一種基於中壓電力載波的用電信息採集系統的製作方法
2023-06-25 22:35:31 5
本實用新型屬於涉及功分器技術領域，尤其涉及一種基於中壓電力載波的用電信息採集系統。
背景技術：
在用電信息採集系統中，上行鏈路（集中器至主站）通常採用GPRS、光纖、或電力專網進行數據傳輸。GPRS具有安裝方便的優勢，速率較低（通常在幾十kbit左右）；光纖和電力專網雖然速率較高，但面臨前期投資大、後期維護困難的問題，且目前用電信息採集系統中，遠程通信技術主要採用GPRS/CDMA等無線公網、光纖專網、230 MHz專網、其他通信方式等，總體主要問題如下：
1）長期、大規模應用產生大量的租用費用，且數據流量統計不透明；
2）業務應用依賴於運營商提供的網絡資源，應用水平和推廣進度受制於公網建設程度；
3）公網通信首先滿足公共用戶業務應用，無法保障實時性、時延等服務質量要求；
4）存在公網系統升級換代風險；
5）網絡覆蓋區域與供電區域不完全一致，有可能導致漫遊費用；
6）用電信息採集終端安裝位置存在無線公網覆蓋盲點。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是：針對上述問題，提出一種基於中壓電力載波的用電信息採集系統，信號衰減特性小，噪聲幹擾小，數據傳輸更可靠和更高速，費用低，受限小，更新換代方便快捷，覆蓋更全面，以解決現有技術中存在的問題。
本實用新型採取的技術方案為：一種基於中壓電力載波的用電信息採集系統，包括集抄主站，集抄主站連接到中壓載波主機，中壓載波主機連接到耦合器，耦合器連接到中壓載波從機和耦合到10KV中壓電力線路上，中壓載波從機連接到集中器，中壓載波主/從機由高速載波晶片SSC1664/1663和與其連接的用於連接到集抄主站的接口模塊和用於接收數據的透傳模塊組成。
接口模塊包括RJ-45接口、RS232接口和RS485接口三類接口。
中壓電力線路上加裝中壓載波中繼器。
耦合器採用電容耦合器或電感耦合器。
電容耦合器安裝於環網櫃內，其載波頻段1MHz~10MHz、傳輸衰耗 <2dB、線路側標稱阻抗75Ω、工作環境溫度-40℃~+80℃和額定功率 ≥100W。
電感耦合器採用卡裝式電感耦合器或注入式電感耦合器。
卡裝式電感耦合器直接卡在中壓線上，通過電感的屏蔽層接地形成迴路，把載波信號耦合到電纜屏蔽層，其載波頻段1 MHz~10 MHz、傳輸衰耗<5 dB、線路側標稱阻抗75 Ω、工作環境溫度-40℃~+80℃、額定功率 ≥100 W、卡裝式電感耦合內徑≥90 mm、絕緣電阻≥106 Ω、衝擊放電電壓≤1000 V和短時電流承受能力 800 A/s。
注入式電感耦合器安裝在電纜屏蔽層和接地迴路中，把載波信號注入到電感屏蔽層中，其載波頻段1 MHz~10 MHz、傳輸衰耗<1.5 dB、線路側標稱阻抗75 Ω、工作環境溫度-40℃~+80℃、額定功率 ≥100 W、單脈衝電流承受力30 kA卡、絕緣電阻 ≥106 Ω、衝擊放電電壓≤1000 V和短時電流承受能力 800 A/s。
本實用新型的有益效果：與現有技術相比，效果如下：
（1）本實用新型採用高速載波晶片和中壓線路傳輸數據時，最高速率可達5Mbps，最低也可達100 kbps，傳輸速率遠遠優於現有中壓電力載波通信系統，可以支撐費控、三遙、遠程拉合閘等對傳輸速率要求較高的新業務開展；
（2）本實用新型採用高速載波晶片SSC1664/1663實現通信，其內的OFDM技術，提高了設備的抗幹擾性，同時對接收的數據進行了校驗，為數據的正確性提供了保障，保證數據的高可靠性；
（3）本實用新型採用高速載波晶片SSC1664/1663的物理層傳輸最高速率可達25Mbps，最差情況下也可達100kbps以上，遠超現有中壓電力載波系統的通信速率，通信速率高；
（4）本實用新型可按照配網自動化的五遙（遙信、遙測、遙調、遙控、遙視）要求，配電變電站監控、饋線自動化、公變檢測、負荷監控要求通信速率需達到 4MBPS 以上，而歐洲智能電網研究項目INTEGRIS分析，配電網自動化對配網通信速率的需求為 4Mbps，才能有效支撐配電網數據通信要求，而本實用新型具備提供上述速率；
（4）工程實施簡單，具備快速建網的能力，針對配電網通信節點存量改造點多面廣，分布範圍大，布局分散，工程量大，同時國家新城建設，配電網通信系統新增節點大量增加， 因此本實用新型工程實施簡單、具備快速建網的能力；
（5）易用性、易維護性，本實用新型與相關控制設備安裝在同一位置，通信系統的維護簡單易行；
（6）通信設備接口標準化，現有的配電網中的信息採集設備種類多、接口複雜，而通常情況下，用電信息集中器安裝在配變附近，本實用新型的標準化接口將配變直接與中壓線路相連接進行數據傳輸，連接更可靠，裝卸維護更方便；
（7）由於中壓線路沿線跨接配變比較多、線路分支線多，因此多徑效應突出，此外，由於電力線路的主要任務是為幾十Hz的低頻傳輸設計，要在這種線路上傳輸高頻信號並有效克服信道噪聲幹擾、阻抗變化以及接電線時的高頻信號洩露等問題，而本實用新型採用高速載波晶片SSC1664/1663和透傳模塊實現中壓電力載波具有抑制噪聲幹擾、抵抗衰減、多徑效應等能力，且中壓電力線路網絡具有結構簡單、信號衰減特性小、噪聲幹擾小的特點，非常適合用於電力線通信。
附圖說明
圖1為本實用新型的控制結構示意圖；
圖2為本實用新型的電容耦合器安裝結構示意圖；
圖3為本實用新型的卡裝式電感耦合器安裝結構示意圖；
圖4為本實用新型的注入式電感耦合器安裝結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下文將要描述的各種實施例將要參考相應的附圖，這些附圖構成了實施例的一部分，其中描述了實現本實用新型可能採用的各種實施例。應明白，還可使用其他的實施例，或者對本文列舉的實施例進行結構和功能上的修改，而不會脫離本實用新型的範圍和實質。
實施例1：如圖1所示，一種基於中壓電力載波的用電信息採集系統，包括集抄主站，集抄主站連接到中壓載波主機，中壓載波主機連接到耦合器，耦合器連接到中壓載波從機和耦合到10KV中壓電力線路上，中壓載波從機連接到集中器，中壓載波主/從機由高速載波晶片SSC1664/1663和與其連接的用於連接到集抄主站的接口模塊和用於接收數據的透傳模塊組成。
接口模塊包括RJ-45接口、RS232接口和RS485接口三類接口。
中壓電力線路上加裝中壓載波中繼器，當集抄主站距離低壓配電室距離較遠，超過中壓載波機點對點最大通信距離時，需要在中壓電力線中增加中壓載波中繼器，通過中繼通信距離可達到10 km以上。
耦合器採用電容耦合器或電感耦合器。
電容耦合器安裝於環網櫃內，其載波頻段1MHz~10MHz、傳輸衰耗<2dB、線路側標稱阻抗75Ω、工作環境溫度-40℃~+80℃和額定功率≥100W，電容耦合器一體化結構採用注入式耦合，一體化電容耦合器具有體積小、成本低、運行安全可靠等特點，適合架空線路，如圖2所示。
電感耦合器採用卡裝式電感耦合器或注入式電感耦合器。
卡裝式電感耦合器直接卡在中壓線上，通過電感的屏蔽層接地形成迴路，把載波信號耦合到電纜屏蔽層，其載波頻段1 MHz~10 MHz、傳輸衰耗<5 dB、線路側標稱阻抗75Ω、工作環境溫度-40℃~+80℃、額定功率≥100 W、卡裝式電感耦合內徑≥90 mm、絕緣電阻≥106 Ω、衝擊放電電壓≤1000 V和短時電流承受能力 800 A/s，適用於架空線和地埋線。這種耦合方式的主要優點是可不斷電安裝，如圖3所示，母線排1，電纜屏蔽層地線2，接地端3，中壓載波主/從機，引出線5，耦合器6，抱箍7，電纜8。
注入式電感耦合器安裝在電纜屏蔽層和接地迴路中，把載波信號注入到電感屏蔽層中，其載波頻段1 MHz~10 MHz、傳輸衰耗<1.5 dB、線路側標稱阻抗75 Ω、工作環境溫度-40℃~+80℃、額定功率≥100 W、單脈衝電流承受力30 kA卡、絕緣電阻 ≥106 Ω、衝擊放電電壓≤1000 V和短時電流承受能力 800 A/s，適用於架空線和地埋線。這種耦合方式的主要優點是接入衰減極小，如圖4所示，母線排1，電纜2，屏蔽層地線3，耦合器4，接地端5，引出線6，中壓載波主/從機7，圖中虛線不允許接地。
實施例2：一種基於中壓電力載波的用電信息採集系統的採集方法，該方法步驟為：集抄主站通過RJ-45/RS232/RS485接口與中壓載波主機連接，下發控制命令和採集各中壓載波從機的數據；當集抄主站下發控制命令時，先由中壓載波主機將數位訊號調製成寬帶載波信號，由耦合器將寬帶載波信號耦合至10 kV中壓電力線路中，經由配電室端的耦合裝置和中壓載波從機完成載波信號耦合及解調，中壓載波從機通過RJ-45/RS232/RS485接口與低壓電力線端的集中器連接，將最終的控制命令傳送給集中器。
中壓載波主/從機從外界接收到數據後，需對數據的有效性進行判斷，有效性判斷的方法採用數據幀奇、偶校驗方法，經過校驗後的有效數據，由透傳模塊傳輸至高速載波晶片中，由載波晶片根據傳輸需要進行數據幀重構，以支持不同的通信協議；載波晶片模塊也可根據需要，寫入各種主流通信規約，如376.1、645規約；中壓載波主從機之間支持透明傳輸，並且支持一主多從的組網需求；同時，為了實現系統的自適應性，中壓載波從機自動註冊到指定中壓載波主機，不需要預先指定通道，只需要配置從屬關係；中壓載波從機支持雙歸屬的要求，即中壓載波從機可以優先註冊到中壓載波主機A，如果中壓載波主機A不通時，可以註冊到中壓載波主機B，從而確保了系統工作的可靠性。
現有的通信方式的優缺點如下：
1、光纖通信，優點：速率高，可靠性好；
不足：由於配電網分支通信點多面廣的特點，採用全光纖通信方式，投資巨大；
1）建設成本：特別是城市密集區， 光纖敷設成本非常高；另外，光纖敷設還需要支付昂貴的市政規費；
2）運維成本：一旦光纖損壞，維護成本非常高；城市改造，配電線路變更導致光纖線路變更成本非常高；需設置專人維護。線路維護需專業團隊；
3）時間成本：在光纖敷設時，市政申請、挖溝破路、管線挖埋、光纖中繼設計等都需要耗費大量的時間和人力成本，造成通信系統建設工期較長。
2、租用移動運營商信道（GPRS/3G/4G），優點：實施簡單，不足：
1）長期租用信道的高成本，公共信道安全性隱患高；
2）公網繁忙時穩定性、實時性和可靠性較差；
3）不能自己管理與維護信道；
4）低通信速率，不能滿足配電網「五遙」通信需求；
3、自建無線，優點：投資小、維護簡單；
不足：1）易受建築遮擋，傳輸距離受限，難以實現端到端的可靠通信；
2）易受天氣環境等影響，可靠性差；
3）配電網設備需要更換相應的通訊模塊才能與基站通訊，需要和所有設備廠商進行設備聯調，工作量很大；
4）無線覆蓋規劃、實施難度大；
5）難於管理和維護。
因而本實用新型客戶上述各類通信方式的不足，實現如下優點：
（1）本實用新型採用高速載波晶片和中壓線路傳輸數據時，最高速率可達5Mbps，最低也可達100 kbps，傳輸速率遠遠優於現有中壓電力載波通信系統，可以支撐費控、三遙、遠程拉合閘等對傳輸速率要求較高的新業務開展；
（2）本實用新型採用高速載波晶片SSC1664/1663實現通信，其內的OFDM技術，提高了設備的抗幹擾性，同時對接收的數據進行了校驗，為數據的正確性提供了保障，保證數據的高可靠性；
（3）本實用新型採用高速載波晶片SSC1664/1663的物理層傳輸最高速率可達25Mbps，最差情況下也可達100kbps以上，遠超現有中壓電力載波系統的通信速率，通信速率高；
（4）本實用新型可按照配網自動化的五遙（遙信、遙測、遙調、遙控、遙視）要求，配電變電站監控、饋線自動化、公變檢測、負荷監控要求通信速率需達到 4MBPS 以上，而歐洲智能電網研究項目INTEGRIS分析，配電網自動化對配網通信速率的需求為 4Mbps，才能有效支撐配電網數據通信要求，而本實用新型具備提供上述速率；
（4）工程實施簡單，具備快速建網的能力，針對配電網通信節點存量改造點多面廣，分布範圍大，布局分散，工程量大，同時國家新城建設，配電網通信系統新增節點大量增加， 因此本實用新型工程實施簡單、具備快速建網的能力；
（5）易用性、易維護性，本實用新型與相關控制設備安裝在同一位置，通信系統的維護簡單易行；
（6）通信設備接口標準化，現有的配電網中的信息採集設備種類多、接口複雜，而通常情況下，用電信息集中器安裝在配變附近，本實用新型的標準化接口將配變直接與中壓線路相連接進行數據傳輸，連接更可靠，裝卸維護更方便；
（7）由於中壓線路沿線跨接配變比較多、線路分支線多，因此多徑效應突出，此外，由於電力線路的主要任務是為幾十Hz的低頻傳輸設計，要在這種線路上傳輸高頻信號並有效克服信道噪聲幹擾、阻抗變化以及接電線時的高頻信號洩露等問題，而本實用新型採用高速載波晶片SSC1664/1663和透傳模塊實現中壓電力載波具有抑制噪聲幹擾、抵抗衰減、多徑效應等能力，且中壓電力線路網絡具有結構簡單、信號衰減特性小、噪聲幹擾小的特點，非常適合用於電力線通信。
另外，中壓載波機SSC1664/1663寬帶電力線載波晶片，SSC1663/1664是一款將模擬前端、基帶調製解調、數位訊號處理、CPU 內核及豐富的功能外設高度集成一體的專用通信晶片。提供標準乙太網接口，無縫對接用戶設備端，可在電力線、同軸電纜、電話線等介質下進行有效的數據傳輸，SSC1664/1663系統特點如下：
●高頻點，遠離電力線幹擾；
●多載波調製，自動規避幹擾；
●優先級通訊，滿足緊急通訊需求；
●自動中繼轉發；
●支持AES128加密，亦支持WAPI加密傳輸協議，保障信息傳輸安全可靠；
●先進的MSEH網絡，多路徑尋址技術；
●低功耗工作，節能環保；
●並發抄讀機制，提升抄表效率；
●具備相位識別功能，利於線損分析及三相負載平衡分析。
本實用新型還具有如下優點：通信接口與高速載波晶片之間的傳輸採用透傳方式；系統採用奇、偶校驗的方法判別數據的有效性；提供多種耦合接入方式以適應不同的電力傳輸線路。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，本領域技術人員知悉，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，可以對這些特徵和實施例進行各種改變或等同替換。另外，在本實用新型的教導下，可以對這些特徵和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本實用新型的精神和範圍。因此，本實用新型不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權利要求範圍內的實施例都屬於本實用新型的保護範圍。