杨艳 刘于超 高阳

摘 要：通过对用电信息采集设备采集方式、检测流程和方法进行分析研究，模拟采集系统现场实际运行工况，搭建采集设备载波芯片性能试验装置，对入网采集设备载波芯片性能进行综合评价。通过文章的分析，希望对相关工作起到借鉴的作用。

关键词：电力线；载波；采集设备；性能测试

引言

低压电力线载波抄表系统是低压电网通讯的一种重要应用。由于低压电网线路的阻抗变化和噪声干扰十分复杂，常常使得抄表系统在实际运行中的抄收成功率很低。因此，通过对用电信息采集设备采集方式、检测流程和方法进行研究，在相对理想的检测环境下对入网采集设备载波性能进行综合评价。

1 总体设计方案

1.1 采集系统基本结构分析

目前，全国范围内的居民客户用电信息采集主要采用集中器实现，集中器通过上行信道与抄表主站通信，通过下行信道抄读下面挂载的各种表计。目前集中器的上行传输方式主要选用光纤专网、GPRS/CDMA/3G无线公网；下行传输方式主要采用RS485通信、电力线载波、微功率无线网络等方式。

1.2 总体设计方案

为模拟采集系统实际运行工况，项目组对以上所采用的方案进行分析，简化得出采集系统简化结构，按照此结构进行电力线载波通讯性能仿真模块设计。电力线载波通讯性能仿真模块总体采用模块化设计，总体设计方案结构如图1总体设计方案结构图所示。

图1 总体设计方案结构图

2 PLC（电力线载波通讯）性能仿真检测

载波信号的传输介质是低压电力线，电力线中存在载波信号干扰、噪声干扰、衰减、阻抗变化、信号畸变等影响，造成电力线载波通信难以实现100%的通讯成功率。为了衡量不同厂商集中器载波通讯的质量，文章分析了低压电力线的仿真模型，提出采用模块化设计仿真模拟各种现场运行工况，在同一测试平台下对集中器的载波通讯性能进行综合评判，具体设计思路及方案如下：

2.1 电力线长度仿真模块

2.1.1 线路长度电路模型

低压电力线是一种分布参数电路，电流在导线的电阻中引起了沿线的电压降，同时又在导线周围产生了变动的磁场，这个变动的磁场沿着全线产生感应电压。导线间的电压是沿线连续改变的，同时由于这对导线构成了电容，两线间就存在位移电流，频率较高时不可忽略；同时电压变化时，漏电流也不容忽视。这样在沿线不同的地方，电流不同，在此所做的模型是把传输线看作一系列集总元件所构成的一种极限。电路的参数则认为是沿线分布的。

2.1.2 线路长度仿真模块

一般情况下，一个台变下的电力线长度大约在1公里至2公里之间，根据线路长度电路模型得到的低压电力均匀传输线方程以及实际线路的测试，设计了低压电力线长度仿真模块，该模块可以在实验室条件实现电力线长度的仿真。仿真模块分为1米，500米，1000米，1500米，2000米基本模块，配合自动切换设备可以实现低压电力线长度的仿真检测。

2.2 载波衰减仿真模块

载波衰减主要由线路分支、线路介质、线路年限、线路长度等对载波信号的消弱和反射。衰减特性主要表现在线路长度、线路正反向传输、载波信号过零点与峰点传输衰减、变压器相间传输等几个方面。为了模拟衰减量，本设计采用载波衰减器来仿真线路对载波信号的衰减，衰减器在电力线载波固定的频率范围内，引入一预定衰减的电路，以所引入衰减的dB值及其特性阻抗来标识。衰减器原理如下图所示：

图2 衰减器原理图

根据此简化原理图，载波输出输入电压比为：

换算为分贝值为：

，其中？棕=2？仔f。如果载波频率一定，选用不同的电感或电容，就可确定此时衰减器的基本设计参数，从而得出衰减的分贝值。

本衰减载波模块设计中采用额定衰减dB+0dB、25dB、50dB、75dB和100dB可调设计，在不同载波芯片额定衰减值下，通过调整以上四种衰减值对载波通讯效果、载波模块的带载能力进行评判。

2.3 电源电压影响模块

根据集中器技术规范要求，集中器工作电源允许偏差-20%～+20%。本设计主要测试在不同工作电源下集中器的载波抄表成功率。同时借助调压器将实验设备电源与外部电源隔离，防止测试过程中受外界干扰。电压变化范围为AC220V±20%，即评价AC176～AC264V范围内的载波抄表成功率。

2.4 电力线干扰仿真模块

2.4.1 电力线干扰源分析

电力线上存在的复杂干扰可分为自然干扰和人为干扰。自然干扰如雷电引起的干扰，这种干扰将影响瞬间的电力线数据通讯。但可通过数据自动重发机制和纠错机制有效地避免此类干扰对数据通讯的影响。人为干扰则是由连接在电力线上的用电设备产生的，对PLC数据通讯有严重的影响，不仅会造成信号误码率高，使得接受装置无法正确接受；另外，它还有可能使接收设备内部产生自干扰，严重影响整个系统的工作。

2.4.2 电力线干扰仿真实现。根据对电力线干扰源的分析，采用信号发射器仿真各种家用电器产生的周期性的干扰、时不变的连续干扰和随机产生的突发性干扰，再通过信号耦合装置将产生的仿真干扰波形耦合到测试的电力线信道中，达到仿真测试不同干扰环境下载波抄表成功率。也可根据现场测试情况，绘制各种干扰波形耦合到测试线路中，在室内对现场干扰情况进行复现，分析数据抄读不成功的原因，为下步地治理提供参考。

3 结束语

采集设备载波性能检测装置对于采集设备的质量有着举足轻重的作用，PLC（电力线载波通讯）性能仿真检测为采集设备的采购、载波芯片的确定、供货采集设备规约一致性的评判提供了参考依据，提高了新购采集设备的质量和检测效率。

参考文献

[1]汤效军.电力线载波通信技术的发展及特点[J].电力系统通信，2003（1）：47-51.

[2]刘思九，赵岩岩.低压电力线载波通信的仿真软件开发[J].电测与仪表，2007（6）：8-11.