一种基于中压电力载波的用电信息采集系统及其控制方法与流程

本发明属于涉及功分器技术领域，尤其涉及一种基于中压电力载波的用电信息采集系统及其控制方法。

背景技术：

在用电信息采集系统中，上行链路（集中器至主站）通常采用GPRS、光纤、或电力专网进行数据传输。GPRS具有安装方便的优势，速率较低（通常在几十kbit左右）；光纤和电力专网虽然速率较高，但面临前期投资大、后期维护困难的问题，且目前用电信息采集系统中，远程通信技术主要采用GPRS/CDMA等无线公网、光纤专网、230 MHz专网、其他通信方式等，总体主要问题如下：

1）长期、大规模应用产生大量的租用费用，且数据流量统计不透明；

2）业务应用依赖于运营商提供的网络资源，应用水平和推广进度受制于公网建设程度；

3）公网通信首先满足公共用户业务应用，无法保障实时性、时延等服务质量要求；

4）存在公网系统升级换代风险；

5）网络覆盖区域与供电区域不完全一致，有可能导致漫游费用；

6）用电信息采集终端安装位置存在无线公网覆盖盲点。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，提出一种基于中压电力载波的用电信息采集系统及其控制方法，信号衰减特性小，噪声干扰小，数据传输更可靠和更高速，费用低，受限小，更新换代方便快捷，覆盖更全面，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种基于中压电力载波的用电信息采集系统，包括集抄主站，集抄主站连接到中压载波主机，中压载波主机连接到耦合器，耦合器连接到中压载波从机和耦合到10KV中压电力线路上，中压载波从机连接到集中器，中压载波主/从机由高速载波芯片SSC1664/1663和与其连接的用于连接到集抄主站的接口模块和用于接收数据的透传模块组成。

接口模块包括RJ-45接口、RS232接口和RS485接口三类接口。

中压电力线路上加装中压载波中继器。

耦合器采用电容耦合器或电感耦合器。

电容耦合器安装于环网柜内，其载波频段 1MHz~10MHz、传输衰耗 <2dB、线路侧标称阻抗 75Ω、工作环境温度 -40℃~+80℃和额定功率 ≥100W。

电感耦合器采用卡装式电感耦合器或注入式电感耦合器。

卡装式电感耦合器直接卡在中压线上，通过电感的屏蔽层接地形成回路，把载波信号耦合到电缆屏蔽层，其载波频段 1 MHz~10 MHz、传输衰耗 <5 dB、线路侧标称阻抗 75 Ω、工作环境温度 -40℃~+80℃、额定功率 ≥100 W、卡装式电感耦合内径 ≥90 mm、绝缘电阻 ≥106 Ω、冲击放电电压 ≤1000 V和短时电流承受能力 800 A/s。

注入式电感耦合器安装在电缆屏蔽层和接地回路中，把载波信号注入到电感屏蔽层中，其载波频段 1 MHz~10 MHz、传输衰耗 <1.5 dB、线路侧标称阻抗 75 Ω、工作环境温度 -40℃~+80℃、额定功率 ≥100 W、单脉冲电流承受力 30 kA卡、绝缘电阻 ≥106 Ω、冲击放电电压 ≤1000 V和短时电流承受能力 800 A/s。

一种基于中压电力载波的用电信息采集系统的采集方法，该方法步骤为：集抄主站通过RJ-45/RS232/RS485接口与中压载波主机连接，下发控制命令和采集各中压载波从机的数据；当集抄主站下发控制命令时，先由中压载波主机将数字信号调制成宽带载波信号，由耦合器将宽带载波信号耦合至10 kV中压电力线路中，经由配电室端的耦合装置和中压载波从机完成载波信号耦合及解调，中压载波从机通过RJ-45/RS232/RS485接口与低压电力线端的集中器连接，将最终的控制命令传送给集中器。

中压载波主/从机从外界接收到数据后，需对数据的有效性进行判断，有效性判断的方法采用数据帧奇、偶校验方法，经过校验后的有效数据，由透传模块传输至高速载波芯片中，由载波芯片根据传输需要进行数据帧重构，以支持不同的通信协议；载波芯片模块也可根据需要，写入各种主流通信规约；中压载波主从机之间支持透明传输，并且支持一主多从的组网需求；中压载波从机自动注册到指定中压载波主机，配置从属关系；中压载波从机支持双归属，即中压载波从机优先注册到中压载波主机A，若中压载波主机A不通时，注册到中压载波主机B。

本发明的有益效果：与现有技术相比，效果如下：

（1）本发明采用高速载波芯片和中压线路传输数据时，最高速率可达5Mbps，最低也可达100 kbps，传输速率远远优于现有中压电力载波通信系统，可以支撑费控、三遥、远程拉合闸等对传输速率要求较高的新业务开展；

（2）本发明采用高速载波芯片SSC1664/1663实现通信，其内的OFDM技术，提高了设备的抗干扰性，同时对接收的数据进行了校验，为数据的正确性提供了保障，保证数据的高可靠性；

（3）本发明采用高速载波芯片SSC1664/1663的物理层传输最高速率可达25Mbps，最差情况下也可达100kbps以上，远超现有中压电力载波系统的通信速率，通信速率高；

（4）本发明可按照配网自动化的五遥（遥信、遥测、遥调、遥控、遥视）要求，配电变电站监控、馈线自动化、公变检测、负荷监控要求通信速率需达到 4MBPS 以上，而欧洲智能电网研究项目INTEGRIS分析，配电网自动化对配网通信速率的需求为 4Mbps，才能有效支撑配电网数据通信要求，而本发明具备提供上述速率；

（4）工程实施简单，具备快速建网的能力，针对配电网通信节点存量改造点多面广，分布范围大，布局分散，工程量大，同时国家新城建设，配电网通信系统新增节点大量增加， 因此本发明工程实施简单、具备快速建网的能力；

（5）易用性、易维护性，本发明与相关控制设备安装在同一位置，通信系统的维护简单易行；

（6）通信设备接口标准化，现有的配电网中的信息采集设备种类多、接口复杂，而通常情况下，用电信息集中器安装在配变附近，本发明的标准化接口将配变直接与中压线路相连接进行数据传输，连接更可靠，装卸维护更方便；

（7）由于中压线路沿线跨接配变比较多、线路分支线多，因此多径效应突出，此外，由于电力线路的主要任务是为几十Hz的低频传输设计，要在这种线路上传输高频信号并有效克服信道噪声干扰、阻抗变化以及接电线时的高频信号泄露等问题，而本发明采用高速载波芯片SSC1664/1663和透传模块实现中压电力载波具有抑制噪声干扰、抵抗衰减、多径效应等能力，且中压电力线路网络具有结构简单、信号衰减特性小、噪声干扰小的特点，非常适合用于电力线通信。

附图说明

图1为本发明的控制结构示意图；

图2为本发明的电容耦合器安装结构示意图；

图3为本发明的卡装式电感耦合器安装结构示意图；

图4为本发明的注入式电感耦合器安装结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

实施例1：如图1所示，一种基于中压电力载波的用电信息采集系统，包括集抄主站，集抄主站连接到中压载波主机，中压载波主机连接到耦合器，耦合器连接到中压载波从机和耦合到10KV中压电力线路上，中压载波从机连接到集中器，中压载波主/从机由高速载波芯片SSC1664/1663和与其连接的用于连接到集抄主站的接口模块和用于接收数据的透传模块组成。

接口模块包括RJ-45接口、RS232接口和RS485接口三类接口。

中压电力线路上加装中压载波中继器，当集抄主站距离低压配电室距离较远，超过中压载波机点对点最大通信距离时，需要在中压电力线中增加中压载波中继器，通过中继通信距离可达到10 km以上。

耦合器采用电容耦合器或电感耦合器。

电容耦合器安装于环网柜内，其载波频段 1MHz~10MHz、传输衰耗 <2dB、线路侧标称阻抗 75Ω、工作环境温度 -40℃~+80℃和额定功率 ≥100W，电容耦合器一体化结构采用注入式耦合，一体化电容耦合器具有体积小、成本低、运行安全可靠等特点，适合架空线路，如图2所示。

电感耦合器采用卡装式电感耦合器或注入式电感耦合器。

卡装式电感耦合器直接卡在中压线上，通过电感的屏蔽层接地形成回路，把载波信号耦合到电缆屏蔽层，其载波频段 1 MHz~10 MHz、传输衰耗 <5 dB、线路侧标称阻抗 75Ω、工作环境温度-40℃~+80℃、额定功率 ≥100 W、卡装式电感耦合内径 ≥90 mm、绝缘电阻 ≥106 Ω、冲击放电电压≤1000 V和短时电流承受能力 800 A/s，适用于架空线和地埋线。这种耦合方式的主要优点是可不断电安装，如图3所示，母线排1，电缆屏蔽层地线2，接地端3，中压载波主/从机，引出线5，耦合器6，抱箍7，电缆8。

注入式电感耦合器安装在电缆屏蔽层和接地回路中，把载波信号注入到电感屏蔽层中，其载波频段 1 MHz~10 MHz、传输衰耗 <1.5 dB、线路侧标称阻抗 75 Ω、工作环境温度 -40℃~+80℃、额定功率 ≥100 W、单脉冲电流承受力 30 kA卡、绝缘电阻 ≥106 Ω、冲击放电电压 ≤1000 V和短时电流承受能力 800 A/s，适用于架空线和地埋线。这种耦合方式的主要优点是接入衰减极小，如图4所示，母线排1，电缆2，屏蔽层地线3，耦合器4，接地端5，引出线6，中压载波主/从机7，图中虚线不允许接地。

实施例2：一种基于中压电力载波的用电信息采集系统的采集方法，该方法步骤为：集抄主站通过RJ-45/RS232/RS485接口与中压载波主机连接，下发控制命令和采集各中压载波从机的数据；当集抄主站下发控制命令时，先由中压载波主机将数字信号调制成宽带载波信号，由耦合器将宽带载波信号耦合至10 kV中压电力线路中，经由配电室端的耦合装置和中压载波从机完成载波信号耦合及解调，中压载波从机通过RJ-45/RS232/RS485接口与低压电力线端的集中器连接，将最终的控制命令传送给集中器。

中压载波主/从机从外界接收到数据后，需对数据的有效性进行判断，有效性判断的方法采用数据帧奇、偶校验方法，经过校验后的有效数据，由透传模块传输至高速载波芯片中，由载波芯片根据传输需要进行数据帧重构，以支持不同的通信协议；载波芯片模块也可根据需要，写入各种主流通信规约，如376.1、645规约；中压载波主从机之间支持透明传输，并且支持一主多从的组网需求；同时，为了实现系统的自适应性，中压载波从机自动注册到指定中压载波主机，不需要预先指定通道，只需要配置从属关系；中压载波从机支持双归属的要求，即中压载波从机可以优先注册到中压载波主机A，如果中压载波主机A不通时，可以注册到中压载波主机B，从而确保了系统工作的可靠性。

现有的通信方式的优缺点如下：

1、光纤通信，优点：速率高，可靠性好；

不足：由于配电网分支通信点多面广的特点，采用全光纤通信方式，投资巨大；

1）建设成本：特别是城市密集区， 光纤敷设成本非常高；另外，光纤敷设还需要支付昂贵的市政规费；

2）运维成本：一旦光纤损坏，维护成本非常高；城市改造，配电线路变更导致光纤线路变更成本非常高；需设置专人维护。线路维护需专业团队；

3）时间成本：在光纤敷设时，市政申请、挖沟破路、管线挖埋、光纤中继设计等都需要耗费大量的时间和人力成本，造成通信系统建设工期较长。

2、租用移动运营商信道（GPRS/3G/4G），优点：实施简单，不足：

1）长期租用信道的高成本，公共信道安全性隐患高；

2）公网繁忙时稳定性、实时性和可靠性较差；

3）不能自己管理与维护信道；

4）低通信速率，不能满足配电网“五遥”通信需求；

3、自建无线，优点：投资小、维护简单；

不足：1）易受建筑遮挡，传输距离受限，难以实现端到端的可靠通信；

2）易受天气环境等影响，可靠性差；

3）配电网设备需要更换相应的通讯模块才能与基站通讯，需要和所有设备厂商进行设备联调，工作量很大；

4）无线覆盖规划、实施难度大；

5）难于管理和维护。

因而本发明客户上述各类通信方式的不足，实现如下优点：

（1）本发明采用高速载波芯片和中压线路传输数据时，最高速率可达5Mbps，最低也可达100 kbps，传输速率远远优于现有中压电力载波通信系统，可以支撑费控、三遥、远程拉合闸等对传输速率要求较高的新业务开展；

（2）本发明采用高速载波芯片SSC1664/1663实现通信，其内的OFDM技术，提高了设备的抗干扰性，同时对接收的数据进行了校验，为数据的正确性提供了保障，保证数据的高可靠性；

（3）本发明采用高速载波芯片SSC1664/1663的物理层传输最高速率可达25Mbps，最差情况下也可达100kbps以上，远超现有中压电力载波系统的通信速率，通信速率高；

（4）本发明可按照配网自动化的五遥（遥信、遥测、遥调、遥控、遥视）要求，配电变电站监控、馈线自动化、公变检测、负荷监控要求通信速率需达到 4MBPS 以上，而欧洲智能电网研究项目INTEGRIS分析，配电网自动化对配网通信速率的需求为 4Mbps，才能有效支撑配电网数据通信要求，而本发明具备提供上述速率；

（4）工程实施简单，具备快速建网的能力，针对配电网通信节点存量改造点多面广，分布范围大，布局分散，工程量大，同时国家新城建设，配电网通信系统新增节点大量增加， 因此本发明工程实施简单、具备快速建网的能力；

（5）易用性、易维护性，本发明与相关控制设备安装在同一位置，通信系统的维护简单易行；

（6）通信设备接口标准化，现有的配电网中的信息采集设备种类多、接口复杂，而通常情况下，用电信息集中器安装在配变附近，本发明的标准化接口将配变直接与中压线路相连接进行数据传输，连接更可靠，装卸维护更方便；

（7）由于中压线路沿线跨接配变比较多、线路分支线多，因此多径效应突出，此外，由于电力线路的主要任务是为几十Hz的低频传输设计，要在这种线路上传输高频信号并有效克服信道噪声干扰、阻抗变化以及接电线时的高频信号泄露等问题，而本发明采用高速载波芯片SSC1664/1663和透传模块实现中压电力载波具有抑制噪声干扰、抵抗衰减、多径效应等能力，且中压电力线路网络具有结构简单、信号衰减特性小、噪声干扰小的特点，非常适合用于电力线通信。

另外，中压载波机SSC1664/1663宽带电力线载波芯片，SSC1663/1664是一款将模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU 内核及丰富的功能外设高度集成一体的专用通信芯片。提供标准以太网接口，无缝对接用户设备端，可在电力线、同轴电缆、电话线等介质下进行有效的数据传输，SSC1664/1663系统特点如下：

●高频点，远离电力线干扰；

●多载波调制，自动规避干扰；

●优先级通讯，满足紧急通讯需求；

●自动中继转发；

●支持AES128加密，亦支持WAPI加密传输协议，保障信息传输安全可靠；

●先进的MSEH网络，多路径寻址技术；

●低功耗工作，节能环保；

●并发抄读机制，提升抄表效率；

●具备相位识别功能，利于线损分析及三相负载平衡分析。

本发明还具有如下优点：通信接口与高速载波芯片之间的传输采用透传方式；系统采用奇、偶校验的方法判别数据的有效性；提供多种耦合接入方式以适应不同的电力传输线路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。