CN112165722A - 一种适用于低压配电台区的通信方法 - Google Patents

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张猛
刘宗振
李军
傅春明
李建
颜世凯
朱建坤
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Abstract

本发明公开一种适用于低压配电台区的通信方法，本方法采用基于台区智能终端与物联网通信单元的技术架构，对配电台区内的设备数据进行采集分析；配电台区内的末端设备连接至物联网通信单元，物联网通信单元实现末端设备的物联网化接入管理，并将这些设备采集到的不同各类型数据采用统一的物联网通信协议和设备标准模型上传至台区智能终端；台区智能终端安装有双模通信模块，物联网通信单元和台区智能终端之间可采用单模或者双模进行通信。本发明可有效实现配电台区内不同层级多种设备的通信全覆盖，便于它们相互之间的数据交互，保证台区内设备数据的有效采集和分析。

Description

一种适用于低压配电台区的通信方法
技术领域
本发明属于配电物联网通信技术领域，具体涉及一种适用于低压配电台区的通信方法。
背景技术
电力通信网可为电力系统提供高效、便捷、可靠的通信形式和通信技术，是电力系统安全稳定运行的基础。在电力通信网中，配电通信网是其重要组成部分，能够满足不同配电网发展阶段对电力通信的广泛需求。它主要通过利用先进成熟、经济合理的通信技术，支持配电网不同业务需求的灵活接入。配电物联网作为配电网的主要发展方向，对配电网通信技术提出了越来越高的要求。其中，高速电力线载波（HPLC）通信和微功率无线（RF）通信是配电物联网中的两种主要通信方式。然而，由于电力线本身的非理想化，电力线载波通信存在着噪声干扰多样且阻抗不可预测以及信号衰减等问题；微功率无线通信容易被障碍物衰减、屏蔽或遮挡，影响其通信可靠性。由此可知，这两种通信方式都存在着固有的应用局限性，无法适用于配电物联网多种应用场景。
低压配电台区是配电网通信技术的典型应用场景，通过对配电台区设备状态数据进行全面采集、有效分析和智能诊断，能够及时掌握台区供电网络运行状态，便于进行故障定位及故障原因分析，提高台区供电可靠性。然而受多方面条件限制，现有通信方式无法实现对配电物联网中台区侧设备的通信全覆盖，对其不同层级、不同种类设备的数据采集利用率有待提高。因此，需要一种可靠性高的通信方法用于保证低压配电台区设备之间的有效通信，提高通信效率和通信稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于低压配电台区的通信方法，可有效实现配电台区内不同层级多种设备的通信全覆盖，便于它们相互之间的数据交互，保证台区内设备数据的有效采集和分析。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于低压配电台区的通信方法，本方法采用基于台区智能终端与物联网通信单元的技术架构，对配电台区内的设备数据进行采集分析；
配电台区内的末端设备连接至物联网通信单元，物联网通信单元实现末端设备的物联网化接入管理，并将这些设备采集到的不同各类型数据采用统一的物联网通信协议和设备标准模型上传至台区智能终端；
台区智能终端安装有双模通信模块，物联网通信单元和台区智能终端之间可采用单模或者双模进行通信，所述单模通信指HPLC通信或者RF通信，所述双模通信指HPLC、RF通信。
进一步的，双模通信以HPLC为主，RF为辅。
进一步的，双模通信模块中的控制单元对HPLC、RF两种通信方式的组网情况进行分析，判断它们的组网状态及组网结果并呈现给后台。
进一步的，双模通信模块中的控制单元根据通信效果实现HPLC和RF两种通信方式的切换。
进一步的，当HPLC或RF通信组网成功后，双模通信模块根据设备数据通信情况实时计算该通信链路下的信噪比以及数据一次传输的上行成功率、下行成功率，控制单元依照这些指标数据，首先对HPLC的通信情况进行分析，当信噪比低于10dB或上行/下行成功率低于90%时，则认为HPLC通信效果不佳；再对RF的通信情况进行分析，当信噪比低于0dB或上行/下行成功率低于85%时，则认为RF通信效果不佳，当HPLC通信效果不佳且RF通信效果良好时，由控制单元控制实现将通信方式切换至RF通信。
进一步的，双模通信采用IP化电力线载波和远距离通信中继技术。
本发明的有益效果：本发明基于双模通信实现低压配电台区的高可靠通信，可有效实现配电台区内不同层级多种设备的通信全覆盖，便于它们相互之间的数据交互，保证台区内设备数据的有效采集和分析。本发明提供了适用于配电台区不同应用场景的有效通信方法，提高台区内设备的通信效率和通信质量。
附图说明
图1为本发明的配电台区数据采集通信技术架构；
图2为本发明的双模组网技术方案示意图；
图3为本发明的双模通信组网状态示意图；
图4为本发明的双模通信中继技术示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种适用于低压配电台区的通信方法，如图1所示，采用“台区智能终端+物联网通信单元”的技术架构。台区智能终端安装在配电室或柱上变台靠近配电变压器的合适位置，根据不同种类设备的具体安装位置布置多个物联网通信单元，实现数据采集分析和上传。
配电台区的末端设备连入物联网通信单元，通过所述物联网通信单元实现末端设备的物联网化接入管理，并将这些设备采集到的不同类型数据采用统一的物联网通信协议和设备标准模型上传至台区智能终端。
所述台区智能终端具备信息采集、物联代理及边缘计算功能，对数据进行边缘计算和就地化分析决策，实现低压配电台区的设备状态监测、台区故障研判等功能。
所述台区智能终端安装有HPLC+RF双模模块，物联网通信单元和台区智能终端之间可采用HPLC、RF单模或HPLC+RF双模进行通信，其中双模通信的覆盖范围更广、应用场景更全面。
所述低压配电台区包括配电站房和柱上变台这两种主要形式。其中，配电站房主要分为配电室和楼宇内户表间两个典型场景。如图1所示，配电室内一般包括进线柜、配电变压器、出线柜以及配套必须的智能电表、多功能表、进出线开关、环境量监测等设备。台区智能终端安装在配电室内靠近配电变压器的合适位置，根据不同种类设备的具体安装位置布置多个物联网通信单元，实现数据采集分析和上传。环境量监测设备多直接安装于配电室的某个角落，一般使用RF通信可对其进行有效覆盖，但对于有障碍物遮挡的则需要采用HPLC通信。智能电表、多功能表、进出线开关均属于配电台区内的关键设备，关系到整个台区的安全稳定用电，其数据采集通信的可靠性要求较高，单纯的RF通信会受进出线柜柜体对无线信号屏蔽作用的影响，而HPLC通信则受电力线本身的干扰，因此对于这些关键设备需要采用HPLC+RF双模通信。户表间内一般包含分支箱、用户表箱、表前表后开关等设备，通信距离较远且受障碍物阻挡，对无线信号衰减较大，采用HPLC通信为主、RF通信为辅的双模通信模式。
柱上变台这种典型场景下，台区智能终端安装在柱上变附近，物联网通信单元根据设备具体位置进行安装。从柱上变引出的低压侧配电柜内的开关、电表等设备同样会关系到整个台区的供电可靠性，需要采用HPLC+RF双模通信保证其通信质量。户表箱的通信距离一般相对较远且受障碍物等的遮挡，单模通信信号衰减严重，需要采用HPLC+RF双模通信。
本实施例中，台区智能终端安装有HPLC+RF双模模块，设备上电之后HPLC和RF分别组网，建立同物联网通信单元之间的通信连接。数据采集开始后，台区智能终端下发采集指令，物联网通信单元将采集到的台区内不同层级设备的实时数据分别以HPLC和RF两种通信方式上传至台区智能终端，如图2所示。
双模通信以HPLC为主、RF为辅，双模模块中的控制单元会对HPLC和RF两种通信方式的组网情况进行分析，判断它们的组网状态及组网结果并可呈现给后台，便于有效跟踪通信连接进展，如图3所示。此外，双模模块可控制实现HPLC和RF两种通信方式的有效切换，当一种通信方式通信效果不佳时可切换到另一种通信方式。
本实施例中，通过信噪比、数据一次传输的上行成功率和下行成功率确定通信效果。具体为：当HPLC或RF通信组网成功后，双模通信模块根据设备数据通信情况实时计算该通信链路下的信噪比以及数据一次传输的上行成功率、下行成功率，控制单元依照这些指标数据，首先对HPLC的通信情况进行分析，当信噪比低于10dB或上行/下行成功率低于90%时，则认为HPLC通信效果不佳；再对RF的通信情况进行分析，当信噪比低于0dB或上行/下行成功率低于85%时，则认为RF通信效果不佳，当HPLC通信效果不佳且RF通信效果良好时，由控制单元控制实现将通信方式切换至RF通信。
双模组网向下兼容单纯的HPLC通信或RF通信，既可以进行单一通信方式组网，也可以进行双模混合组网，提高实际应用场景适配度。
所述HPLC+RF双模模块可同时接收HPLC和RF两种通信方式的通信信号。由图3上方方框中HPLC和RF的通信效果可知，正常情况下两种通信方式的状态均为“已上线”（online），即均可保证台区智能终端同所示物联网通信单元及其连接的设备之间的有效通信。当台区智能终端、物联网通信单元或末端设备重新上电后，相互之间会采用HPLC和RF两种方式进行通信连接，如图3下方方框中所示：通信单元1同台区智能终端之间的RF通信“已上线”、HPLC通信“未连接”（null）；通信单元2同台区智能终端之间的HPLC通信“正在建立连接”（connected）、RF通信“未连接”（null）。两种通信方式的协同配合，可保证台区智能终端同物联网通信单元以及末端设备之间具有极高的通信可靠性和通信成功率，同时也验证了两种通信方式切换使用的实际应用效果。
所述HPLC+RF双模通信采用IP化电力线载波，具有较强的广域设备管理、通信并发处理等功能。所述HPLC+RF双模通信在远距离通信场景下，需要采用中继技术：能够和台区智能终端直接进行通信的，称为一级节点；能够和一级节点直接进行通信的，称为二级节点；依次类推。台区中的某些设备可以兼做中继节点，保证同其上下层级设备之间的有效通信。中继节点的选择可以是固定的，也可以是随机的，基本原则是要保证对其下级节点数据通信的覆盖能力以及同其上级节点的有效通信，如图4所示。台区智能终端负责对各个中继节点和普通节点进行管理，中继节点相当于其下级几个普通节点的中心节点，同时也是其上级中继节点的子节点。
本发明基于双模通信实现低压配电台区的高可靠通信，可有效实现配电台区内不同层级多种设备的通信全覆盖，便于它们相互之间的数据交互，保证台区内设备数据的有效采集和分析。本发明提供了适用于配电台区不同应用场景的有效通信方法，提高台区内设备的通信效率和通信质量。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于低压配电台区的通信方法，其特征在于：本方法采用基于台区智能终端与物联网通信单元的技术架构，对配电台区内的设备数据进行采集分析；配电台区内的末端设备连接至物联网通信单元，物联网通信单元实现末端设备的物联网化接入管理，并将这些设备采集到的不同各类型数据采用统一的物联网通信协议和设备标准模型上传至台区智能终端；
台区智能终端安装有双模通信模块，物联网通信单元和台区智能终端之间可采用单模或者双模进行通信，所述单模通信指HPLC通信或者RF通信，所述双模通信指HPLC、RF通信。
2.根据权利要求1所述的适用于低压配电台区的通信方法，其特征在于：双模通信以HPLC为主，RF为辅。
3.根据权利要求1所述的适用于低压配电台区的通信方法，其特征在于：双模通信模块中的控制单元对HPLC、RF两种通信方式的组网情况进行分析，判断它们的组网状态及组网结果并呈现给后台。
4.根据权利要求1所述的适用于低压配电台区的通信方法，其特征在于：双模通信模块中的控制单元根据通信效果实现HPLC和RF两种通信方式的切换。
5.根据权利要求4所述的适用于低压配电台区的通信方法，其特征在于：当HPLC或RF通信组网成功后，双模通信模块根据设备数据通信情况实时计算该通信链路下的信噪比以及数据一次传输的上行成功率和下行成功率，控制单元依照这些指标数据，首先对HPLC的通信情况进行分析，当信噪比低于10dB或上行/下行成功率低于90%时，则认为HPLC通信效果不佳；再对RF的通信情况进行分析，当信噪比低于0dB或上行/下行成功率低于85%时，则认为RF通信效果不佳，当HPLC通信效果不佳且RF通信效果良好时，由控制单元控制实现将通信方式切换至RF通信。
6.根据权利要求1所述的适用于低压配电台区的通信方法，其特征在于：双模通信采用IP化电力线载波和远距离通信中继技术。
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