无线网桥在海城地区用电信息采集系统的应用

2017-10-10孙道军

东北电力技术 2017年7期

关键词：中继站海城无线网

姚迪，孙道军，王斌

(国网鞍山供电公司，辽宁鞍山 114007)

无线网桥在海城地区用电信息采集系统的应用

姚迪，孙道军，王斌

(国网鞍山供电公司，辽宁鞍山 114007)

海城地区负荷控制用户采集终端切入用电信息采集系统后，随数据采集量的不断增加，逐渐出现环境及同频干扰现象，影响系统通信信道正常数据传输，导致用电信息采集成功率严重下降。以海城地区为例，通过应用无线网桥组网技术，有效提高用电信息采集系统采集成功率，确保用电信息采集系统的稳定运行，为存在类似问题的地区组网提供借鉴。

无线网桥；串口服务器；用电信息采集系统

Abstract:After Haicheng area negative control users acquire side cut into the electricity information collection system and with the increasing amount of data collected by the current environment, the same frequency interference phenomenon is happen.It affects the normal data transmission system for communication channel, resulting in power information acquisition success rate of serious decline. According to the application of wireless network technology of the bridge,it effectively improve the electric information acquisition system of the acquisition success rate which ensures the stable operation of the electric energy data acquisition system. At the same time it provides a reference for the similar problems exist in the network area.

Keywords：wireless bridge; serial server; information collection system

用电信息采集系统建设是国家电网公司统一坚强智能电网建设的重要组成部分，按照国网公司《关于加快用电信息采集系统建设的意见》，国网辽宁省电力有限公司自2010年起，利用5年时间完成辽宁省内所有电力用户用电信息采集系统建设工作，实现“全覆盖、全采集、全费控”的用电信息采集系统建设目标。

用电信息采集系统是基于智能电能表、智能终端和网络通信技术，实现对电力用户的用电信息远程采集、处理和实时监控的系统。采集系统的建设为“SG186”工程营销业务提供电力用户实时用电信息数据，推进营销计量、抄表、收费模式标准化建设和公司信息化建设，可快速响应市场变化、快速反映客户需求，从客户用电信息的源头提供数据支持，为分时电价、阶梯电价、全面预付费的营销业务策略的实施提供技术基础。

用电信息采集系统从物理结构上分为主站层、通信信道层、采集设备层3个层次，物理架构如图1所示。主站主要由营销系统服务器、前置采集服务器以及相关网络设备组成，负责采集数据的分析、处理及相关监视、报警等功能；通信信道是指系统主站与采集终端之间的远程通信信道，它是通信中主站与采集终端之间数据信息通路的一种形象比喻，它是连接主站与采集终端之间的信息桥梁；采集设备是对各信息采集点用电信息采集的设备，简称采集终端，可以实现对电能表数据的采集、管理、双向传输以及转发或执行控制命令的设备。采集终端按应用场所分为专变采集终端、低压集中抄表终端、分布式能源监控终端等类型。

1 负荷控制用户采集成功率现状

图1 用电信息采集系统物理架构图

海城地区容量在100 kVA及以上并采取高供高计计量方式的用户统一安装负荷控制(简称负控)采集终端，目前安装1 650台负控终端，由于部分用户暂停或暂减容，实际运行负控终端1 005台。通信信道以230 MHz无线专网信道为主，以GPRS无线公网信道为辅。无线专网采用传统的宏蜂窝组网方式，建有海城主站、微波站、腾鳌、牌楼、英落共5个无线基站,通信频率采用国家无线电管理委员会批准的3对频点，微波站、腾鳌中继站各用1对频点，主站与牌楼、英落中继站3个基站共用1对频点。自从2014年底原电力负荷管理系统彻底停运，用电信息采集系统全面上线运行以来，系统采集成功率只维持在72%左右，达不到辽宁省公司要求专变负控用户采集成功率为99%的指标,海城地区负控用户终端采集成功率如图2所示。

图2 2015年海城地区负控用户终端采集成功率

数据采集失败的终端主要集中在海城东部地区，该地区地处山区，山高林密，地形复杂，雾霾严重(冶炼矿区)，无线电波传播环境恶劣，在1993年组建负控系统以后，为提高东部山区的通信成功率，建立了牌楼、英落中继站，频点与主站频点相同。2000年以后，该地区采矿业及冶炼企业发展迅猛，PM2.5指数超过200，受雾霾空气中水汽凝聚物与霾粒子混合物的影响，经常造成地区通信信号忽强忽弱。由于原负控系统中，要求冻结数据很少，各个信道巡测时间短暂，巡测时间设定不同，发生干扰的几率小，尚未对通信成功率造成严重影响，但采集终端切入信息采集系统后，所有终端抄表数据、电量数据、电压、电流曲线等海量数据需要采集、冻结，每个信道都要全天巡测、补测，在环境及同频点信道的干扰下，导致中继站260台负控用户终端无法正常通信，严重影响了海城地区用电信息采集系统的采集成功率。因此如何应用目前的网络技术，减少牌楼、英落中继站环境及同频干扰问题，是提高用电信息采集系统采集成功率的关键问题。

2 无线网桥在海城地区中继站组网中的应用

2.1无线网桥技术

无线网桥[4]是1个局域网与另1个局域网之间建立连接的桥梁，属于数据链路层的一种设备，为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现不同网段的以太网互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50 km)、高速(可达11 Mbps)无线组网。无线网桥有3种工作方式：点对点(PTP)、点对多点(PMP)和中继连接。根据协议不同，无线网桥又可以分为2.4 GHz频段的802.11b或802.11以及采用5.8 GHz频段的802.11a无线网桥。

无线网桥的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络距离，同时又有选择的将现有地址的信号从1个传输介质发送到另1个传输介质，并能有效地限制2个介质系统中无关紧要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥：本地网桥是指传输介质允许长度范围内互联网络的网桥；远程网桥是指连接的距离超过常规范围时使用的网桥。通过远程网桥互联的局域网将成为城域网或广域网。如果使用远程网桥则必须成对出现，海城地区应用了远程网桥。无线网桥采用直序扩频技术，工作在无需申请频点的5.8 GHz的频段下，采用低成本的电缆连接，安装简易，管理快速，与现有以太网络无缝连接,可确保最高的性价比。

无线网桥的工作原理如下：

发送端：用户终端的数据通过以太网接口进入室内单元，室内单元对基带信号进行调制扩频，将基带信号转换为中频信号，中频信号通过中频馈线传送到室外单元，室外单元将中频上信号变频，变成射频信号并放大，再通过天馈系统发送出去。

接收端：天馈系统将接收的射频信号送入室外单元，室外单元将射频信号下变频变成中频信号，中频信号通过中频馈线传送到室内单元，室内单元对中频信号进行解调解扩，把中频信号转换为基带信号通过以太网口传送给用户终端，工作原理如图3所示。

图3 无线网桥工作原理图

2.2无线网桥在海城地区中继站组网中的应用设计

通过对牌楼、英落2个中继站的现场勘察和实地测试，结合目前采集系统230 MHz巡测方式及无线网桥技术原理，应对其通信链路方式进行整改，并设计了无线网桥+串口服务器方式，如图4所示。实现海城主站与牌楼、英落2个中继站的通信链接。

图4 牌楼、英落中继站框图

前置机串口发送的命令通过串口服务器转换成以太网协议传送到交换机，交换机与网桥通过以太网接口与无线网桥(发送端)相连，数字信号通过无线网桥进行信号放大和调制扩频5.8 GHz射频信号,通过高增益天线发射出去,安装在中继站侧的无线网桥(接收端)通过天线进行接收，通过无线网桥进行降频解调后通过网线传输到中继站侧的交换机，与交换机连接的串口服务器将RJ45以太网通信协议转换成RS232接口协议，串口服务器通过RS232接口与原中继站控制分机串口相连,实现与原中继站通信网络的无缝连接。将命令通过无线电台和天线系统转发给安装在用户侧的负控终端。无线中继站工作原理如图5所示。

图5 无线中继站工作原理

牌楼中继站通信塔及英落中继站通信塔上在2000年组建中继站时安装2套负控天线，塔下机房安装负控通信机柜1套。在此基础上，考虑2个中继站与海城主站的直线距离超过25 km，选择非视距传输的无线网桥，分别安装在牌楼供电所和英落供电所牌楼至本地中继站之间，同时在2个供电所侧各申请了1个固定内网IP，保证系统运行的稳定性，在办公楼顶各安装网桥通信天线1套，天线方位与安装在中继站通信塔上的网桥天线相对应，实现供电所与中继站的无线连接。中继站侧的无线网桥通过串口服务器与通信控制器相连接，实现负控数据的无线传输。

2.3无线网桥应用效果

2015年10月中旬，牌楼、英落中继站采用无线网桥通信链路连接后，彻底排除了2个中继站与主站同频干扰无法接入采集系统的难题，解决了东部山区260台采集终端与主站的通信问题，使得海城地区专变负控终端采集成功率提高到99.8%以上，如图6所示。