無線網橋在海城地區用電信息采集系統的應用

姚 迪，孫道軍，王 斌

(國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114007)

無線網橋在海城地區用電信息采集系統的應用

姚 迪，孫道軍，王 斌

(國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114007)

海城地區負荷控制用戶采集終端切入用電信息采集系統后，隨數據采集量的不斷增加，逐漸出現環境及同頻干擾現象，影響系統通信信道正常數據傳輸，導致用電信息采集成功率嚴重下降。以海城地區為例，通過應用無線網橋組網技術，有效提高用電信息采集系統采集成功率，確保用電信息采集系統的穩定運行，為存在類似問題的地區組網提供借鑒。

無線網橋；串口服務器；用電信息采集系統

Abstract:After Haicheng area negative control users acquire side cut into the electricity information collection system and with the increasing amount of data collected by the current environment, the same frequency interference phenomenon is happen.It affects the normal data transmission system for communication channel, resulting in power information acquisition success rate of serious decline. According to the application of wireless network technology of the bridge,it effectively improve the electric information acquisition system of the acquisition success rate which ensures the stable operation of the electric energy data acquisition system. At the same time it provides a reference for the similar problems exist in the network area.

Keywords：wireless bridge; serial server; information collection system

用電信息采集系統建設是國家電網公司統一堅強智能電網建設的重要組成部分，按照國網公司《關于加快用電信息采集系統建設的意見》，國網遼寧省電力有限公司自2010年起，利用5年時間完成遼寧省內所有電力用戶用電信息采集系統建設工作，實現“全覆蓋、全采集、全費控”的用電信息采集系統建設目標 。

用電信息采集系統是基于智能電能表、智能終端和網絡通信技術，實現對電力用戶的用電信息遠程采集、處理和實時監控的系統 。采集系統的建設為“SG186”工程營銷業務提供電力用戶實時用電信息數據，推進營銷計量、抄表、收費模式標準化建設和公司信息化建設 ，可快速響應市場變化、快速反映客戶需求，從客戶用電信息的源頭提供數據支持，為分時電價、階梯電價、全面預付費的營銷業務策略的實施提供技術基礎。

用電信息采集系統從物理結構上分為主站層、通信信道層、采集設備層3個層次，物理架構如圖1所示。主站主要由營銷系統服務器、前置采集服務器以及相關網絡設備組成，負責采集數據的分析、處理及相關監視、報警等功能；通信信道是指系統主站與采集終端之間的遠程通信信道，它是通信中主站與采集終端之間數據信息通路的一種形象比喻，它是連接主站與采集終端之間的信息橋梁；采集設備是對各信息采集點用電信息采集的設備，簡稱采集終端，可以實現對電能表數據的采集、管理、雙向傳輸以及轉發或執行控制命令的設備。采集終端按應用場所分為專變采集終端、低壓集中抄表終端、分布式能源監控終端等類型。

1 負荷控制用戶采集成功率現狀

圖1 用電信息采集系統物理架構圖

海城地區容量在100 kVA及以上并采取高供高計計量方式的用戶統一安裝負荷控制(簡稱負控)采集終端，目前安裝1 650臺負控終端，由于部分用戶暫停或暫減容，實際運行負控終端1 005臺。通信信道以230 MHz無線專網信道為主，以GPRS無線公網信道為輔。無線專網采用傳統的宏蜂窩組網方式，建有海城主站、微波站、騰鰲、牌樓、英落共5個無線基站,通信頻率采用國家無線電管理委員會批準的3對頻點，微波站、騰鰲中繼站各用1對頻點，主站與牌樓、英落中繼站3個基站共用1對頻點。自從2014年底原電力負荷管理系統徹底停運，用電信息采集系統全面上線運行以來，系統采集成功率只維持在72%左右，達不到遼寧省公司要求專變負控用戶采集成功率為99%的指標,海城地區負控用戶終端采集成功率如圖2所示。

圖2 2015年海城地區負控用戶終端采集成功率

數據采集失敗的終端主要集中在海城東部地區，該地區地處山區，山高林密，地形復雜，霧霾嚴重(冶煉礦區)，無線電波傳播環境惡劣，在1993年組建負控系統以后，為提高東部山區的通信成功率，建立了牌樓、英落中繼站，頻點與主站頻點相同。2000年以后，該地區采礦業及冶煉企業發展迅猛，PM2.5指數超過200，受霧霾空氣中水汽凝聚物與霾粒子混合物的影響，經常造成地區通信信號忽強忽弱。由于原負控系統中，要求凍結數據很少，各個信道巡測時間短暫，巡測時間設定不同，發生干擾的幾率小，尚未對通信成功率造成嚴重影響，但采集終端切入信息采集系統后，所有終端抄表數據、電量數據、電壓、電流曲線等海量數據需要采集、凍結，每個信道都要全天巡測、補測，在環境及同頻點信道的干擾下，導致中繼站260臺負控用戶終端無法正常通信，嚴重影響了海城地區用電信息采集系統的采集成功率。因此如何應用目前的網絡技術，減少牌樓、英落中繼站環境及同頻干擾問題，是提高用電信息采集系統采集成功率的關鍵問題。

2 無線網橋在海城地區中繼站組網中的應用

2.1無線網橋技術

無線網橋[4]是1個局域網與另1個局域網之間建立連接的橋梁，屬于數據鏈路層的一種設備，為使用無線(微波)進行遠距離數據傳輸的點對點網間互聯而設計。它是一種在鏈路層實現不同網段的以太網互聯的存儲轉發設備，可用于固定數字設備與其他固定數字設備之間的遠距離(可達50 km)、高速(可達11 Mbps)無線組網。無線網橋有3種工作方式：點對點(PTP)、點對多點(PMP)和中繼連接。根據協議不同，無線網橋又可以分為2.4 GHz頻段的802.11b或802.11以及采用5.8 GHz頻段的802.11a無線網橋。

無線網橋的作用是擴展網絡和通信手段，在各種傳輸介質中轉發數據信號，擴展網絡距離，同時又有選擇的將現有地址的信號從1個傳輸介質發送到另1個傳輸介質，并能有效地限制2個介質系統中無關緊要的通信。網橋可分為本地網橋和遠程網橋：本地網橋是指傳輸介質允許長度范圍內互聯網絡的網橋；遠程網橋是指連接的距離超過常規范圍時使用的網橋。通過遠程網橋互聯的局域網將成為城域網或廣域網。如果使用遠程網橋則必須成對出現，海城地區應用了遠程網橋。無線網橋采用直序擴頻技術，工作在無需申請頻點的5.8 GHz的頻段下，采用低成本的電纜連接，安裝簡易，管理快速，與現有以太網絡無縫連接,可確保最高的性價比。

無線網橋的工作原理如下：

發送端：用戶終端的數據通過以太網接口進入室內單元，室內單元對基帶信號進行調制擴頻，將基帶信號轉換為中頻信號，中頻信號通過中頻饋線傳送到室外單元，室外單元將中頻上信號變頻，變成射頻信號并放大，再通過天饋系統發送出去。

接收端：天饋系統將接收的射頻信號送入室外單元，室外單元將射頻信號下變頻變成中頻信號，中頻信號通過中頻饋線傳送到室內單元，室內單元對中頻信號進行解調解擴，把中頻信號轉換為基帶信號通過以太網口傳送給用戶終端，工作原理如圖3所示。

圖3 無線網橋工作原理圖

2.2無線網橋在海城地區中繼站組網中的應用設計

通過對牌樓、英落2個中繼站的現場勘察和實地測試，結合目前采集系統230 MHz巡測方式及無線網橋技術原理，應對其通信鏈路方式進行整改，并設計了無線網橋+串口服務器方式，如圖4所示。實現海城主站與牌樓、英落2個中繼站的通信鏈接。

圖4 牌樓、英落中繼站框圖

前置機串口發送的命令通過串口服務器轉換成以太網協議傳送到交換機，交換機與網橋通過以太網接口與無線網橋(發送端)相連，數字信號通過無線網橋進行信號放大和調制擴頻5.8 GHz射頻信號,通過高增益天線發射出去,安裝在中繼站側的無線網橋(接收端)通過天線進行接收，通過無線網橋進行降頻解調后通過網線傳輸到中繼站側的交換機，與交換機連接的串口服務器將RJ45以太網通信協議轉換成RS232接口協議 ，串口服務器通過RS232接口與原中繼站控制分機串口相連,實現與原中繼站通信網絡的無縫連接。將命令通過無線電臺和天線系統轉發給安裝在用戶側的負控終端。無線中繼站工作原理如圖5所示。

圖5 無線中繼站工作原理

牌樓中繼站通信塔及英落中繼站通信塔上在2000年組建中繼站時安裝2套負控天線，塔下機房安裝負控通信機柜1套。在此基礎上，考慮2個中繼站與海城主站的直線距離超過25 km，選擇非視距傳輸的無線網橋，分別安裝在牌樓供電所和英落供電所牌樓至本地中繼站之間，同時在2個供電所側各申請了1個固定內網IP，保證系統運行的穩定性，在辦公樓頂各安裝網橋通信天線1套，天線方位與安裝在中繼站通信塔上的網橋天線相對應，實現供電所與中繼站的無線連接。中繼站側的無線網橋通過串口服務器與通信控制器相連接，實現負控數據的無線傳輸。

2.3無線網橋應用效果

2015年10月中旬，牌樓、英落中繼站采用無線網橋通信鏈路連接后，徹底排除了2個中繼站與主站同頻干擾無法接入采集系統的難題，解決了東部山區260臺采集終端與主站的通信問題，使得海城地區專變負控終端采集成功率提高到99.8%以上，如圖6所示。

圖6 中繼站改進后海城地區負控用戶終端信息采集成功率

3 結束語

用電信息采集系統是建設具有信息化、自動化和互動化特征堅強智能電網的基石，本文通過無線網橋實現了局域網與通信設備的有效連接，提高了地區用電信息采集系統采集成功率，確保了海城地區用電信息采集系統的穩定運行，同時也為存在類似問題的采集系統無線專網組網提供借鑒。

[1] 康麗雁，張 冶，蔡影凱.電力用戶用電采集系統在智能電網中的應用[J].東北電力技術，2013，34(7)：50-52.

[2] 張 莉，吳曉光.電能表檢定集中控制系統設計與實現[J].東北電力技術，2013，34(7)：47-49.

[3] 張艷馥，薛 紅.供電企業服務質量管理模式與策略[J].東北電力技術，2007，28(3)：11-14.

[4] 王志斌，關 艷，康麗雁.無線數據網技術在用電信息采集系統的應用[J].東北電力技術，2007，28(7)：1-4.

[5] 齊秀波，張 卓，邵 楓.條形碼及RS232接口技術在電測指示儀表檢定中的應用[J].東北電力技術，2007，28(4)：8-9.

Wireless Bridge in Haicheng Application Information Collection System

YAO Di，SUN Daojun，WANG Bin

(State Grid Anshan Power Supply Company, Anshan,Liaoning 114007，China)

TM274+.2

A

1004-7913(2017)07-0059-04

2017-04-25)

姚 迪(1971)，女，高級工程師，從事負荷控制、采集運維管理工作。