电力载波通信技术在能源数据采集系统中的应用

陈雷 胡洋 石立国 刘昱均

（国网山东省电力公司青岛供电公司 山东省青岛市 266000）

当前，分布式能源结构在市场内的应用已十分广泛，综合现如今的市场发展趋势可知，分布式能源在未来数年内将得到大规模应用[1]。相比常规的能源结构，此种分布式能源结构可以实现对能源的综合使用，因此在经济市场内，受到了社会多个行业的关注。为了解决企业生产与行业发展中的耗能问题、实现对能源的高效率利用，应当将能源数据的前端获取与针对性采集作为前期工作的初衷[2]。而无论任何一类与能源管控相关的工作，其前提作业任务均为能源数据的采集，因此，可以认为与能源相关的数据是能源管控的基础支撑，通过对比供应端能源数据与需求端能源数据，能够更加精准的实现对供能体系的整体协调，从而达到能源供需平衡的目的，进而促进能源发展中的节能增效。当前能源企业最常用的能源数据采集方式是利用计量仪人工对数据进行采集和上传，这种采集方式已经无法满足当前智能化能源建设的发展需要，并且在应用中存在数据采集精度低、采集效率低等问题，严重影响着能源数据管控的质量和水平。基于此，本文在集合电力载波通信技术的基础上，针对上述能源数据采集过程中存在的诸多问题，开展对其数据采集系统的设计研究。

1 系统硬件设计

根据能源采集需要，将采集系统划分为无线采集和有线采集两种运行方式，并构建如图1所示的采集系统硬件结构。

结合图1所示内容，对采集系统的数据服务器进行选型。本文选用NF8480M5型号数据库虚拟化服务器作为本文系统中的数据库服务器，该型号服务器内包含了两块600GB SAS硬盘，可针对海浪能源数据对其进行存储。同时，该型号数据服务器内存为128GB，采用英特尔至强可扩展计算平台技术，能够针对用于能源数据处理的大型虚拟化应用程序提供良好的运行环境。除此之外，该型号数据服务器支持处理器内全互联技术，可实现本文采集系统的无线数据采集，并在极大程度上降低系统处理器内部通信延迟。在选择无线数据接收节点时，将JSD495-4410型号数据采集节点作为本文系统中的接收点，该节点能够将数据采集和控制执行融为一体，将其与数据采集管控中心的总线（D500）或无线子网（T270 RF网关）配套使用，能够实现对路由的串口连接扩展，达到自动、智能处理数据的目的和效果。

图1：基于电力载波通信技术的采集系统硬件组成

2 系统软件设计

2.1 基于电力载波通信技术的数据传输通信协议设计

在对本文系统数据传输通信协议设计时，引入电力载波通信技术[3]。同时，为了确保达到更高的通信成功率，选用电力载波通信当中的485通信总线协议，将该协议作为外部控制采集系统终端和数据集成设备之间的传输协议。通过RS232串口和数据集成设备的传输按照485通信总线协议格式书写。在对能源数据进行传输的过程中，在数据传输端进行字符间隔的停顿。当第一个地址域接收到传输的能源数据时，需要设备对每个字节进行解码，对照解码结果，进行发送地址的对照。一个典型的能源数据传输格式应当包括：地址、功能代码、数据数量、具体数据、CRC高字节和CRC低字节。在此基础上，利用Modbus协议方案，对数据进行重新修改，并得到如表1所示的数据传输通信协议格式。

表1：能源数据传输通信协议格式

按照上述能源数据传输通信协议格式对需要进行传输的数据传输编码进行编写，并在485通信总线协议中完成传输。

2.2 能源数据采集时序及转换设计

在利用本文采集系统对能源数据进行采集时，通信信号可以通过耦合、滤波限幅电路选择中心频率的扩频信号，再通过SIGIN引脚将信号传输到载波芯片当中对信号进行解扩处理，具体流程如图2所示。

图2：信号解扩处理流程

在此过程中，需要先进行数据的无线获取，将完成获取的数据通过载波通信技术进行系统上传处理。其次，在完成对数据的采集后，为了确保所有数据的格式统一，通过将系统与CPU端口连接的单总线DS163B46数字能源计量装置实现。完成转换后，经过数据校验，确定读取数据为正确数据后，将经过第一和第二个读出的字节计算实际能源参数，并将具体数据发送到系统的数据集中器当中，以此实现对能源数据的采集。

3 实验应用分析

结合本文上述论述，完成对本文系统的理论层面设计，为了验证该系统在实际应用环境中的效果，将其引入到某能源企业的控制中心当中。选择将采集系统的数据通信状态作为评价指标，通过对其通信成功率计算并记录，反映系统在运行过程中的通信效果。选择1～10号能源运行工作站，对能源传输过程中的温度数据进行采集，并记录每组数据的具体发送次数、CRC失败次数以及通信无响应次数，并计算得出其通信成功率。实验过程中，设置采集系统运行间隔时间为5s。通信成功率的计算公式为：通信成功率=（发送次数-CRC失败次数）/发送次数×100%。按照上述实验操作，并在采集系统完成运行后将数据结果进行记录，如表2所示。

表2：采集系统通信状态实验结果

从表2得出的实验结果可以看出，每个工作站对能源温度数据进行传输的过程中，发送次数均为4次或5次，并且没有出现CEC失败和数据采集系统无响应的问题产生。并且通过上述通信成功率计算得出，其通信成功率均为100%。因此，通过上述实验进一步证明，本文提出的能源数据采集设备在实际应用中能够实现对能源数据的百分百通信，同时也证明了电力载波通信技术在该系统当中的应用作用。除此之外，利用该采集系统能够针对电力线信道通信环境更加恶劣的情况下，对能源数据进行采集、通信和传输，为能源管控提供更加可靠的数据依据和保障。

4 结束语

本文通过上述论述，针对电力载波通信在采集系统当中的应用进行探究，并结合应用实验的方式证明了引入该技术后的数据采集系统能够达到100%的通信成功率，解决了传统采集系统在运行过程中，由于受到周围环境等众多因素干扰，导致系统在运行过程中无响应和传输失败的问题。但由于研究能力有限，本文在对采集系统进行应用实验时，只针对能源温度这一类型数据的采集、传输效果进行探究，并未针对其他相关数据类型进行验证。因此，在后续的研究中还将针对更多类型的能源数据，对其进行采集和传输，并结合实际应用效果，实现对本文采集系统的进一步优化。