电力计量自动化现场无线通信检测装置设计

王长海

【摘 要】随着电力计量自动化的发展，需要设计一套能够评估微功率无线通信模块的协议，确保不同模块之间能够互联互通。通过分析设计的装置，并且与协议标准及空中报文进行比较分析，对通信协议的一致性进行评估。对不同模块之间的通信成功率进行测试，可以对模考的互联互通性进行评估。此次研究主要是围绕电力计量自动化现场无线通信检测装置设计展开讨论，，希望能够对相关人员起到参考性价值。

【关键词】电力计量;自动化;无线通信;检测装置

微功率无线通信采用无线传感器网络进行通信，相比于载波通信方式来说，微功率通信技术便于安装和维护，且不会受到高强度杂波影响，所以在无线抄表、安防以及测控等领域得以广泛应用。需要注意的是，微功率无线通信技术在应用期间还存在诸多问题，例如通信协议不一致、通信失败率高以及混合组网慢等。现阶段，用电采集系统主要是对抗电磁干扰能力和电表计量误差进行检测，很少研究通信性能测试和评估问题。因此需要研发出微功率无线通信检测装置，分析和研究通讯协议一致性、无线装置互通互联问题。

1、系统设计

该检测装置包括供电单元、显示单元、报文分析单元以及射频接受单元等，其中，射频接收单元主要是对无线模块、接收集抄现场、集中器通信的空中报文进行接收。且显示单元与报文分析单元之间、报文单元与射频接收单元之间的数据通信均采用串行外设接口实现，供电单元能够将稳定电压提供给显示单元、报文分析单元和射频接收单元。

2、硬件设计

2.1报文分析单元

该检测装置能够应用到智能电网无线性能检测中，因此主控芯片必须具备丰富的外设资源、片内资源、处理能力以及开发环境等，且满足低功耗和大存储容量要求。按照系统设计的要求，主控制板采用半导体芯片，工作效率比较高，且内含丰富端口、闪存器以及片内外设，可以满足低功耗应用要求。

为了加强固件升级、参数存储以及数据存储功能要求，需要确保片上容量为512KB，且利用SPI接口扩展存储芯片。其次，还应当分析芯片上的随机存取存储器，利用可变静态存储器扩展8M字节，且数据宽度为16位的芯片。

2.2无线射频接收单元

该组件的核心在于射频收发芯片，在芯片当中包含可编程寄存器，内部包括压控震荡机、低噪声放大器，功率放大器以及调制节调电路等模块。按照无线通信系统的检测装置的设计要求，需要将芯片配置在外围控制电路中，配置内容主要包括工作信达道，接收模式、接收灵敏度以及传输速率，必须合理选择工作信道，当无线射频接收单元和电表位于同一信道时，才可以收集数据。射频接收单元运行过程中，会筛选和放大空中无线信号，并且将其转变为数字信号，传输到报文分析单元。

2.3数据采集单元

通过应用全自动流程技术能够有效减少数据采集工作量，显著提升工作效率。然而，若系统在实施远程计量时出现故障问题，会相应增加电力计量人员的任务量。所以必须全面提升抄表采集成功率，缩小覆盖率，这样才能够避免发生该类问题。在此期间，还应当持续加强计量流程自动化水平，确保不同流程均可以实现管理模式自动化。

3、软件设计

3.1检测指标

微功率无线通信的优势在于，具备稳定的网络状况，较高的通信可靠性。但是在应用过程中也会出现较多不足和弊端，在同频干扰下，射频性能指标超限制，通信效果不佳以及通信一致性较低档。所以需要检测通信设备之间的通信状况，分析和研究不同为功率通信设备之间的互联互通性，保证通信设备之间，具备高效可靠的网络组织。

3.2检测方法

在测试协议一致性时，必须解读和校验空中报文的网络层、物理层和应用层，且不同层所包含的报文内容类型比较多，均需要一一进行解析测试。例如“数据转发”报文，物理层为数据白化处理，确保数据无线传输期间维持“0”与“1”数量相等，使载波频率巷稳定锁相，且运行效果良好。然而数据传输不满足此项特征，可能会包含多个“0”或者“1”。所以在进行白化处理时可以应用伪随机编码。首先按照位做“异或”运算待发送用户数据和伪随机数据。白化译码如下：接收方应用相同伪随机编码进行“异或”运算，能够对原始数据进行还原。且數据白化编码不会导致数据量增加。在解析基带信号时，需要按照物理层—网络层—应用层顺序进行，之后按照不同层校验字段是否满足通信协议要求。

检测交互成功率方法如下：若报文分析结果为主动帧时，则需要将主动帧插入到时间戳队列，等待从站应答帧，并且累加交互数。若报文分析结果为从占应答帧时，则需要将该帧时间戳与时间戳队列的队首时间戳作差，出现一次队列。当差值小于应答时间限制时，则确定交互成功次数累加。直至完成统计分析，终止统计过程，并且对成功率进行计算。

4、实际测试

4.1空中协议一致性测试

空中报文中数据包含信息如下：频道号为0，场强为28，属于信标帧，帧序号为0，网络号为0xFFFF，目的地址为FF FF FF FF FF FF，源地址为92 30 75 01 00 00。属于网络层的数据帧，不存在路由信息和扩展信息，网络层目的地址为88 02，源地址为00 51，帧序号为0，半径为15。从实际结果能够看出，与分析结果一致。

空中报文2所包含信息如下：频道号为13，场强为28，属于信标帧，帧序号为76，网络号为45 12，目的地址为93 66 39 01 00 00，源地址为92 03 75 01 00 00。属于网络层的数据帧，路由信息信息为93 66 39 01 00 00，扩展信息为90 30 75 01 00 00，网络层目的地址为66 55 44 33 22 11，源地址为92 30 75 01 00 00，帧序号为4，半径为2，中继点数和索引分别为1、1;从实际结果能够看出，与分析结果一致。

从上述测试结果能够看出，协议程序与理论分析运行结果一致，能够表明文章微功率无线通信性能检测装置，可以对协议一致性功能、定位错误功能进行分析。

4.2交互成功率测试

分析统计结果如下所示：读数据主站请求数为77，从站正确应答数为74，成功率为96.10%;写数据主站请求数为11，从站正确应答数为10，成功率为90.91%;读通信地址主站请求数为33，从站正确应答数为33，成功率为100%;写通信地址主站请求数为23，从站正确应答数为23，成功率为100%;冻结命令主站请求数为21，从站正确应答数为19，成功率为90.48%。

5、结束语

综上所述，此次所研发的装置应用模块化设计，满足通信单元互通互换需求测试，在进行实际测试后，能够验证装置的现场检测的可靠性和正确性，值得推广应用。

【参考文献】

[1]田丹.电力系统运行中的电气工程自动化技术应用研究[J].价值工程，2018，37（33）：231-232.

[2]李丽璇.电能计量自动化系统在电力计量装置异常中的应用[J].科学技术创新，2018，25（17）：175-176.