楊艷 劉于超 高陽

摘 要：通過對用電信息采集設備采集方式、檢測流程和方法進行分析研究，模擬采集系統(tǒng)現場實際運行工況，搭建采集設備載波芯片性能試驗裝置，對入網采集設備載波芯片性能進行綜合評價。通過文章的分析，希望對相關工作起到借鑒的作用。

關鍵詞：電力線；載波；采集設備；性能測試

引言

低壓電力線載波抄表系統(tǒng)是低壓電網通訊的一種重要應用。由于低壓電網線路的阻抗變化和噪聲干擾十分復雜，常常使得抄表系統(tǒng)在實際運行中的抄收成功率很低。因此，通過對用電信息采集設備采集方式、檢測流程和方法進行研究，在相對理想的檢測環(huán)境下對入網采集設備載波性能進行綜合評價。

1 總體設計方案

1.1 采集系統(tǒng)基本結構分析

目前，全國范圍內的居民客戶用電信息采集主要采用集中器實現，集中器通過上行信道與抄表主站通信，通過下行信道抄讀下面掛載的各種表計。目前集中器的上行傳輸方式主要選用光纖專網、GPRS/CDMA/3G無線公網；下行傳輸方式主要采用RS485通信、電力線載波、微功率無線網絡等方式。

1.2 總體設計方案

為模擬采集系統(tǒng)實際運行工況，項目組對以上所采用的方案進行分析，簡化得出采集系統(tǒng)簡化結構，按照此結構進行電力線載波通訊性能仿真模塊設計。電力線載波通訊性能仿真模塊總體采用模塊化設計，總體設計方案結構如圖1總體設計方案結構圖所示。

圖1 總體設計方案結構圖

2 PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測

載波信號的傳輸介質是低壓電力線，電力線中存在載波信號干擾、噪聲干擾、衰減、阻抗變化、信號畸變等影響，造成電力線載波通信難以實現100%的通訊成功率。為了衡量不同廠商集中器載波通訊的質量，文章分析了低壓電力線的仿真模型，提出采用模塊化設計仿真模擬各種現場運行工況，在同一測試平臺下對集中器的載波通訊性能進行綜合評判，具體設計思路及方案如下：

2.1 電力線長度仿真模塊

2.1.1 線路長度電路模型

低壓電力線是一種分布參數電路，電流在導線的電阻中引起了沿線的電壓降，同時又在導線周圍產生了變動的磁場，這個變動的磁場沿著全線產生感應電壓。導線間的電壓是沿線連續(xù)改變的，同時由于這對導線構成了電容，兩線間就存在位移電流，頻率較高時不可忽略；同時電壓變化時，漏電流也不容忽視。這樣在沿線不同的地方，電流不同，在此所做的模型是把傳輸線看作一系列集總元件所構成的一種極限。電路的參數則認為是沿線分布的。

2.1.2 線路長度仿真模塊

一般情況下，一個臺變下的電力線長度大約在1公里至2公里之間，根據線路長度電路模型得到的低壓電力均勻傳輸線方程以及實際線路的測試，設計了低壓電力線長度仿真模塊，該模塊可以在實驗室條件實現電力線長度的仿真。仿真模塊分為1米，500米，1000米，1500米，2000米基本模塊，配合自動切換設備可以實現低壓電力線長度的仿真檢測。

2.2 載波衰減仿真模塊

載波衰減主要由線路分支、線路介質、線路年限、線路長度等對載波信號的消弱和反射。衰減特性主要表現在線路長度、線路正反向傳輸、載波信號過零點與峰點傳輸衰減、變壓器相間傳輸等幾個方面。為了模擬衰減量，本設計采用載波衰減器來仿真線路對載波信號的衰減，衰減器在電力線載波固定的頻率范圍內，引入一預定衰減的電路，以所引入衰減的dB值及其特性阻抗來標識。衰減器原理如下圖所示：

圖2 衰減器原理圖

根據此簡化原理圖，載波輸出輸入電壓比為：

換算為分貝值為：

，其中？棕=2？仔f。如果載波頻率一定，選用不同的電感或電容，就可確定此時衰減器的基本設計參數，從而得出衰減的分貝值。

本衰減載波模塊設計中采用額定衰減dB+0dB、25dB、50dB、75dB和100dB可調設計，在不同載波芯片額定衰減值下，通過調整以上四種衰減值對載波通訊效果、載波模塊的帶載能力進行評判。

2.3 電源電壓影響模塊

根據集中器技術規(guī)范要求，集中器工作電源允許偏差-20%～+20%。本設計主要測試在不同工作電源下集中器的載波抄表成功率。同時借助調壓器將實驗設備電源與外部電源隔離，防止測試過程中受外界干擾。電壓變化范圍為AC220V±20%，即評價AC176～AC264V范圍內的載波抄表成功率。

2.4 電力線干擾仿真模塊

2.4.1 電力線干擾源分析

電力線上存在的復雜干擾可分為自然干擾和人為干擾。自然干擾如雷電引起的干擾，這種干擾將影響瞬間的電力線數據通訊。但可通過數據自動重發(fā)機制和糾錯機制有效地避免此類干擾對數據通訊的影響。人為干擾則是由連接在電力線上的用電設備產生的，對PLC數據通訊有嚴重的影響，不僅會造成信號誤碼率高，使得接受裝置無法正確接受；另外，它還有可能使接收設備內部產生自干擾，嚴重影響整個系統(tǒng)的工作。

2.4.2 電力線干擾仿真實現。根據對電力線干擾源的分析，采用信號發(fā)射器仿真各種家用電器產生的周期性的干擾、時不變的連續(xù)干擾和隨機產生的突發(fā)性干擾，再通過信號耦合裝置將產生的仿真干擾波形耦合到測試的電力線信道中，達到仿真測試不同干擾環(huán)境下載波抄表成功率。也可根據現場測試情況，繪制各種干擾波形耦合到測試線路中，在室內對現場干擾情況進行復現，分析數據抄讀不成功的原因，為下步地治理提供參考。

3 結束語

采集設備載波性能檢測裝置對于采集設備的質量有著舉足輕重的作用，PLC（電力線載波通訊）性能仿真檢測為采集設備的采購、載波芯片的確定、供貨采集設備規(guī)約一致性的評判提供了參考依據，提高了新購采集設備的質量和檢測效率。

參考文獻

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