基于电力载波-微功率无线双模通信网络技术的研究

基于电力载波-微功率无线双模通信网络技术的研究

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（1.国网北京朝阳供电公司北京朝阳100006；2.成都博高信息技术股份有限公司四川成都610045）

摘要：为解决电力线通信因受阻抗随机、信号衰弱和噪声干扰而通信距离和可靠性受到一定影响的弊端，文章提出了一种集低压电力线通信与无线传输相结合的通信系统，将无线通信技术融入距离受限的电力通信系统，发挥各自的通信优势，使信号在通信过程中更好地传输。本文基于电力载波-微功率无线双模通信网络技术的研究，主要是对用电信息采集系统网络通信方式的研究,对低压电力载波通信技术，微功率无线通信技术进行了整合，将两种技术融合到一个通信模块中，从而为一个台变下两种通信方式并存，互为补充提供了技术可行性。

关键词：电力线载波;微功率无线;双模通信;干扰;

随着电力供网的发展，电力线覆盖面积越来越宽广，如何充分利用现有供电网络资源，在电力线上实现可靠的信息传输，正逐步引起人们广泛关注和研究。

电力线载波通信是以电力线网络作为传输信道的一种通信方式，而低压电力线通信以其网络覆盖范围广、接入便利等特点，成为新技术，具有广阔的应用前景。但与其他通信技术相比，电力线通信也具有噪声干扰大、频率选择性衰弱等缺点。为了解决这些问题，该系统利用现有的电力传输网络与无线通信技术对用电设备中电量参数进行采集、监测、配套的上位机软件将实时对系统采集到的数据进行实时分析、存储，使通信信号覆盖面更广、传输成本更低，对相关信号、数据的监测性、可靠性更高。

1总体设计方案

由于单一的电力线载波信号具有不可避免的衰减大、干扰强的缺点，因此我们采用电力线载波与无线通信组合网络的设计。整体上看，我们主要设计电力线载波模块与无线模块的通信接口以及无线模块与上位机的通信接口，对远程在线监控系统及其通信的组成原理和结构进行研究，以及研究和设计适用于线型链路结构下数据传输的通信协议，并对该通信协议的结构和设计进行优化，使其能够满足系统通信的设计要求。

目前建立无线及电力线混合通信网络更多的是在现有的通信产品中选取适用的设备，搭建混合通信网络主要考虑及解决的问题如下。

（1）融合点通信技术的接口。融合点涉及数据的交互，必须有统一的接口。目前主要的形式是以太网口、串行接口，对于特殊应用可考虑总线接口等方式。

（2）无线网通信稳定性问题。无线网通信虽然能够解决建筑物复杂结构布线难的问题，但其自身稳定性也是一个需要考虑的重要因素。特别是在电力系统设备中，信号的稳定性关系到安全问题。

（3）多种通信模式组网，信号的相互干扰问题。

2项目基于电力载波-微功率无线双模通信网络技术的研究

本项目基于电力载波-微功率无线双模通信网络技术的研究，主要是对用电信息采集系统网络通信方式的研究,对低压电力载波通信技术，微功率无线通信技术进行了整合，将两种技术融合到一个通信模块中，从而为一个台变下两种通信方式并存，互为补充提供了技术可行性。

3、项目主要研究开发内容、技术关键、技术路线、创新性

3.1、主要研究开发内容

项目主要是对用电信息采集系统网络通信方式的研究,以“载波为主、无线为桥”的模式，整合低压电力载波、微功率无线通信技术，将两种技术融合到一个通信模块中，为一个台变下两种通信方式并存，互为补充提供了技术可行性，从而解决单一通信网络采集成功率提升困难台区的现场实际问题。

3.2、技术关键

双模通信系统采用双通道方式接收发送数据。它的载波通道数据接收采用查询方式，而无线通道的数据接收采用中断接收方式。当任一通道收到数据后，双模通信模块对数据进行格式验证，和校验，帧类型分析等工作。如果有数据发向本设备则根据命令获取相应的应答数据并分别采用两个通道以原路径回传数据，如果数据目标不是本设备，则采用无线和载波两个通道分别向外转发该数据帧格式，并进入接收状态，等待下一次数据到来。

载波数据发送过程是首先通过通讯接口接收到命令数据，然后主控MCU进行数据解析，并将数据采用FSK的方式调制成载波信号，在过零同步电路的配合下输出到功率放大器，经过功率放大器以后信号传入耦合变压器，经耦合变压器耦合到市电网络。

载波数据接收过程是市电网络的载波信号通过耦合变压器耦合到窄带滤波器前端，窄带滤波器滤波以后信号经过低噪声放大送入解调电路，解调后的信号由主控MCU在过零同步电路的同步配合下进行ADC采样，并转换为系统可以识别的数据报文，最后将报文信息由通讯接口返回给源设备.

3.3、技术路线

本项目的选定，主要是根据市场发展战略方向，由技术中心人员收集市场信息，以市场需求为向导，并根据行业发展趋势，行业技术发展趋势，提出研发项目立项建议，由技术中心项目评审委员会从产业政策、技术和市场的角度进行分析、评估，审定项目的可行性。由项目研发小组确定技术方案，制定工作计划，并负责具体实施。项目研发结束后，由技项目评审委员会对项目研发成果进行评估和鉴定，提出项目成果产业化和应用推广的审定意见，项目成果进入产业化实施。

第一阶段：认真进行行业需求分析研究，整理用户与市场需求。针对已掌握的电力集抄系统进行考察，了解他们的系统使用情况、问题、售后服务等情况，了解最新的发展趋势、技术。根据了解的情况，确定本次实施的目标。

第二阶段：结合硬件设备制定技术方案并进行软件功能的框架性设计，并完成在实验室相关的功能测试以及现场功能测试。

第三阶段：生产制造并进行小批量试用。生产流程严格按照质量管理体系要求进行，产品规格完全符合国家行业标准要求。在将产品送到相关部门检测后，开始小批量投入使用，收集使用信息。

第四阶段：全面验收，进行市场推广。本阶段在对已投入运行的小批量产品实施验收后，按照已经制定好的市场推广方案、总体实施方案、总体施工计划分步执行，完成产品的最终投运。

3.4创新性

（1）改进型自动寻址技术，有效提高通信的成功率

在电力线载波和微功率无线自动寻址技术基础上,将蚁群优化算法和泛洪原理相结合,研发出一种新的多节点智能路由方法。根据节点间的电气距离和物理距离,结合当前信道上的信号冲突状况，动态地建立和维护各通讯节点中继路由,提高通信的成功率。

（2）采用电力载波、微功率无线双模通信技术，提升网络扩展性

在一个通信模块上集成了电力载波通信以及微功率无线通信技术，同时支持两种独立信道的数据传输，为现场实施双模通信网络的建立奠定了基础，也使网络的扩展性和兼容性得到很大的提升。

（3）混合组网技术，建立更加稳定可靠的通信网络

通过电力载波、微功率无线双模通信技术的集成创新，结合电力载波、微功率无线通信网络的不同特点，成功实现了两种通信网络的相互数据传输，两种不同信道网络的有机融合，有效弥补了单一信道网络在实际应用中的不足，建立了更加稳定可靠的通信网络，使得通信网络对不同复杂通信环境的适应性得到了很好的提升。

4、预期成果

本项目相关技术产品将申请实用新型专利，技术将会转化为我公司双模模块等产品投入生产。该系统利用现有的电力传输网络与无线通信技术对用电设备中电量参数进行采集、监测、配套的上位机软件将实时对系统采集到的数据进行实时分析、存储，使通信信号覆盖面更广、传输成本更低，对相关信号、数据的监测性、可靠性更高。

参考文献

[1]微功率无线和载波双通道抄表系统的实用化研究[J].刘志宏.价值工程.2015(10)

[2]基于电力线载波与无线网络结合的通讯技术在用电信息采集系统的应用研究[J].张银昌.新疆电力技术.2015(01)