一种低压电力线载波通信测试设备的研制及相关问题探讨.doc

在低压电力用户用电信息采集系统中，主要采用电力线载波和短距离(微功率)无线通信方式，并以低压电力线窄带载波通信方式为主。然而受低压配电网信道环境中传输衰减、噪声干扰和阻抗变化等因素的影响，电力线载波通信的可靠性难以得到保证，严重影响系统的稳定运行。也就是说，电力线载波通信设备的通信性能将直接影响到用电信息采集系统的整体性能。 目前，载波通信技术有多种实现方案，载波信号调制方式、中心频点、路由协议和信号祸合方式等各不相同。尽管每种技术都有其独特的优越性，但也有其不利因素。就国内产品而言，已进入多元化时代，主要应用的就有鼎信、东软、晓程、力合微、瑞斯康、盛吉高科和弥亚微等厂家。各厂家的载波通信模块的性能均有所差异，厂家提供的抄表产品性能指标通常都符合标准。但由于测试装备有限，测试手段有一定局限性，无法对载波通信产品的通信功能进行合理验证，致使产品性能的检验与应用需求脱节，所以有必要进行相关的测试和评估，为选用合适的载波设备提供技术支持和依据。鉴于以上原因，国内外相关机构正在从测试方法、测试设备、测试平台以及评价机制等方面对载波设备的通信性能测试进行积极地研究和探索。本文介绍了一种信道参数可控的载波通信测试设备，并就进一步的性能测试应用中存在的问题进行一些探讨。 一、一种载波通信性能测试设备的研制 1、总体研制思路 电力线载波通信性能测试设备的研制，主要考虑3个方面的因素作为设计指导原则。一是实验室环境下模拟低压配电网电力线传输信道特点；二是参考电力行业以及国家相关标准要求的测试项目；三是以测试主机为交互中心，以传输信道参数可程控调节为手段，建立自动化的载波通信性能测试装置。 近年来，针对电能采集标准相关的政策法规相继出台，并在测试项目和可操作性方面不断完善。诸如DL/T698-2010《电能信息采集与管理系统标准》、Q/GDW1373-2013《电力用户用电信息采集系统功能规范》、Q/GDW1374-2013《电力用户用电信息采集系统技术规范》和Q/GDW1379-2013《电力用户用电信息采集系统检验技术规范》等。对这些规范的理解及大量的测试研究成为设备研制的基础。 2、设备组成 测试设备的构建以模拟低压电力线传输环境为主要任务，其架构如图1所示。主要组成部分包括：三相净化稳压电源、程控相位选择模块、载波隔离器、测试主机系统、程控衰减网络、程控负载选择网络、噪声发生器和信号测量部分。信道模拟装置包括程控衰减网络、程控噪声源和程控阻抗模拟器，以模拟载波信号传输环境。而信号测量模块包括频谱分析仪和数字示波器，人工电源网络提供载波电平测试阻抗参考环境，保证测试结果符合相关标准和规范要求。 图1低压电力线载波通信性能测试设备组成结构 3、测试流程简述 三相交流净化稳压电源、高性能隔离器和人工电源网络实现整体测试环境与市电网络的有效隔离；测试主机充当载波系统主站的功能；测试主机通过以太网/USB/串口(RS232或RS485)总线连接配测设备(例如抄控器、集中器或载波通信模块)和被测设备(例如单相、三相智能电表或各种载波通信模块)，从而实现对测试环境的控制，同时进行数据互通。 系统能够按照预先设计的测试流程，在通信信道中加入可控噪声，改变信道衰减与接入阻抗。在测试主机的控制之下，配测设备按照家电国网公司通信协议，通过图1所示的电力线传输路径，经由可变衰减器(可选模拟线缆)与被测设备进行载波通信；被测设备接收控制、抄表等命令，回传状态、电能值等系列数据，从而形成基于低压载波通信体制的传输通道。通过测试各种条件下采集终端、载波电能表的通信效果，测量载波模块的各项参数和指标，并据此分析、诊断和评估载波模块的通信性能。 对照相关标准对测试项目的要求，例如载波信号频率测试、最大输出电平和频带外干扰电平测量、通信传输成功率测试以及规约符合性测试等，在所研制的测试设备上都可以顺利进行。但是，其中的噪声注入缺乏定量描述，而关于衰减量的插入又难以准确把握，基于一定信噪比容限下信道误码率的测试和接收灵敏度测试尚不规范。下面仅就电力线载波通信抗噪声性能和灵敏度测试问题做一些浅显探讨。 二、抗噪声性能测试 在实验室环境下，不加噪声测试信道误码率或者通信传输成功率基本上没有明显意义。低压电力线对于载波抄表具有高衰减、强干扰和阻抗结构可变等动态时变特征，现场信道环境恶劣。目前还缺乏权威机构针对低压电力线的特征进行全面有效的测试和分析，甚至家用电器对载波抄表的影响还没有正式的测试数据。因此，测试设备注入噪声的方式、类型和电平等因素在测试测量中尤显突出。 1、干扰源的注入策略 图2为低压电力线载波通信抗噪声性能测试原理框图。低压电力线噪声由多类复杂噪声共同组成，包括背景噪声、随机脉冲噪声和周期脉冲噪声。为了