以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)在電力通信數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

文/邵淦 任赟 俞佳捷

在配電網(wǎng)中，涉及到的業(yè)務(wù)類型更多，所需要采集和傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)也較多。以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)能夠兼容傳輸多種不同類型的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在電力通信數(shù)據(jù)采集方面能夠發(fā)揮重要的作用。通過采用以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)構(gòu)建的無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，能夠作為電網(wǎng)有線通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和延伸，可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求加以采用。

1 電力通信中常采用的技術(shù)

1.1 載波通信

在電網(wǎng)早期的通信網(wǎng)絡(luò)中，廣泛采用的是載波通信技術(shù)，這種通信方式的系統(tǒng)成本較低，并且較為實(shí)用。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，目前在電力行業(yè)中，已經(jīng)廣泛采用光纖網(wǎng)絡(luò)通信的方式，提高了網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的可靠性，也為提高電力生產(chǎn)的效率發(fā)揮了重要的作用。載波通信技術(shù)可以用在家居智能控制、家庭安防等方面，在電力行業(yè)中已經(jīng)很少使用。從技術(shù)上講，PLC是將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到一定的載波頻率上，信號(hào)再經(jīng)過電力線實(shí)現(xiàn)傳輸。載波通信技術(shù)的缺點(diǎn)也十分明顯，如碰到下雨打雷等惡劣天氣時(shí)，則通信系統(tǒng)面臨著較大的挑戰(zhàn)，常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷的情況，傳輸不穩(wěn)定。

1.2 以太網(wǎng)通信

以太網(wǎng)通信應(yīng)用十分廣泛，目前以太網(wǎng)通信在電力行業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)用電信息的采集及傳輸，在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中也采用了以太網(wǎng)通信技術(shù)。230MHz電力無線通信系統(tǒng)是電力通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的重要組成，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在用電側(cè)的信息業(yè)務(wù)采集方面發(fā)揮了重要的作用。以太網(wǎng)通信技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換的過程中，一般是將數(shù)據(jù)組成幀的格式，以數(shù)據(jù)幀作為傳輸單位在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，這樣也能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ蕴W(wǎng)通信技術(shù)的傳輸速率較高，并具有便捷及抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為最主流的通訊方式。

1.3 常用的通信協(xié)議

圖1：以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)的組網(wǎng)方式

通信網(wǎng)絡(luò)中不同的業(yè)務(wù)之間要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸和互通，需要使用相應(yīng)的通信協(xié)議，如101、102、104等通信規(guī)約，不同的通信規(guī)約可以運(yùn)用在不同的通信場合中。101通信規(guī)約主要是以專用的方式進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)通信，102通信規(guī)約是用于電能量信息采集的通信規(guī)約，104通信規(guī)約是基于網(wǎng)絡(luò)通信的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。在以太網(wǎng)復(fù)用通信技術(shù)中，也需要采用相對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議，保證正常的通信功能。

2 以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)

2.1 以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)概述

以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)可以采用230MHz頻段構(gòu)建電力無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋的范圍較廣，運(yùn)行的可靠性也較高，并且所采用的無線數(shù)據(jù)傳輸終端也符合國網(wǎng)的規(guī)定要求。通過以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)通信整體，在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)該整體考慮，不同層級(jí)的通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃的思路和所采用的技術(shù)方面應(yīng)該保持一致，并具有較好的兼容性，滿足多種不同業(yè)務(wù)類型的終端接入，這樣在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理的時(shí)候也較為方便。測試峰值速率滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，在實(shí)際的電網(wǎng)應(yīng)用中也符合相關(guān)的要求。

以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，主要是通過以下部分組成：

（1）無線終端，LTE230系統(tǒng)的無線終端模塊需要與電網(wǎng)中所采用的終端進(jìn)行互聯(lián)，這樣才能實(shí)現(xiàn)通信，應(yīng)具備較好的互操作性。

（2）無線基站，由于電力系統(tǒng)中的變電站的地理位置相差很大，有的站之間的距離相隔很遠(yuǎn)，各個(gè)不同的變電站需要通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享，LTE230系統(tǒng)的無線基站應(yīng)能夠滿足多路不同的業(yè)務(wù)用戶接入，每個(gè)基站都應(yīng)盡可能大地容納電力用戶數(shù)據(jù)的接入。

（3）無線核心網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)可以與主站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行通信，是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鞲傻溃黝悢?shù)據(jù)都可以進(jìn)行傳輸。

（4）網(wǎng)管系統(tǒng)，LTE230系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理單元，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行集中統(tǒng)一監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，可以及時(shí)解決故障，起到智能化設(shè)備運(yùn)維的作用。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，前提是要求該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)管理，具備遠(yuǎn)程管理的功能。

2.2 以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理

2.3 以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)的組網(wǎng)方式

LTE 230系統(tǒng)工作頻段為230MHz，頻率低，傳播損耗小，覆蓋距離遠(yuǎn)；在樹木遮擋、樓宇遮擋、室內(nèi)、雨天、霧天等復(fù)雜環(huán)境下，TD-LTE 230系統(tǒng)都具有良好的覆蓋能力。在吞吐量的性能方面，具有以下特點(diǎn)：

（1）具有高頻譜效率，充分利用帶寬；

（2）峰值2.44bps/Hz，較傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)提高3.18倍；

（3）這種通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率較高，可以滿足配用電網(wǎng)業(yè)務(wù)需求；

（4）理論峰值速率達(dá)1.76Mbps，實(shí)驗(yàn)室

網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)通信，需要按照一定的通信協(xié)議要求，將各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)，以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一種基于LTE 230M的無線接入終端，該終端具有多業(yè)務(wù)接入功能，并可以實(shí)現(xiàn)WLAN無線局域網(wǎng)的二級(jí)無線覆蓋，其中以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)的組網(wǎng)方式如圖1所示。

從圖1中的以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)的組網(wǎng)方式可知，該網(wǎng)絡(luò)涵蓋一級(jí)無線覆蓋和二級(jí)無線覆蓋。在一級(jí)無線覆蓋中，基站控制器的核心網(wǎng)單元通過基站天線將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到二級(jí)無線覆蓋中。在二級(jí)無線覆蓋中，通過LTE230M無線終端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到RTU終端上。在無線專網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，可以注意避免與其他行業(yè)中的信號(hào)產(chǎn)生干擾，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的專用功能。在電網(wǎng)建設(shè)的時(shí)期，應(yīng)該考慮到各類通信資源的整合，優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，提高通信網(wǎng)運(yùn)行效率。

3 以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)在電力通信數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)用需求和電網(wǎng)通信今后的發(fā)展方向，無線接入主要運(yùn)用于智能電表臺(tái)區(qū)集中點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。在這些數(shù)據(jù)采集場合中，涉及的接入接口種類有以太網(wǎng)（含有線和無線）、RS232、RS485等，其中在電能量數(shù)據(jù)采集中一般采用的是RS485線進(jìn)行采集。

3.1 智能電表臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)采集

目前在電力系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛采用智能電表，實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)信息的采集，并且通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

LTE通信模塊能夠?qū)崿F(xiàn)用電信息數(shù)據(jù)的可靠采集和傳輸，并具備遠(yuǎn)程通信和遠(yuǎn)程登錄管理的功能。在構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候采用以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)，具有考慮到網(wǎng)絡(luò)布局靈活、安裝簡單、運(yùn)營和維護(hù)成本低等特點(diǎn)，故在智能電表臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)采集中能夠得到廣泛的應(yīng)用。

3.2 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

電網(wǎng)在運(yùn)行過程中的電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，需要進(jìn)行管控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備存在異常運(yùn)行的情況時(shí)，可以及時(shí)掌握，并采用措施加以解決，可以通過無線終端實(shí)現(xiàn)信息的采集。電力行業(yè)和其他行業(yè)相比，具有一定的特點(diǎn)，在無線通信終端的設(shè)計(jì)和選擇使用方面，應(yīng)該與行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的可靠采集。通過采集電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供相應(yīng)的保證。

3.3 控制數(shù)據(jù)的發(fā)送

電網(wǎng)設(shè)備在運(yùn)行的過程中，需要對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，控制數(shù)據(jù)的下發(fā)及上傳是通過數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。通過以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)構(gòu)建的無線通信數(shù)據(jù)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，在硬件中也應(yīng)具有相應(yīng)的控制模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。當(dāng)主站發(fā)送出控制數(shù)據(jù)之后，也需要無線通信終端加以執(zhí)行，并能夠可靠返回相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果，從而完成整個(gè)控制的過程。

4 小結(jié)

電力通信是電力企業(yè)重要的業(yè)務(wù)，在電力運(yùn)行數(shù)據(jù)采集中廣泛采用。本文主要對(duì)以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)在電力數(shù)據(jù)的采集中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，并對(duì)以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式進(jìn)行了分析，對(duì)于提高以太網(wǎng)復(fù)用技術(shù)在電力企業(yè)中的應(yīng)用具有一定的價(jià)值。