电力载波通信抄表集中器系统硬件设计.docx
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电力载波通信抄表集中器系统硬件设计
电力载波通信抄表集中器硬件设计
摘要
自动化是现代科学技术的产物,是电力企业与市场和社会发展接轨的直观体现,实现电气工程的自动化,对于电力企业核心价值及利益的实现具有重要意义。
文章对电气工程自动化的特点和意义进行阐述,并就自动化系统的应用现状进行简要说明,最终对未来发展的趋势进行分析,提出发展思考,期望以此对我国电力行业发展提供参考。
关键词:
电气工程自动化应用现状系统分析未来展望
目录
第一章绪论3
1.1电气工程及其自动化的特点3
1.2意义3
第二章应用现状4
2.1信息集成4
2.2系统语言4
2.3电网适用4
2.4综合自动化5
第三章电力线载波通信技术6
3.1低压电力线上输入阻抗及其变化6
3.2低压电力上高频信号的衰减及其变化6
3.3低压电力线传输干扰特性分析6
3.4扩频通信的特点7
第四章电力线载波远程抄表系统集中器的硬件设计8
4.1集中器的功能及技术指标8
4.2集中器主控器的设计8
第五章电力线载波通信电路设计11
5.1电力线载波抄表集中器的核心任务11
5.2载波通信芯片12
第六章未来展望14
6.1智能技术的发展14
6.2配电网自动化的完善14
6.3管理平台建设14
第七章总结15
参考文献16
第一章绪论
当前经济发展速度较快,社会生产和生活的节奏也在不断加快,各类以电力为能源的设备对于供电系统的要求不断提高,诸如生产企业、建筑企业等,大功率、长时间、变性大的用电为电力行业的日常管理和运营带来了前所未有的挑战。
新时期的供电企业必须考虑如何对自身的实际操作进行改进,大力发展信息化建设,才能应对社会发展下的各种需求,实现自身的当代价值。
据《中国电力配网自动化产业发展现状及十三五规划研究报告2016-2021年》反映,我国当前电力行业自动化水平较低,资金投入不足,自动化效果仍需提高,这就意味着当前电力行业的发展要想与世界接轨,就必须加大自动化研究和建设力度。
1.1电气工程及其自动化的特点
电气工程及其自动化的特点在于利用了先进的信息科学技术,对电力系统的控制实现了效率提升和成本节约,主要表现为:
①通过对控制方式的设计,研发了配套与电气设备运行相匹配的系统,提高了设备管理与运行的合理性,同时增强了配电网的可靠性及稳定性。
②通过自动化技术的支撑,实现了对电力设备的高效利用,而在适用自动化技术的过程中,对原来的配电网进行合理整改,选择一些节能、高效的新设备,减少了在电能传输时的耗损。
③通过设计和控制合理的电能参数,对符合进行控制,针对一些特殊情况可自动采取可变性的节电措施,同时减少了相应设备在配电网异常情况下的损坏几率。
1.2意义
我国现代经济的发展有着两个重要的特征,即工业化和产业化,大规模的集成化生产设备对能源要求较高,例如大型的流水线生产机械、工程施工中的各类设备等,可见电力能源关系到社会基础经济与建设。
在信息技术革命时代,倡导和重视电气工程自动化发展,实现电力生产与运营的自动化监管,促进各项设备高效运行,是电力企业与时俱进的表现,也是对电力企业核心竞争力的一种强化。
可以说,电气工程及其自动化的使用水平,是电力企业现代化的一种标志,对于电气走出传统迈向全面工业化有着重要意义。
第二章应用现状
现代电气自动化主要采用集成——分管的方式,一定程度上实现了电力企业的信息化管理。
在控制方面,通过总控制系统对子系统及相关设备进行动态监控和管理,通过匹配实时信息与预设目标实现自动调控,促进了系统资源的有效配置,针对一些其他复杂的需求,能够以软硬件系统调整的方式进行体现出不同的功能。
在系统结构方面,采用通用化的设计,将企业管理系统与设备管理进行连接,实现了高效通讯,提高了企业管理的效能。
主要适用的技术与系统如下:
2.1信息集成
信息集成技术是电力系统控制主要使用的技术,该技术具有较强的实用性,且短时间内不能被完全取代。
从整体统筹上来看,通过对信息网络的建设,企业能够对实际的环节和场景进行数据采集,以图像、视频的形式进行实际监控,对于一些设备运行或电能传输状态,也可以通过特定的数字信息进行反馈,此外不仅是生产环节,对于人力资源、财务信息、资源状态等都能够通过一个综合平台进行信息的整合和分析,有助于企业进行全面的管理。
从纵向单一管理来看,集成技术有助于企业运用通讯设备与实际的设备、系统之间形成关联,能够对单一某项管理工作进行综合调度,增强了业务能力。
2.2系统语言
在长期的实践和研究中,为了提高检修维护的效率,采用IE与WindowsNT为主要系统语言,基于这两种系统语言的特点,使管理平台更为标准,统一了操作规范和专业技能,管理更为便捷。
而PC系统在电气自动化系统中的运用,将管理界面变得更加直观便捷,利用PC对电气化系统进行操控,不仅能够快速地对系统中的异常情况进行掌握,同时还能够及时地采取应对措施,减少故障排查和维护的时间,从而提高生产效率。
此外,采用PLC技术对电网数据进行采集、分析、整理及传输,通过将模拟数据与实际数据之间的比对和转换,对电力系统进行可变性智能控制,其中模拟闭环是控制中最具特点的,可实现对整个电力系统的有效调节。
2.3电网适用
①以计算机和信息技术为依托,对整个电网进行监控和管理,采用分级别的自主调动方式,实现以行政区域为分级的地区电网调度模式,依靠电气自动化技术不仅可以对大范围的电网状况进行掌握,同时还能真对单一区域内的电网根据实际需求进行专门调度。
该技术目前主要是依据实时监控数据来运行。
②在电网的改造建设方面,配电系统发生了较大的变化,采用了配电主、子站和光纤终端三层式的结构模式,确保了通讯质量。
通过自动化技术,将配电转化成为一种数字信息,进而快速下到端点,直接控制设备产生功能变化,整个过程通过预设程序完成,提高了配电效率和质量。
③由于变电站工作最为复杂,电力处理量最大,因此使用自动化技术最多,主要是防止操作失误和提高能效,通过关联各项设备并进行分类,实现了同时监控、同时管理、高效运行和快速维护,减少了人力工作的负担,提高了能源质量。
2.4综合自动化
一方面,依靠自动化技术将设备监控、管理、故障排查、维护等进行串联,实现一体化的操作,这就对整个管理系统提出了一体化要求,通过对系统的精密推演和设计,让系统替代人对完成工作,很大程度上实现了智能操作过程。
另一方面,由于实时通讯和控制技术的支持,因此可以支持暂时与稳定两种状态同步存在,因此能够组建一个仿真的试验环境,以满足技术人员的试验需求。
第三章电力线载波通信技术
由于电力线并不是专为传输信号而设计的,所以有必要分析高频信号在电力线中的传输特性。
影响电力线载波传输质量的主要因素有:
电力网络的阻抗特性、衰减特性及噪声的干扰。
前两者制约信号的传输距离,后者决定数据传输的质量。
3.1低压电力线上输入阻抗及其变化
输入阻抗是表征低压电力线传输特性的重要参数,研究输入阻抗对于提高发送机的效率,增加网络的输入功率有重大意义。
理论和实验表明低压电力线上的输入阻抗不仅与传输信号的频率有关系,而且与低压电力线上所连接的负载有关系。
在理想情况下,当没有负载时,电力线相当于一根均匀分布的传输线。
由于分布电感和分布电容的影响,输入阻抗会随着频率的增大而减小。
当电力线上有负载时,所有频率的输入阻抗都会减小。
但是,由于负载类型的不同,使不同频率的阻抗变化也不同,所以实际情况非常复杂,甚至使输入阻抗的变化不可预测。
由于低压电力线输入阻抗的剧烈变化,使发送机功率放大器的输出阻抗和接收机的输入阻抗难以与之保持匹配,因而给电路设计带来很大的困难。
3.2低压电力上高频信号的衰减及其变化
高频信号在低压电力线上的衰减是低压电力线载波通信遇到的又一个实际困难。
对高频信号而言,低压电力线是一根非均匀分布的传输线,各种不同性质的负载在这根线的任意位置随机地连接或断开。
因此,高频信号在低压电力线上的传输必然存在衰减。
显然,这种衰减与通信距离、信号频率等都有密切关系。
总的来说,信号传输的距离越远,信号衰减就越厉害。
但是,由于电力线是非均匀不平衡的传输线,接在上面的负载的阻抗也不匹配,所以信号会遇到反射、驻波等复杂现象。
这些复杂现象的组合,使信号的衰减随距离的变化关系变得非常复杂,有可能出现近距离点的衰减比远距离点还大的现象。
对于民用电网,其三相电源所接的负载大小和性质都不相同,所以同样强度的信号在三相电线上的衰减也不同。
这种现象有时就表现为虽然接收端和发送端的位置不变,但接在不同的相上,通信的误码率不同。
3.3低压电力线传输干扰特性分析
在低压电力线上进行数据通信时的另一个需要认真研究的重要问题是电力线上干扰的特殊性质。
电力线上的干扰可分为:
非人为干扰和人为干扰。
非人为干扰指的是一些自然现象,如雷电在电力线上引起的干扰。
人为干扰则是由连接在电力线上的用电设备产生的,并对数据通信有严重的影响。
干扰可分为周期性的连续干扰、周期性的脉冲干扰、时不变的连续干扰和随机产生的突发性干扰。
通常情况下,前两类干扰更为突出。
通过以上讨论可以看到,低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂,而且随机性、时变性大,难以找到一个较为准确的解析式或数学模型加以描述,这也是为什么一直以来对低压电力线高频信号传输特性的分析多以定性分析和实验数据测试分析为主的原因。
即使有些学者提出了一些模型,但是这些模型也往往是附加了许多假设和限制,因而也是不精确的或适用面很窄。
这种精确数学模型的缺乏,对低压电力线载波通信设备的设计提出了很高的要求,即要求其有很好的自适应能力。
但同时,出于实用的角度,为了获得合理的性价比,又要求其成本要限制在一定的范围内。
这些对系统的设计而言是一个很大的挑战。
尽管低压电力线载波通信存在上述所说的这些困难,用低压电力线作为通信信道仍然是可行的,只是需要采用一些特殊的技术手段。
常用的低压电力线载波通信技术
3.4扩频通信的特点
扩频通信是一种新型的通信体制,是通信领域中一个重要的发展方向。
与传统的通信方式相比较,它具有如下的特点:
(1)抗干扰能力强
(2)具有选址能力电力线载波通信的实现目前,低压电力线载波通信已经朝着使用扩频通信技术的方向发展。
采用扩频通信技术,能在很大程度上克服电力线上强衰减、强干扰的缺陷,大大提高通信系统的生存能力。
鉴于电力线的恶劣的通道特性,必须采用专用的电力线载波专用MODEM芯片,这也成为电力载波抄表系统的关键技术。
因此电力线载波通信的关键就是选用一种功能强大的电力线载波专用MODEM芯片。
第四章电力线载波远程抄表系统集中器的硬件设计
集中器是集中下属的数据采集器的数据,并发给中心服务器,集中器有两个通信对象,面对不同对象时,需要采取不同的通信方式,在于数据采集器通信时,使用电力线载波通信,并通过电话线与中心服务器实现通信。
集中器的信息存储和处理量较大,我们需采用处理速率较高的处理器并进行存储器的扩展。
集中器是安装在小区供电变压器低压侧,作为载波抄表系统的中心环节,是整个系统的核心,是连接机与用户电表之间的枢纽。
4.1集中器的功能及技术指标
设计任何一个产品之前明确它的功能和技术指标是非常必要的。
集中器作为电力线载波抄表的一部分,起着上传下达的作用。
集中器的主要功能有:
(1)抄收功能
(2)设置功能
(3)通信功能
(4)数据处理
(5)校时功能
集中器的结构框图
集中器本身是由主控单元、数据库存储单元、时钟单元、载波通信单元、数据传送通信单元等部分组成。
集中器既要做上位机的从机,又是载波电表的主机,其软、硬件的设计要求从根本上保证系统可靠、稳定。
主控器是集中器的核心,数据的采集、处理与传送都是在主控器的控制下进行的,外部扩展数据存储模块和时钟模块。
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- 关 键 词:
- 电力 载波通信 集中器 系统 硬件 设计