提高采集终端信号强度的几种方法探析

2018-01-30作者郭庆俊谷世栋许文忠国网山东省电力公司成武县供电公司

电子制作 2017年16期

作者/郭庆俊、谷世栋、许文忠，国网山东省电力公司成武县供电公司

前言

电力系统是我国能源系统的重要组成部分，随着经济的发展，它在人们生活和生产中的作用日益重要。现在，用电信息采集终端已经得到了广泛的应用，采集终端信号的强度决定了电力企业在采集用户信息中的方便程度，决定了用电信息采集的智能程度和互动能力。

1.使用加长天线

众所周知，天线的长度对于信号强度具有影响，特别是对于山区，如果天线较短且安装位置较低就很难做到及时地采集终端信号。如在某城市，该城市的边缘为山区，具有人口密度小的特点，利用加长天线，并将其安装在进线杆塔的高处，大大提高了GPRS信号的接收效果。但这种方法具有耗资大，受限制程度大的特点，除了个别偏远山区外，该方法已经渐渐趋于淘汰。同时，也有部分企业采用电力光纤的手段，这种手段也能够提高采集终端的信号强度，让整个电路的通信质量提升，但是造价较高，且前期规划的难度较大。

2.安装GPRS信号放大器

以市区的高层楼房为例，其电源普遍安装在楼房整体建设完成之前，在楼房建设完成之后，如电能表箱、配电室等都是安装在地下的，而地下的信号普遍偏弱，而开发商的信号覆盖工作又是在住户入住之前完成，这对于采集终端的信号强度会造成影响，对此，可以安装GPRS信号放大器，并且在验收标准中增加采集终端信号的强度[1]。

同时，可以在系统中利用GPS标准时钟的功能，它的在于最高精度可以达到20ms，而且具有全方位的效果。如我国某市在装置系统中利用了GPS时钟模块GSU–36，通过这种技术，让时钟的日计时误差缩小在了0.01秒之内，且在短期的实践中，发现其稳定性好于±1×10–9。可谓是取得了良好的效果。后者在高速电力线载波技术中依然有着应用，但是前者的信号放大器在短时间内会起到作用，但随着时间的推移，设备的老化，或是人为的破坏，其效果会渐渐降低，只能说是“治标不治本”。

3.利用高速电力线载波技术

低压电力线窄带载波技术工作处于较3～500kHz的较低频率中，通常来讲，它获得的最高通信速率是1Mbps，而宽带载波技术采用的载波频率是1～30MHz，速率可以提升至1～200Mbps.利用高速电力线载波技术可以在通信模块与采集终端之间形成一条不可见的通信通道，把终端设备需要上报的数据利用电力线进行传输，且将接收的远程通信模块上报主站设置到信号较好的位置上，进而实现信号的加强。如在我国某地，利用此方法实现了采集终端信号强度的加强，其具体可分为三个模块，即串口转接模块、主模块和从模块。利用BFSK方式可以实现对电力线载波信号的调制，其数字信息的传送主要是利用载波的频率，这种技术实施起来较为方便，且对于资源的要求相对较低。而在此设计中，更应用了SPWM正弦脉宽调制技术，调制正弦波，载波为锯齿波或三角波，采集终端检测装置的程控电源为部分3000VA开关功放，利用SPWM正弦脉宽调制技术可以对其电流波形和电压进行适当得放大，进而让其可以调控波形频率、幅度和相位。

同时，该系统还运用了现场总线技术，利用CAN总线提高了采集终端信号的长度，利用CAN总线形成的单一网路可以挂接多个节点，这些挂接的节点数量需要考虑到网络硬件的特质，它的数据传输速率可以达到1Mbit/s，同时又具有一定的可靠性，大大方便了采集终端的实时控制。

考虑到安全因素，此系统利用了ESAM加密认证技术，装置内部通信的对称密钥算法为SM1算法，公开密钥的加密算法是非对称加密算法RSA。利用这种技术，可以实现信息的安全传输，且能够完成客户端和人员的双向认证[2]。

3.1 模块设计

在集中器的右侧安装串口转接模块，可以让其利用串口和集中器进行连接，其串口连接线为RS232，它可以将断口状态与集中器串口数据传输给从模块。而在基站信号较好的地方安装主模块，并且在主模块的对应插座上安装原先集中器的GPRS通信模块；在集中器侧面需要安装从模块，保证它和串口连接模块的连接，同时，让其可以把数据利用载波的方式传送给主模块。在主模块安装完成后，可以利用手机信号来判定基站信号的强度，一般情况下，3～4格式可以的，而在主模块需要从接线盒、表箱表尾等带有22V交流电源进行取电。在通电完成后，首先注意电源指示，在没有载波信号的时候，主模块左边的三个灯处于常亮的状态。

3.2 性能及效果

该地的载波频率为1.3MHz,传输方式为透明传输，这样可以对程序的设计予以最大程度的简化，且具有很好的适应性，同时，将原来集中器与GPRS模块串口速率作为波特率。其具体性能参数可见表1所示。

表 1 性能参数表

结合表1，可以对其各方面的使用技术及性能参数进行了解，进而结合具体应用的情况和效果可以完成分析。

所在该地的供电企业对10个地点进行了高速电力线载波信号加强试点工作，结果表明，这种高速电力线载波技术的方法具有更好的效果，即使是在信号较弱的地下室，也能够对采集终端信号予以提高，在2016年10月份，通过统计，发现月平均的在线率已经达到了99%。和无线中继方案进行比较，可以发现这种技术的信号抗干扰能力很强，且不需要那么多的维护工作，节省了人力和物力。在使用过程中，需要注意的有两点，一是电力线的信号衰减，主、从模块安装的距离应该予以控制，应在1000m之内，二是使用电力线传输信号的时候，应该保证安装和使用的是同一台区的同一相电源。