电力无线用电信息采集通信系统研究范文

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【摘要】近年来，电力用户没有有效的手段来使用电信。因此，在本研究中，构建了基于频率扩展技术的无线信息采集系统。系统采用扩频技术，可以分割传统基站和射频单元，设计两个单元的模块结构。研究了该系统的结构特点并详细阐述了射频拉远技术电力无线专网通信的优势，为了解决最后1km的问题，实现了功耗信息收集和专用网络覆盖目标。

【关键词】电力无线专网；用电信息采集；通信系统

长期以来，有关部门在进行电力新采购过程中，由于缺乏有效的手段导致运用光纤通信技术时花费成本较高，覆盖面窄，而使用电力线载波和微功耗无线时抄收率低，无法保证其可靠性。而利用无线带宽需要向管委会申请，且存在一定难度。因此很多地区只能采用无线公网的方式实现信息采集，但利用无线公网方式需要支出较大费用，而且很难保证信息安全性和可靠性，无法满足信息化背景下的智能用电需求。近年来，基于光载无线思想以及分布式基站等在移动运营过程中取得广泛应用。分布式基站是将计算设备的射频和基站单元进行分离，前者能够实现远端分布配置使无线信号分布覆盖。分布式基站核心实际上就是运用射频拉远技术，在当前无基站前提下进行改善，能够用射频拉远技术进一步实现无线基站的分布化特点，提高信号的覆盖率，能够更为广泛地开展用电信息采集工作。

1频射拉远技术

频射拉远实际上是利用软件无线电的采集技术，能够将基站单元所产生的信号以数字化的方式展现，通过远端的光纤，远程RF信号用于放大信号，从而实现信号的无线覆盖。其具体原理如图1所示。当发送信号时，基带信号可以通过滤波器，将上变频转换为中频信号，然后通过A/D接口将其转换为数字信号。信号处理单元完成信号的纠错，组帧等操作并转为数据流，通过光端机传到云端。如果使用以太网分组格式的数据流，则可以使用EPON中心局设备将OLT传送到远端，并且远程光收发器设备接收该信号。处理单元可以执行数据流的纠错，转换和减少为数字信号。在转换之后，信号恢复为中频信号，并且通过上转换形成RF信号，并且进一步放大信号，并且在滤波之后发送RF信号。在信号接收时与上述过程相反，当接收到射频信号之后通过滤波进行前置放大，在经过向下转换到中频信号之后，它是通过A/D接口的数字信号，并且信号校正单元执行信号纠错。成帧被转换为数据流并通过光学收发器传输到中心局位置。对于以太包格式的数据流来说可通过EPON设备ONU传输到局端，而局端的光端机OLT接受之后能够通过数据处理单元将数据流进行转换，将纠错转换为数字信号，然后恢复为中频信号，将其下变频为基带信号，完成整个信号接收过程。无线电远程技术原理可以发现射频远程分离基站设备的射频和基带单元。该装置可以有效地减小装置占用的体积，射频和基站单元可以通过光纤网络使用光纤信号完成射频单元的分布式布置。实现盲区覆盖，可扩大无线使用范围，射频单元在被光纤拉开后更接近覆盖表面。因此，对天线的使用要求能够显著降低。

2系统方案设计

在基带单元的设计过程中，基站分离后，室内单元为基带单元，单元由系统上下接口模块，控制管理模块，电源和其中控制管理模块能够用于数据交换，多级控制，网络管理，信号处理模块，能够对信号进行实时处理，包括多种形式转换。过滤后的上行接口用于基带单元的对象接口和协议解析，包括本地调试，远程调试，多路以太网接口，下行接口可以用于基带单元的物理接口和协议解析，包括以太网接口和光接口，电源和防雷模块，能够提供多级电源，实现电磁干扰滤波等功能，使外部时钟源能够提供其他单元所需的基准时钟，它是一个独立的时钟源，也可以为变电站时钟同步网络提供参考时钟。对于无线电单元，在基站分离之后，远程设备的无线电单元由数据接口，控制和信号处理模块控制。电源等模块共同构成，其中射频单元中的控制管理模块用于警告信息采集，升级，控制测试等。数据接口能够实现数据导变换和解析，包括本地远程调试光纤接口，以太接口。信号处理模块包括接收和发送信道，其中发送信道可以将数字信号转换为射频信号，包括DA转换，变频转换，而接受通道能够用于射频信号的接收，经过处理后转为数字信号，包括AD转换，该滤波器能够抑制由其自身发射的带外杂散并抑制带外干扰信号的接收。电源模块可为射频单元提供所需的多级电源，进一步实现滤波和电源报警等功能。从整体设计的角度来看，该信息收集系统由电力信息收集站，通信系统和终端组成。其中通信系统由接入网和骨干传输网构成，骨干传输网是指35kV以上的输电线通信网络，实现光纤全面覆盖，采用SDH等通信技术，而接入网是针对35kV以下的通信网络，这种线路相对来说条件复杂，难以实现光纤的全覆盖，并且需要多种通信模式。射频远程通信系统可用于解决接入网通信问题，射频远程通信系统由射频，基站单元和无线终端组成。基站经过分离后，这种分布式基站具备较高灵活性的组网方式和容量配置，其中一个基站单元能够存在多个射频单元，共同构建微蜂窝网络。根据电力线网络的特点，包括链网和星网，该结构主要用于多个10kV线路变电站的无线覆盖。基带单元位于变电站中，射频单元位于检测区域中。在星型组网模式中，在基带单元和收集器上的不同射频单元之间直接连接有多根光纤。扩容相对来说比较便捷，信号传输过程中环节较少，具有较高的线路可靠性，但其缺点是需要在基带和射频单元间需要通过多根纤芯进行连接。对于链形组网来说，主要用于10kV输电线路中多个台区进行监测，计算单元位于变电站，而射频单元位于监测区域，无线终端接入点为AP，通常作为标准模块集中在采集器和集中器。相对其他组网方式来说，链形组网方式基站单元与不同射频单元之间需要一根光纤进行连接，可以采用分光器逐级分光的方式，不需要占用太多的纤芯，能够用于多场景运用，但随分光级数增加，线路在传输过程中的可靠性越来越低，无论对于链形或者星形组网方式来说都需要与EPON光纤组网保持一致性，进行有效融合并进一步实现光纤的延伸性。在具体的选址过程中，对基带单元没有特殊要求，可以放置在通信机房内，为防雷措施提供电源。但是，一旦EPON中心局设备存在于机房中，基带单元需要与OLT放在同一屏幕上，以方便布线连接。在进行选址时，需要全面考虑功率信号覆盖。各种因素，如光纤线路，需要采取各种措施来提高，包括建造新的铁塔，使用现有的塔架建在原有的高层建筑上，主要是由于新建铁塔灵活性高，能够根据覆盖范围确定铁塔高度，但铁塔需要解决占地面积和电源供电问题，且不能与光缆线路偏离太远，否则将会导致较高的成本。在高层建筑进行增高架设施的成本较低，安装过程较为简便，如果建筑物高度达到最优覆盖范围时，但是，这种安装方案需要与业主协商解决土地占用和供电问题，并且还面临无法有效覆盖多点信息采集范围。需要考虑光纤连接的问题。总而言之，针对射频单元在选址时需要综合多种因素进行考虑，经过现场实际考察后确定最终的选举方案。

3小结

对于无线宽带通信技术来射，通常采用230MHz的电力负荷管理无线通信频段，目前电力行业有40个授权频点，无需向管委会进行频点的申请。作为低频频段来说具有较广的覆盖范围，因此相比其他无线通信技术来说，这种无线宽带通信技术更适用于用电信息采集中。基于射频拉远的通信技术，目前已经在很多地区实现了小规模试验，能够满足当前用电信息采集的实际要求，未来将需要进一步解决频射拉远技术，使其能够实现EPON通信的融合，最终实现用电信息采集全覆盖这一目标。

参考文献

[1]王黎冬，宋建军，张琨，等.基于电力无线专网的用电信息采集系统.

[2]陈晓科.TD-LTE230电力营销宽带无线专网系统设计研究[D].

[3]沈鑫，林大朋，曹敏，王学良，魏龄，吴群.基于不同方式的用电信息采集系统场景应用分析[C].2017年“电子技术应用”智能电网会议.

作者：谢霆 单位：国网湖南省电力公司邵阳供电分公司