核查影响电力企业的经济效益，而传统的现场核查方式存在一定的问题。在传统的现场核查中，核查人员需要利用SG186系统导出核查区域的档案明细，再对相关内容进行删减，最终保留出厂编号等信息，并将档案打印出来。这种方式较为落后，会消耗大量的时间和人力资源，也很容易出现漏抄、错抄等问题[2]。

3 智能电能表现场核查终端红外通信原理

红外通信以红外线为基础，红外线的频率介于微波与可见光之间，其频率在0.3～400 THz，对应的波长为1 mm～750 nm，属于不可见光，频率比红光低。红外线是太阳光线中不可见光中的一种类型，又被称之为红外热辐射，具有较强的热作用。根据波长可将红外线划分为三部分，即近红外线、中红外线与远红外线。红外线的热效应较强，可以与生物体中的有机大分子与无机分子进行共振，继而产生热量，已广泛应用于化学、生物、有机合成、分子光谱学等领域。微波与无线电波都在长距离无线通信中被广泛应用，但是红外线波长相对较短，障碍物衍射能力相对较差，因此一般被应用于短距离无线通信。为了使设备通过红外接口实现通信，红外数据协议发布了红外数据通信标准，明确了其软硬件规范。

红外通信属于通信信道，是利用950 nm近红外波段的红外线传递信息。在红外通信中，发送端应用的是脉位调制，即PPM方式，红外通信接口即调制解调器，主要进行信号调制与解调。红外遥控是由发送与接收这两部分共同构成，其中发送端主要是通过单片机将二进制信号编码调制成一系列脉冲串信号，再利用红外发射管发射红外信号；而红外接收主要完成对红外信号的接收、放大、检波，并进行遥控编码脉冲的解调，如图1所示。

图1 红外遥控流程

4 智能电能表现场核查终端红外通信中存在的问题

（1）强光线干扰。强光线干扰是智能电能表现场核查终端红外通信的常见问题之一。红外通信是以红外光为传输介质的，在日常生活中常见的阳光与日光灯等光源都是由红外光发出的，一般情况下光线较弱，不会对红外通信造成较大影响。但是，若阳光过于强烈或日光灯功率与大距离表计之间的距离较近时会对红外通信造成较大影响。智能电能表现场核查终端的抄表模块不具备遮光设备，当光线较强时，红外通信的功能会受到影响，出现通信失败的问题[3]。

（2）红外通信距离。我国对智能电能表的红外通信距离与角度进行了明确规定。但是，从实际情况来看，由于表计厂家与型号的不同，导致红外通信的距离与角度会存在一定的差异。当前市面上的智能电能表有很多品牌与型号，这些智能电能表的红外功率与通信距离不同，若红外功率大则通信距离远，否则通信距离近。因此，在应用智能电能表现场核查终端时需不断对终端与表计之间的距离进行调整，实现红外通信。但是，大多数终端红外都位于掌机顶部，没有延长装置，若表计的安装位置较高，就需要调整终端位置，将加大其操作难度。此时，需调整表箱中表计的位置，或者是利用纸板等物品将表计进行分隔，操作较为复杂。

（3）红外通信大数据传输失败。从实际情况来看，利用现场核查终端采集电能数据具有较高的通信成功率，但是在进行复杂操作时（如更新参数、下发参数等），便会出现通信失败的问题，需重复进行操作。这些问题主要是由数据量大造成通信不稳定引起的。当前，虽然应用了智能电能表，但是现场核查终端存在硬件限制，导致通信数据帧长度与波特率被限制，在进行大数据量通信的各种操作时，会降低其稳定性，导致通信失败。

5 智能电能表现场核查终端红外通信优化策略

（1）相关问题的优化。第一，解决强光线干扰问题。首先，可以使用W0038HL-26等型号的具有较强的抗光干扰能力、功耗低、稳定性高的红外接收头。其次，红外接收头的最佳接收波长为940 nm，因此需要使用940 nm波长的红外发射管。同时，需要在发射端增加38 kHz的载波频率。再次，需要增加可见光隔离器，避免红外接收头被阳光直射。此外，需增设滤光片，过滤掉多余光线，确保只有940 nm的光波可以进入红外接收头。

第二，优化红外通信距离问题。红外通信距离这一问题严重降低了红外通信的质量，可通过伸缩连接杆的设置解决这一问题。设置伸缩连接杆，便于狭窄处表计的操作。根据实际情况缩小红外视窗，降低红外功耗。

第三，优化红外通信大数据传输失败问题。红外通信大数据传输失败问题，需通过进行专门的电路设计进行解决，为数据传输提供多种通信速率。通信速率一般为1 200 bit/s，所支持的最高速率为2 400 bit/s。专门进行电路设计可以实现通信速率的自适应，即通信速率可以根据智能电能表的数据大小与波特率改变，有利于增强产品的驱动能力，提高智能电能表的型号兼容性。此外，需增强电路设计，应用短帧+长帧通信技术增强红外通信的稳定性。

第四，优化双手作业的方案。掌机虽然便于携带，但是操作起来需要双手的支持，这会影响到现场核查工作人员的其他工作，因此需要通过有效措施解决这一问题。例如，可以将固定支架安装在伸缩杆上，将掌机放置在固定支架上，解放工作人员的双手。但是，固定支架并不能完全固定掌机，若支架松动就会导致掌机掉落，因此需要在支架上安装卡扣并增添防滑贴固定掌机。此外，也可以在支架上安装弧形卡扣，实现卡扣与伸缩杆的连接，以便调整和取下掌机。

（2）产品连接。可以利用标准USB连接头将智能电能表现场核查终端与外置的红外通信光电头进行连接，如图2所示。由于连接设备不同，可以根据连接设备的实际情况采用合适型号的USB接头，若没有合适的USB接头可以使用转接头。

图2 产品连接

（3）终端应用方法。进行现场核查的工作人员需要利用连接线进行光电头与现场核查终端的连接，再将光电头扣在智能电能表红外通信的扣上，完全连接后，操作人员在终端上运行程序并进行任务操作便可以进行现场核查工作。从实际应用来看，通过优化方案可有效解决智能电能表现场核查终端的红外通信问题，提高红外通信的成功率。

6 结束语

传统现场核查以人工核查为主，需进行开箱工作，具有一定的安全隐患，而且信息分析效率较低，而应用智能电能表与终端进行现场核查有利于提高工作效率与准确性，因此需及时解决红外通信问题，充分发挥现场核查终端的作用。