以太网复用技术在电力通信数据采集中的应用

2019-11-15邵淦任赟俞佳捷

电子技术与软件工程 2019年19期

文/邵淦任赟俞佳捷

在配电网中，涉及到的业务类型更多，所需要采集和传输的业务也较多。以太网复用技术能够兼容传输多种不同类型的业务数据，在电力通信数据采集方面能够发挥重要的作用。通过采用以太网复用技术构建的无线通信数据网络，能够作为电网有线通信网络的补充和延伸，可以根据实际的应用需求加以采用。

1 电力通信中常采用的技术

1.1 载波通信

在电网早期的通信网络中，广泛采用的是载波通信技术，这种通信方式的系统成本较低，并且较为实用。随着通信技术的发展，目前在电力行业中，已经广泛采用光纤网络通信的方式，提高了网络通信系统的可靠性，也为提高电力生产的效率发挥了重要的作用。载波通信技术可以用在家居智能控制、家庭安防等方面，在电力行业中已经很少使用。从技术上讲，PLC是将数据信号调制到一定的载波频率上，信号再经过电力线实现传输。载波通信技术的缺点也十分明显，如碰到下雨打雷等恶劣天气时，则通信系统面临着较大的挑战，常会出现数据中断的情况，传输不稳定。

1.2 以太网通信

以太网通信应用十分广泛，目前以太网通信在电力行业中可以实现用电信息的采集及传输，在配电自动化系统中也采用了以太网通信技术。230MHz电力无线通信系统是电力通信数据网的重要组成，对实现电网在用电侧的信息业务采集方面发挥了重要的作用。以太网通信技术在进行数据传输和交换的过程中，一般是将数据组成帧的格式，以数据帧作为传输单位在网络中进行传输，这样也能够提高数据传输的可靠性。以太网通信技术的传输速率较高，并具有便捷及抗干扰强等优点，已经成为最主流的通讯方式。

1.3 常用的通信协议

图1：以太网复用技术的组网方式

通信网络中不同的业务之间要实现数据信息的传输和互通，需要使用相应的通信协议，如101、102、104等通信规约，不同的通信规约可以运用在不同的通信场合中。101通信规约主要是以专用的方式进行远动通信，102通信规约是用于电能量信息采集的通信规约，104通信规约是基于网络通信的方式进行网络通信。在以太网复用通信技术中，也需要采用相对应的通信协议，保证正常的通信功能。

2 以太网复用技术

2.1 以太网复用技术概述

以太网复用技术可以采用230MHz频段构建电力无线通信数据网络，该网络能够覆盖的范围较广，运行的可靠性也较高，并且所采用的无线数据传输终端也符合国网的规定要求。通过以太网复用技术构建的无线网络是一个通信整体，在构建网络的时候应该整体考虑，不同层级的通信数据网络在规划的思路和所采用的技术方面应该保持一致，并具有较好的兼容性，满足多种不同业务类型的终端接入，这样在对网络进行管理的时候也较为方便。测试峰值速率满足设计指标，在实际的电网应用中也符合相关的要求。

以太网复用技术在网络构架中，主要是通过以下部分组成：

（1）无线终端，LTE230系统的无线终端模块需要与电网中所采用的终端进行互联，这样才能实现通信，应具备较好的互操作性。

（2）无线基站，由于电力系统中的变电站的地理位置相差很大，有的站之间的距离相隔很远，各个不同的变电站需要通过网络通信实现数据的传输和共享，LTE230系统的无线基站应能够满足多路不同的业务用户接入，每个基站都应尽可能大地容纳电力用户数据的接入。

（3）无线核心网，该网络可以与主站网络系统进行通信，是网络数据传输的主干道，各类数据都可以进行传输。

（4）网管系统，LTE230系统的网络管理单元，负责对网络设备进行集中统一监控，当设备出现问题时，可以及时解决故障，起到智能化设备运维的作用。网络设备接入到网络管理系统，前提是要求该网络设备能够实现管理，具备远程管理的功能。

2.2 以太网复用技术的实现原理

2.3 以太网复用技术的组网方式

LTE 230系统工作频段为230MHz，频率低，传播损耗小，覆盖距离远；在树木遮挡、楼宇遮挡、室内、雨天、雾天等复杂环境下，TD-LTE 230系统都具有良好的覆盖能力。在吞吐量的性能方面，具有以下特点：

（1）具有高频谱效率，充分利用带宽；

（2）峰值2.44bps/Hz，较传统数传电台提高3.18倍；

（3）这种通信网络的传输速率较高，可以满足配用电网业务需求；

（4）理论峰值速率达1.76Mbps，实验室

网络要实现通信，需要按照一定的通信协议要求，将各个网络设备进行组网，以太网复用技术可实现一种基于LTE 230M的无线接入终端，该终端具有多业务接入功能，并可以实现WLAN无线局域网的二级无线覆盖，其中以太网复用技术的组网方式如图1所示。

从图1中的以太网复用技术的组网方式可知，该网络涵盖一级无线覆盖和二级无线覆盖。在一级无线覆盖中，基站控制器的核心网单元通过基站天线将数据转发到二级无线覆盖中。在二级无线覆盖中，通过LTE230M无线终端将数据转发到RTU终端上。在无线专网的实际运行中，可以注意避免与其他行业中的信号产生干扰，实现网络的专用功能。在电网建设的时期，应该考虑到各类通信资源的整合，优化通信网络系统的整体结构，提高通信网运行效率。

3 以太网复用技术在电力通信数据采集中的应用

根据电网的运用需求和电网通信今后的发展方向，无线接入主要运用于智能电表台区集中点的数据采集，以及设备运行状态监测节点的数据采集和控制数据的发送。在这些数据采集场合中，涉及的接入接口种类有以太网（含有线和无线）、RS232、RS485等，其中在电能量数据采集中一般采用的是RS485线进行采集。

3.1 智能电表台区数据采集

目前在电力系统中已经广泛采用智能电表，实现用电数据信息的采集，并且通过无线数据网进行传输。

LTE通信模块能够实现用电信息数据的可靠采集和传输，并具备远程通信和远程登录管理的功能。在构建无线通信网络的时候采用以太网复用技术，具有考虑到网络布局灵活、安装简单、运营和维护成本低等特点，故在智能电表台区数据采集中能够得到广泛的应用。

3.2 设备运行状态数据采集

电网在运行过程中的电气设备运行状态，需要进行管控，当发现电气设备存在异常运行的情况时，可以及时掌握，并采用措施加以解决，可以通过无线终端实现信息的采集。电力行业和其他行业相比，具有一定的特点，在无线通信终端的设计和选择使用方面，应该与行业特点进行结合，实现业务数据的可靠采集。通过采集电气设备的运行状态数据，能够为电网设备的安全可靠运行提供相应的保证。

3.3 控制数据的发送

电网设备在运行的过程中，需要对电网设备进行控制，控制数据的下发及上传是通过数据网进行传输。通过以太网复用技术构建的无线通信数据网，可以实现电网中控制数据的发送，在硬件中也应具有相应的控制模块，实现相应的控制功能。当主站发送出控制数据之后，也需要无线通信终端加以执行，并能够可靠返回相应的执行结果，从而完成整个控制的过程。