電力專網的信息采集通信系統研究范文

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【摘要】近年來，電力用戶沒有有效的手段來使用電信。因此，在本研究中，構建了基于頻率擴展技術的無線信息采集系統。系統采用擴頻技術，可以分割傳統基站和射頻單元，設計兩個單元的模塊結構。研究了該系統的結構特點并詳細闡述了射頻拉遠技術電力無線專網通信的優勢，為了解決最后1km的問題，實現了功耗信息收集和專用網絡覆蓋目標。

【關鍵詞】電力無線專網；用電信息采集；通信系統

長期以來，有關部門在進行電力新采購過程中，由于缺乏有效的手段導致運用光纖通信技術時花費成本較高，覆蓋面窄，而使用電力線載波和微功耗無線時抄收率低，無法保證其可靠性。而利用無線帶寬需要向管委會申請，且存在一定難度。因此很多地區只能采用無線公網的方式實現信息采集，但利用無線公網方式需要支出較大費用，而且很難保證信息安全性和可靠性，無法滿足信息化背景下的智能用電需求。近年來，基于光載無線思想以及分布式基站等在移動運營過程中取得廣泛應用。分布式基站是將計算設備的射頻和基站單元進行分離，前者能夠實現遠端分布配置使無線信號分布覆蓋。分布式基站核心實際上就是運用射頻拉遠技術，在當前無基站前提下進行改善，能夠用射頻拉遠技術進一步實現無線基站的分布化特點，提高信號的覆蓋率，能夠更為廣泛地開展用電信息采集工作。

1頻射拉遠技術

頻射拉遠實際上是利用軟件無線電的采集技術，能夠將基站單元所產生的信號以數字化的方式展現，通過遠端的光纖，遠程RF信號用于放大信號，從而實現信號的無線覆蓋。其具體原理如圖1所示。當發送信號時，基帶信號可以通過濾波器，將上變頻轉換為中頻信號，然后通過A/D接口將其轉換為數字信號。信號處理單元完成信號的糾錯，組幀等操作并轉為數據流，通過光端機傳到云端。如果使用以太網分組格式的數據流，則可以使用EPON中心局設備將OLT傳送到遠端，并且遠程光收發器設備接收該信號。處理單元可以執行數據流的糾錯，轉換和減少為數字信號。在轉換之后，信號恢復為中頻信號，并且通過上轉換形成RF信號，并且進一步放大信號，并且在濾波之后發送RF信號。在信號接收時與上述過程相反，當接收到射頻信號之后通過濾波進行前置放大，在經過向下轉換到中頻信號之后，它是通過A/D接口的數字信號，并且信號校正單元執行信號糾錯。成幀被轉換為數據流并通過光學收發器傳輸到中心局位置。對于以太包格式的數據流來說可通過EPON設備ONU傳輸到局端，而局端的光端機OLT接受之后能夠通過數據處理單元將數據流進行轉換，將糾錯轉換為數字信號，然后恢復為中頻信號，將其下變頻為基帶信號，完成整個信號接收過程。無線電遠程技術原理可以發現射頻遠程分離基站設備的射頻和基帶單元。該裝置可以有效地減小裝置占用的體積，射頻和基站單元可以通過光纖網絡使用光纖信號完成射頻單元的分布式布置。實現盲區覆蓋，可擴大無線使用范圍，射頻單元在被光纖拉開后更接近覆蓋表面。因此，對天線的使用要求能夠顯著降低。

2系統方案設計

在基帶單元的設計過程中，基站分離后，室內單元為基帶單元，單元由系統上下接口模塊，控制管理模塊，電源和其中控制管理模塊能夠用于數據交換，多級控制，網絡管理，信號處理模塊，能夠對信號進行實時處理，包括多種形式轉換。過濾后的上行接口用于基帶單元的對象接口和協議解析，包括本地調試，遠程調試，多路以太網接口，下行接口可以用于基帶單元的物理接口和協議解析，包括以太網接口和光接口，電源和防雷模塊，能夠提供多級電源，實現電磁干擾濾波等功能，使外部時鐘源能夠提供其他單元所需的基準時鐘，它是一個獨立的時鐘源，也可以為變電站時鐘同步網絡提供參考時鐘。對于無線電單元，在基站分離之后，遠程設備的無線電單元由數據接口，控制和信號處理模塊控制。電源等模塊共同構成，其中射頻單元中的控制管理模塊用于警告信息采集，升級，控制測試等。數據接口能夠實現數據導變換和解析，包括本地遠程調試光纖接口，以太接口。信號處理模塊包括接收和發送信道，其中發送信道可以將數字信號轉換為射頻信號，包括DA轉換，變頻轉換，而接受通道能夠用于射頻信號的接收，經過處理后轉為數字信號，包括AD轉換，該濾波器能夠抑制由其自身發射的帶外雜散并抑制帶外干擾信號的接收。電源模塊可為射頻單元提供所需的多級電源，進一步實現濾波和電源報警等功能。從整體設計的角度來看，該信息收集系統由電力信息收集站，通信系統和終端組成。其中通信系統由接入網和骨干傳輸網構成，骨干傳輸網是指35kV以上的輸電線通信網絡，實現光纖全面覆蓋，采用SDH等通信技術，而接入網是針對35kV以下的通信網絡，這種線路相對來說條件復雜，難以實現光纖的全覆蓋，并且需要多種通信模式。射頻遠程通信系統可用于解決接入網通信問題，射頻遠程通信系統由射頻，基站單元和無線終端組成。基站經過分離后，這種分布式基站具備較高靈活性的組網方式和容量配置，其中一個基站單元能夠存在多個射頻單元，共同構建微蜂窩網絡。根據電力線網絡的特點，包括鏈網和星網，該結構主要用于多個10kV線路變電站的無線覆蓋。基帶單元位于變電站中，射頻單元位于檢測區域中。在星型組網模式中，在基帶單元和收集器上的不同射頻單元之間直接連接有多根光纖。擴容相對來說比較便捷，信號傳輸過程中環節較少，具有較高的線路可靠性，但其缺點是需要在基帶和射頻單元間需要通過多根纖芯進行連接。對于鏈形組網來說，主要用于10kV輸電線路中多個臺區進行監測，計算單元位于變電站，而射頻單元位于監測區域，無線終端接入點為AP，通常作為標準模塊集中在采集器和集中器。相對其他組網方式來說，鏈形組網方式基站單元與不同射頻單元之間需要一根光纖進行連接，可以采用分光器逐級分光的方式，不需要占用太多的纖芯，能夠用于多場景運用，但隨分光級數增加，線路在傳輸過程中的可靠性越來越低，無論對于鏈形或者星形組網方式來說都需要與EPON光纖組網保持一致性，進行有效融合并進一步實現光纖的延伸性。在具體的選址過程中，對基帶單元沒有特殊要求，可以放置在通信機房內，為防雷措施提供電源。但是，一旦EPON中心局設備存在于機房中，基帶單元需要與OLT放在同一屏幕上，以方便布線連接。在進行選址時，需要全面考慮功率信號覆蓋。各種因素，如光纖線路，需要采取各種措施來提高，包括建造新的鐵塔，使用現有的塔架建在原有的高層建筑上，主要是由于新建鐵塔靈活性高，能夠根據覆蓋范圍確定鐵塔高度，但鐵塔需要解決占地面積和電源供電問題，且不能與光纜線路偏離太遠，否則將會導致較高的成本。在高層建筑進行增高架設施的成本較低，安裝過程較為簡便，如果建筑物高度達到最優覆蓋范圍時，但是，這種安裝方案需要與業主協商解決土地占用和供電問題，并且還面臨無法有效覆蓋多點信息采集范圍。需要考慮光纖連接的問題。總而言之，針對射頻單元在選址時需要綜合多種因素進行考慮，經過現場實際考察后確定最終的選舉方案。

3小結

對于無線寬帶通信技術來射，通常采用230MHz的電力負荷管理無線通信頻段，目前電力行業有40個授權頻點，無需向管委會進行頻點的申請。作為低頻頻段來說具有較廣的覆蓋范圍，因此相比其他無線通信技術來說，這種無線寬帶通信技術更適用于用電信息采集中。基于射頻拉遠的通信技術，目前已經在很多地區實現了小規模試驗，能夠滿足當前用電信息采集的實際要求，未來將需要進一步解決頻射拉遠技術，使其能夠實現EPON通信的融合，最終實現用電信息采集全覆蓋這一目標。

參考文獻

[1]王黎冬，宋建軍，張琨，等.基于電力無線專網的用電信息采集系統.

[2]陳曉科.TD-LTE230電力營銷寬帶無線專網系統設計研究[D].

[3]沈鑫，林大朋，曹敏，王學良，魏齡，吳群.基于不同方式的用電信息采集系統場景應用分析[C].2017年“電子技術應用”智能電網會議.

作者：謝霆 單位：國網湖南省電力公司邵陽供電分公司