電力負荷管理系統應用19.2Kbps可行性分析

摘 要：無線電頻率資源緊張問題是困擾230M無線專網電力負荷管理系統發展的問題之一。本文通過對19.2Kbps通訊速率的可行性調查分析，給正在發展壯大的中小電力負荷管理系統以借鑒參考，結合常熟電力負荷管理系統對下一步發展方向做可行性分析。

關鍵詞：無線電負荷管理

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）02（c）-0000-00

1 目的和意義

最近幾年來，江蘇全省各地電力負荷管理系統為更好的解決通訊成功率及數據補測效率的問題，都在不斷地進行系統升級優化。作為江蘇電力負荷管理系統的縮影，常熟電力負荷管理系統近幾年也不斷努力，就如何突破大規模終端數據采集及數據補測效率的瓶頸，如何在有序用電期間更快更好的執行上級指令等方面做深入的分析研究，希望將經驗能夠推廣，給正在發展壯大的中小電力負荷管理系統以借鑒參考。

2 項目背景

2.1必要性

截至2011年底，常熟電力負荷管理系統終端總數為6237臺，其中230M無線專網的I型終端4939臺（本文所涉及的主站和終端均應用230M無線專網）。2007年初時系統終端數量達2500多臺，采用一對雙工頻點通訊，介于當時全省電力負荷管理系統實用化的需要，系統滿負荷運轉均不能正常采集回所需終端數據，涉及問題主要來自于三個方面：一是頻率資源的問題；二是通訊速率的問題；三是大量數據召測的問題。為解決這一問題，將原有1200bps速率的終端升級改造為9600bps通訊速率，2007年初從蘇州無線電管理委員會獲批一對特殊雙工頻點，緩解了原先頻點的過飽和狀態。通訊速率的提高及頻點的新增，短期內解決了存在的矛盾。隨著負荷管理系統功能的開發，加之終端數量與日俱增，采集效率在一定程度上又有所下降。因此，提高系統數據采集的運行效率，解決信號盲區成為系統發展的必然。

另一方面，根據國網公司用電信息采集系統建設統一部署，終端數量的不斷增加使頻點容量日益緊張，特別是在我蘇南地區尤其突出。2010年12月國家發改委等六部委下發了《需求側管理辦法》，明確負荷管理系統是需求側管理的依托系統，電網企業是電力需求側管理的主體，解決系統存在的問題，特別是頻點容量緊張的問題已迫在眉睫、刻不容緩。

2.2可行性

2010年初，為了解決系統容量不足的問題，南京新聯電子股份有限公司研發的高速組網系統在南京棲霞供電局進行了試點，取得了良好的效果。通信速率提高到19.2Kbps，傳輸速度理論上達到1200bps系統的10倍以上，即使按照04版規約大數據量推算，單基站的終端容量也將達到5000臺，且僅使用單工頻點，雙工頻點可以拆分為兩個單工使用，可徹底解決系統容量的問題。

另外，由于高速系統具有智能中繼功能，信號不好的終端可以通過其它終端中繼，且可以路由智能選擇優化，數據完整率近乎100%。已安裝的300多臺終端，通過近一年的運行穩定可靠，與此同時在蘇州、無錫等地已經建立的19.2Kbps系統也同樣取得了滿意的效果。

3 項目可行性分析

高速數傳技術利用230M優質信道資源，采用單工頻點，應用TDMA技術，CSMA-CA技術、采用4 FSK調制方式，在窄帶信道實現19.2Kbps高速度，實現自動路由，配合終端的連接狀態和智能中繼路由功能，使數據采集更為方便。

3.1 高速高可靠性設計方案

高速數傳技術采用4FSK調制方式，在窄帶信道實現19.2Kbps高速度，應用前向糾錯（FEC）技術、交織技術、CRC校驗，使通信可靠性達到目前230M通信的最高水平。

以下是對具有代表意義的19.2Kbps試點地區數據調查：南京棲霞高速系統的運行數據表明：高速系統是普通1200bps效率的7-10倍。

3.1.1巡測數據

南京運行的100臺高速數傳終端進行整體巡測耗時：17秒，如圖3.1。其中含9臺通訊帶路由的終端，剔除9臺帶路由終端，91臺直通終端的巡測耗時：12秒。

圖 3.1 包括9臺中繼的100臺高速終端巡測時間

相同數量的100臺1200bps終端巡測時間，巡測耗時2分12秒（132秒）。如下圖3.2。

圖 3.2100臺1200bps終端巡測時間

100臺高速數傳終端進行整體巡測耗時為17秒，而1200bps系統耗費的時間是132秒。因此，100臺高速數傳終端(含9臺路由終端)的整體巡測時間是1200bps終端的7.7倍。

在巡測終端全部為直通的情況下，91臺終端耗時12秒，平均132ms/臺。可同樣計算出，1200bps終端的平均巡測時間為1.32s，即高速數傳系統直通終端的巡測速度達到1200bps終端速度的10倍。

3.1.2 日任務數據

系統每天凌晨開始自動進行日數據、抄表數據等任務的采集。4月29日自動任務執行情況如下：

圖 3.3 100臺1200bps終端日巡測時間

1200bps系統日數據采集平均時間，如圖3.3，以2頻站點為例，終端日數據從00：45啟動，03：05：00秒結束，查詢前置機日志可以看到，扣除任務準備時間，前置機實際啟動時間為00：45：40秒左右，實際耗時約2小時19分20秒（即8360秒）。在此期間，當日優先級更高的營銷電表日數據巡測任務終端數量為零，即未執行。終端成功率為99%，即11臺終端通訊失敗，由于每臺終端日數據巡測為4幀，前置機超時設置為5秒，那么前置機等待超時所耗費的時間為220秒。因此：

2頻站點有效日數據巡測終端數量為：1174-11=1163臺；

2頻日數據采集有效時間為：8360-220=8140秒；

2頻（1200bps）平均每臺終端日數據巡測耗時：8140/1163=7.0秒

高速數傳系統日數據采集平均時間

高速數傳系統的棲霞站點終端日數據從00：45啟動，00：46：36秒結束，查詢前置機日志可以看到，扣除任務準備時間，實際開始時間為00：45：15秒左右，結束時間00：45：36秒，實際日數據巡測時間81秒。當天100臺終端中有9臺通訊路由終端。高速數傳站點（棲霞）平均每臺終端的日數據采集時間為：

81秒/100=0.81秒

即：在包含9臺路由終端的情況下，高速數傳站點每臺終端日數據巡測平均耗時0.81秒。

頻點2站點下有2種規約類型終端，一種是96規約，另一種是04規約，查看日數據數據項配置，這兩種類型終端召測數據配置基本一致。棲霞站點下只有04規約終端。不考慮因規約類型因素，比較上述兩個站點下終端日數據巡測的平均耗時可計算出，現有棲霞站點下230M高速數傳終端日數據采集速度是頻點2下終端速度的8-9倍。需注意系統中有少量帶通訊路由的終端，如果完全為直通的終端，速度還會略有提高。

3.2 智能路由

高速數傳技術實現自組網功能，自動路由優化。終端監測通信過程記錄場強信息，形成鄰居表。基站信道空閑時，將終端記錄的鄰居表采集到基站，作為路由計算的輸入參數，根據鄰居表記錄的場強信息進行自動路由優化。通過對單個終端路由優化，來使整體系統性能獲得提高。整個系統通信效率的優化隨著這些信息的不斷積累獲得不斷改善，動態穩定。

3.3 支持終端入網登錄

為了基站和終端雙方均了解鏈路狀態，高速數傳系統支持終端登錄過程。由于終端具有上線功能，終端安裝調試方便性大為提升，終端側可以基本掌握通信的信道狀況，并可以支持參數自動設置等自動安裝調試方法。

4 項目預期目標和效果分析

由理論計算可知1200bps系統主站下發召測有功功率曲線報文（典型的長報文日數據）的時間為480ms，終端數據回碼時間2044ms，主站召測一臺終端數據的時間約為2.7s，召測100臺終端有功功率曲線數據的時間為270s。

測試表明，在全直通（沒有路由轉發終端）條件下，高速數傳系統巡測100臺終端有功功率曲線數據的時間約為29s。由此可見，在230M高速數傳系統全部為直通終端的情況下，長碼巡測速度是1200bps系統的9.3倍，測試短碼數據巡測有更高的速度。同樣可以計算出，高速數傳系統數據采集速度是2400bps系統的7倍，是9600bps系統的4倍。實際應用系統中，部分終端需要路由轉發，在轉發終端占終端總數10%時，加權統計，高速數傳系統是1200bps系統采集速度的7倍。

按照目前電能信息采集系統的建設標準1200bps的每信道終端容量不應大于600臺。其中600臺，是按照原實時數據10分鐘巡測一遍推算的。理論計算和實際測試均表明高速數傳系統的通信效率為1200bps的7倍以上，故每信道的容量為4000臺。可完全解決常熟負荷管理系統頻點容量問題，且能夠滿足用電信息采集系統對數據、響應和容量等方面的建設需求。

參考文獻

[1]《電力負荷管理系統功能規范》，國家電網公司。

[2]《電力負荷管理系統通用技術標準》，國家電網公司。