基于載波轉GPRS模塊的遠程數據傳輸研究

國網河南省電力公司社旗縣供電公司 張 菲 張性東 王 偉 張大林 張 浩 劉鑫東 呂 倩 景祥朝

0.引言

為滿足現代社會的電力需求，電力企業需在山區、林區等地域條件下安裝變壓器，利用配電自動化系統對變壓器進行控制。配電自動化系統與變壓器的控制交流，紐帶在于信號傳輸，而山區、林區等地域條件會限制、阻礙信號的傳輸，使配電自動化系統運行穩定性下降，而為改善此狀況，可通過載波轉GPRS模塊實現遠程數據傳輸，突破傳統配電自動化受地域條件限制的局限性。

1.載波轉GPRS模塊系統技術優勢與應用范圍分析

1.1 技術優勢分析

本文所設計的載波轉GPRS模塊系統具有6項技術優勢，如下文所示：

（1）利用電力線作為通信介質，可降低設備安裝工作量；

（2）兼容性較強，可容納不同規約協議要求；

（3）電壓設計采用寬輸入形式，可滿足多元化用電需求；

（4）載波通信頻率可供選擇，因此通信穩定性表現良好；

（5）可兼容多規格設備安裝需求；

（6）通信效率較高。

1.2 應用范圍分析

本文載波轉GPRS模塊系統的應用范圍與其他相同系統應用范圍一樣，可滿足國網2009、2013規范集中器；專變采集終端等規范結構設備的安裝條件。為了驗證本文載波轉GPRS模塊系統的功能性，進行了試驗運行，運行結果顯示，在一般情況下，本文載波轉GPRS模塊系統通信穩定，且保持良好的效率。但在特殊情況下，當載波信號進入變壓器、互感器時，則出現了信號大幅度減弱現象，載波轉GPRS模塊系統出現通信質量差的問題，由此說明本文載波轉GPRS模塊系統的安裝需避開此類設備。

現在我們可以編寫matlab程序，計算上式中磁場各個分量的求和，從而得到空間中任意一點P處的磁感應強度矢量。由于我們將矩形電流線圈都分割成多少個微小的直線電流元，隨著N的增大直線電流元數目會增加，它們的疊加效果就越接近真實的矩形電流線圈。為了觀察我們的離散數目N對我們計算結果精度產生的影響，我們定義下面這樣一個相對誤差R(N)

2.載波轉GPRS模塊系統結構分析

本文載波轉GPRS模塊系統主要由從機模塊、主機模塊、串口轉換模塊三個部分組成，為了了解系統運行流程，下文對此進行逐一分析。

2.1 從機模塊分析

在本文載波轉GPRS模塊系統當中，將從機模塊作為載波信號的出發端，安裝于集中器附近。從機模塊作為載波信號出發端，主要負責載波信號輸出至串口連接線，再通過連接線傳輸至串口轉接模塊，完成此階段信號傳輸工作。本文從機模塊具有三個指示燈，即電源指示燈、載波收發指示燈、串口收發指示燈，其中電源指示燈即代表從機模塊是否通電，電力來源在于接線盒處，當從機模塊通電時，電源指示燈會呈紅色，如不通電則暗淡；載波收發指示燈即代表從機模塊是否在進行信號發送，在發送狀態下載波收發指示燈會以1秒/次的頻率呈綠色閃爍，如只呈綠色不閃爍則說明信號傳輸停止，需要進行故障排查；串口收發指示燈即代表從機模塊與串口轉接模塊在進行數據交互，交互時會以1秒/次呈青色閃爍，如只呈青色不閃爍則說明信號傳輸停止，需要進行故障排查。

2.2 主機模塊

在本文載波轉GPRS模塊系統當中，主機模塊主要作為載波信號接收終端，主要對通過串口轉換模塊的從機載波信號進行接受、回復[9]、[10]。與從機模塊相同，主機模塊同樣具有電源指示燈、載波收發指示燈、串口收發指示燈，其中電源指示燈在通電后呈紅色；在接收到載波信號時，載波收發指示燈將與從機模塊相同，但如果沒有接收到載波信號，則呈紅色常亮；在主機模塊與其他模塊進行數據交互時，同樣與從機模塊的載波收發指示燈表現一樣。本文系統主機模塊主要安裝于GPRS、CDMA、3G、4G信號傳輸良好的位置，電力來源在于電表箱空開的220kV交流電。

2.3 串口轉換模塊

在串口轉換模塊安裝采集終端，使其可接受從機模塊、主機模塊的載波信號，并利用串口連接線實現信號的傳輸，代替傳統的遠程通信模塊[11]、[12]。串口轉換模塊在通電時，電源指示燈會出現紅色常亮表現，T/R指示燈即為串口收發指示燈，當串口接受信號時會呈綠色閃爍，當串口發出信號時會呈紅色閃爍。

3.實例載波轉GPRS模塊系統分析

為驗證本文設計的載波轉GPRS模塊系統效果，將系統應用于某實例供電單位，通過實測確認系統的應用與特點。

3.1 實例概況

某供電單位為滿足現代供電需求，進而開始擴建變電器工程，在其區域內實現了專變、公變覆蓋，據統計得知，該供電單位共擴建變電器終端約17000臺。而在之后運行中，因此供電單位區域偏遠多為山區環境，所以其變電器終端遠程傳輸信號出現大量不穩定現象，并存在信號盲區，嚴重影響該供電單位的供電水平與經濟效益，因此該供電單位需要對此現象進行改善。

3.2 實例改善措施

為改善信號弱、信號盲區現象，實例供電單位采用了加長終端天線、使用信號放大器等相關措施，但因為成本限制與設備針對性不足，實施方面受到了阻礙。基于此，將本文所設計的載波轉GPRS模塊系統應用于此實例供電單位當中，對此應用進行分析。

3.3 實例信號盲區應用結果

為驗證本文載波轉GPRS模塊系統的效果，針對實例供電單位的某個信號盲區，對載波轉GPRS模塊系統的應用進行了分析。實例供電單位信號盲區位于某山區深處，此處市場三大運營商信號均為對此點進行覆蓋，導致原有的遠程信號傳輸模塊無法進行運作，出現配變監測終端無法登陸主站等現象，且為了對此盲區電力數據進行統計，供電單位均采用人工抄表。

在安裝本文設計的載波轉GPRS模塊系統之后，于系統通電后的3min對系統信號重點進行觀察發現，系統信號表面數據上已經回復正常水平，進而開始后續試驗性操作，結果顯示終端各功能操作順暢，說明終端處于在線狀態，可支持遠程信息傳輸、調控。此外，為驗證本文設計系統的長久運行效果，要求該供電單位人員每月對本文設計的載波轉GPRS模塊系統運行狀態進行統計，最終在5個月后通過統計結果了解到，本文設計的系統每月均表現正常，說明系統的通信穩定性、速率等方面均有較高的可靠性，初步判定本文系統可投入實際運行當中。

4.結語

傳統的電力變壓器遠程通信系統的運行，容易受到地域、環境、距離等多方面因素的干擾，從而導致其運行受到阻礙，出現大量信號弱區、信號盲區，由此在現代電力需求發展的背景下，無法實現良好的電力運行水平。本文為改善此點，針對載波轉GPRS模塊系統進行設計，希望可通過此系統改善現狀。