无线电力

无线电力（精选10篇）

无线电力 篇1

摘要：鉴于应用无线方式实现电力传输的需求越来越大, 本文提出了在应用无线电力传输时首先需要考虑的关键技术, 包括频率调整、中继转发、功率控制和装置认证, 保障无线电力传输的高效率、高覆盖、低损耗、低泄漏。

关键词：无线电力,频率,中继,功率,认证

1 频率调整

1.1 根据元器件参数调整谐振频率

谐振电路[1,3]中, 当发射线圈的电感偏移时, 谐振电路的固有频率将发生偏移, 传输功率和效率会下降很多, 因此需要使发射装置的谐振频率能够跟随其元器件固有频率而变化, 即在发射装置的发射线圈和驱动电路之间设置反馈环节, 通过测量发射线圈回路的电流和电压, 确定二者之间的相位差, 如果匹配合适则发射电路已经达到谐振, 此时电路呈阻性, 如果偏离谐振则电路呈容抗性, 并据此通过PI控制器对驱动电路进行控制, 使得驱动电路改变输入到发射线圈中电能的频率。

1.2 接收装置跟踪发射装置谐振频率

只有接收装置的谐振频率与发射装置的谐振频率相同时, 即二者共振, 电能的传输效率最高;此外, 当接收装置能够跟踪发射装置的谐振频率时, 接收装置能够和任一发射装置进行电能传输, 即一对多, 增加了接收装置的适应性。

因此, 使得接收装置的谐振频率能够跟随发射装置的谐振频率是极其必要的, 即在接收回路中增加由选择开关、固定电容、固定电感组成的分段粗调节补偿电路和由可连续调节电容、可连续调节电感组成的细调节补偿电路, 并在接收回路和补偿电路之间设置反馈环节和控制电路, 将从接收回路测量得到的电气量反馈给控制电路, 控制电路判断该电气量是否达到其最大值, 进而根据判断结果对补偿电路进行切换, 实现接收装置对发射装置谐振频率的跟随。

1.3 发射装置谐振频率的调整

如果在供电范围内存在与发射装置谐振频率相同的寄生负载, 则在发射装置为期望的接收装置传输电力的同时, 该寄生负载同时也会从发送装置吸取电能;如果发射装置的谐振频率一直保持不变则寄生负载的温度将会跟随吸收电能的增加而上升, 导致其发生不必要的过热损坏。

因此, 应当在发射装置回路中增设由选择开关、固定电容、固定电感组成的分段调节补偿电路, 并设置温度感测单元或计时计数装置, 当温度感测单元检测到的温度高于预设温度, 或当计时计数单元计算得到的时间或数值大于预设时间或数值, 控制选择开关动作以接通不同的调节补偿电路, 改变发射装置的谐振频率使其中断对某个固定频率寄生负载的供电。

2 无线电力的中继转发

无线电力传输是有距离和方向限制的, 即将接收装置放置在某一距离以外或偏离某一方向时, 其将无法得到电力供应。因此需要在发射装置和接收装置之间建立中继。

中继具有接收部用于接收发射装置发送的电力, 具有发射部用于输出其接收的电力以为接收装置提供电力, 接收部的结构可以与接收装置一样, 如具有跟随发送装置谐振频率的部分, 发送部的结构可以与发射装置一样, 如具有改变发送部谐振频率的部分, 即中继可以以某一频率接收电力并以另一频率发射电力, 扩宽了无线电力传输的路径范围, 增加了接收装置的种类和数量。

是否开启中继, 开启哪一个或几个中继, 可以通过将接收装置的位置信息反馈给中继控制部来实现, 中继控制部根据接收装置的位置信息选择中继中的一个或几个来逐级接收发射装置发出的电力并转发给接收装置, 当接收装置与发射装置之间的距离较小时所有的中继都将处于休止状态, 最大可能地减少传输过程中损耗的电力。

3 传输功率控制

有线电力传输中, 负载通过适配器与交流干网连接, 以保证负载能够得到需要质量的电力供应, 同样, 无线电力传输中的接收装置也各自具有符合其自身要求的电力供应条件, 因此根据接收装置自身对供应电力的需求调整供应至其的电力是十分必要的。

可在每个接收装置中增设符合自身负载需求的适配装置, 但这无疑增加了成本;也可以建立发射装置和接收装置之间的通信通道, 如电力载波或无线, 接收装置通过通信通道将自身的电力需求情况传输给发射装置, 发射装置的通信部分接收该通信信号并根据其调整发射装置的输出电压。

当存在多个接收装置且其电力需求优先级不尽相同时, 每个接收装置可通过通信通道将自身的电力需求情况以及紧急程度传输给发射装置, 发射装置的通信部分接收这些信号并按照电力需求紧急程度为每个接收装置分配不同的电力, 将大部分电力首先供给电力需求优先级最高的接收装置, 根据接收装置实时电力需求情况分配电力供应。

4 接收装置认证

由于发射装置传输的电力在整个无线电力传输范围内都能被接受到, 因此如何避免没有被指定的接收装置无偿地从发射装置吸取电力, 避免发射装置过载过热等现象, 是需要注意的重要问题。

可加设接收装置认证体系, 只有经过发射装置认证的指定的接收装置才能够从发射装置汲取电力。认证方法有固定口令和动态口令, 发射装置可以选择定次或定时向接收装置询问口令。

发射装置可以定时改变自身的谐振频率, 并将改变顺序与周期通过加密通道发送给指定的接收装置, 即使有不被指定的接收装置偶尔通过了认证程序, 但当发射装置的谐振频率改变时没有被指定的接收装置接收到的电力将变得极小。

如果将发射装置自身谐振频率改变的周期设置的小于接收装置跟踪到正确的发射装置谐振频率所消耗的时间, 即使没有被指定的接收装置具有频率跟踪功能, 其也无法获得满足自身需求的电力供应, 从而保障了无线电力传输的安全性。

5 结语

我国无线电力传输工业正处于蓬勃发展阶段。本文根据笔者多年从事无线电力传输工作的相关经验, 提出了在应用无线电力传输时首先需要考虑的关键技术, 促进该项技术的产业化进程。

参考文献

[1]Joshua Le-Wei Li.Wireless Power Transmission:State-of-the-Arts in Technologies and Potential Applications[C].Proceedings of the Asia-Pacific Microwave Conference, 2011.

[2]曾翔.无线电力传输技术研究[J].硅谷, 2010.

[3]陈骞.国外无线电力传输技术进展[J].上海信息化, 2014.

无线电力 篇2

【摘要】电力设备在正常工作时都会产生发热现象，线路、设备等的连接处此种现象会更加明显，长期如此会加速电力设备线路等的老化，引起电力设备的绝缘性 能下降，加之外界环境对电力设备的负面影响，更会使老化现象加剧，严重的可能引起重大的电力事故，造成难以弥补的人员伤害或重大的经济损失。以往的电力设 备的温度检测是靠工作人员定期完成的，费时费力，工作效率极低，而且不能及时发现潜藏的隐患，有些电力设备的焊点与接头位于不便触及的里端，这又给检测人 员带来了极大的不便。为解决上述问题，电力设备的智能无线温度监测系统应运而生。

【关键词】电力设备;智能化;无线技术;温度;数据收集

1、智能无线温度监测系统的工作原理

智能无线温度监测系统被设定成三个子系统，分别是采集系统、汇总系统、监测系统。三个子系统通力协调工作，实现了电力设备温度的实时、准确、便捷的智能无线监测。

智能无线温度监测系统的三个子系统间的连接方式是不同的，无线通信方式是应用于采集系统和汇总系统之间，而通信线缆则是使用在汇总系统与监测 系统之间，即一个无形，另一个有形。对应部位的热感应元件将其所监测到的温度信息通过无线通信设备传输到汇总系统的总站，总站将会对收集到的所有温度信息 进行分类整理、分析并处理，再将处理完毕的数据信息传输到监测系统的监测计算机上。同时，调节端监测计算机也将收到同样的数据信息。监测计算机对接收到的 数据信息进行二次处理分析，当处理所得数据结果超高设定的极限值时，监测计算机就会发出警示信号。每个总站可以管理数百个子站，信息量的采集将是非常巨大 的。

2、智能无线温度监测系统的组成

2.1采集系统

通过将热敏电阻、传感器等热感应元件安装在容易因工作而产生不正常散热的`部位，实时的对温度数据进行测量与采集工作，并将采集到的信息发送出去。交流电作为长期供能电源及太阳能电池板作为的后备电源(确保突然断电后的数据持续收集的)是采集系统的正常工作的依靠。

2.2汇总系统

信息汇总系统主要由无线接收装置构成，在收集到采集系统所传递而来的数据信息后，再传递给总站，总站接收到分站的温度数据之后，继而再将其传递给当地监视系统，与此同时还将温度数据传递给调节终端。实时温度变化同样被调节终端监视，如此便避免了无人监测的情况。

2.3监测系统

监测系统又可以细分为站级监测系统和调节端监测系统。用于监测系统的计算机直接接受总站所传递的温度信息等数据，并与总站是直接通信的关系。 监测计算机对总站所传递来的数据信息进行汇总、整理、分析后，存储于特定的数据存储库(可以对数据库进行灵活改动，比如扩容)。监测计算机可以对数据信息 进行报表统计，准确记录处于何时、何地、何种状况下的温度情况。同时，监测计算机在温度越过某一设定极限值时会有警示信号出现。监测计算机的另一个便捷之 处在于，可以根据需要进行任何时间段的任何部件的温度查询。调节端监测系统的数据信息传输用到的是汇集系统的通讯管理器，通过数据传输线缆直接传输到 PCM设备之中，在经过线缆转送给调节端，经PCM的数据信息还可以作为存储资料被下载到调节端监测计算机。

3、智能无线温度监测系统的特点

3.1免于布置排线

因为采用了无线传输设备，所以不用布置排线，热感应元件的安装更方便。

3.2免于经常的维护

智能无线温度监测系统都是整体化设计，所以免于维护。

3.3节能

智能无线温度监测系统的各个部分均采用节能、低功率消耗设置，同时应用太阳能电池板更是绿色节能。

3.4警示系统更完善

当温度过高时，总站智能终端电源，后台监控系统能够及时发出警报。

3.5稳定性更高

智能无线温度监测系统中的设备均有坚实的外壳保护，同时又有静电保护。数据在传递过程中安全、稳定，能够抵抗外界的干扰。

3.6具有较好的兼容性

能够应用更多的应用软件和控制系统。

4、智能无线温度监测系统与传统监测间的对比

4.1智能无线温度监测系统由于装有位于各个需要测量的部位的热感应元件的帮助，这使得数据的采集与监测具有了实时性、连续性和准确性的优 点，通过对每年、月、日甚至每小时的温度数据的变化情况，总结出电力设备不同部位的相应温度的变化规律，确定出其温度规律的峰值，有效的对电力设备的工作 稳定性就行预见性分析，消除潜在的威胁。而传统的电力设备温度的监测是依靠监测人员定期的监测与测量才能得出的，传统的电力设备温度的监测耗费大量的人力 物力，由于人类生理的局限性，所测得的数据存在不确定误差，甚至会出现错误，而且潜在的故障威胁不能及时发现并作出应有的处理，致使出现不必要的人员或财 力的损失。

4.2智能无线温度监测系统对数据的处理速度以及对故障的预见性分析是人类所不能比拟的，其所存储的数据信息能够被极其方便的调阅，对数据信 息的存储量也是相当的巨大。而传统的监测数据信息要进行存储就需要建立专门的存档管理机构，而且常年所存储的信息量是无妨想象的，要对某段数据进行查阅也 是极为不便的，费时费力，极不现实，而智能无线温度监测系统则解决了上述所存在的所有问题。

4.3智能无线温度监测系统的应用软件简单，操作方便，减少人员培训上岗时间。而传统的监测测量则需要专门的工作人员进行培训。

5、智能无线温度监测系统的后台监控功能

5.1热感应元器件所监测的部位的温度能够实时的传递给监控计算机并于显示屏上呈现出来，出现警示温度时的时间及故障位置都会以数据的形式保存起来，保存期限可长达数年。

5.2可设置警示音的类型，如可以以真人语音的形式播报出来或者以文字警示的方式显示到屏幕上。

5.3监测计算机所监测到数据信息可以以年、月、日等为单位用线性图或者表格的形式一目了然的展现出来，也可以直接抽查或打印出来。

5.4当智能无线温度监测系统中的任何部件出现问题时(如电源故障、信号传输中断等)，都会有警示出现，及时警示给工作人员。

5.5都可以实现对监测位置的编码、命名处理，方便系统化管理。

6、智能无线温度监测系统国内外现状

在国外许多国家，智能无线温度监测技术的发展极为迅速，它被广泛应用到了人们生活中的吃穿住行。当传统的监测方式产生多年后，智能无线温度监 测系统在万众期待中登上了历史舞台，监测技术从此掀开了新的一页。现今已经不仅仅局限于电力设备的维护方面了，精密生产线、医疗系统、农业方面都已成熟融 合。智能无线温度监测系统在电力方面的应用，也是国外首创的。

在中国国内，智能无线温度监测技术的起步就相对较晚了，但凭借着多年的不懈努力终于成功由实验走到了实验。智能无线温度监测技术的应用范围之 广已不用过多阐述，将其应用在监测温度的设备上已是非常常见的了。智能无线温度监测技术最突出的优点就在于不需要布线，用智能无线温度监测技术监测温度还 突出了其准确简洁的优势。目前，智能无线温度监测技术仍在朝着攻克减小功耗、增加传输距离的技术难题努力。

【参考文献】

[1]高人伯.数据仓库和数据开采相结合的决策支持新技术.计算机世界.

[2]任玉珑,王建,牟刚.基于CA模型的电力设备全寿命周期成本研究.工业工程与管理，,(5)：56-70.

[3]赵新民.智能仪器原理及设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

[4]吴正毅.测试技术与测试信号处理.北京：清华大学出版社，1988.

[5]陈焕生.温度测试技术及仪表.北京：水利电力出版社，1987.

[6]王建民,曲云霞.机电工程测试与信号分析.北京：中国计量出版社,.

无线电力 篇3

关键词：远程无线；抄表系统；处理

中图分类号：TP3-4

1 电力远程抄表系统研究

本系统采用GPRS数据通信方式实现数据的采集和实时监控，以无线通信网络为基础、利用现有通信技术和服务，完成对终端智能电表的数据采集、传输、处理以及实时监控。基于系统成本和功能实现风险方面的考虑，优先选用技术成熟度高、使用广泛的技术和硬件设备，不仅可以实现各种基本功能，还可以有效降低开发成本并大大缩短设计周期。在充分利用现有无线网络和硬件基础设施的基础上，利用GPRS平台实现构建无线抄表系统，实现数据的无线传输，主要优点有[1]：（1）降低安装成本：利用现有的成熟的设备和服务以及硬件平台和运行设施，只需要进行设备增加，而不需要大规模的设备改造和重复建设，不用布设专门线路。前期投入较少，见效快，后期维护升级成本低；（2）实时性强：与以往的一些应用系统，例如GSM相比，GPRS在实时性上具有明显优势，在系统的通信过程中延迟非常小，不需要过多等待，可以同时对多个数据点进行信息的采集，能最大程度上满足系统的实时性的需要；（3）抄表范围广：GPRS网络覆盖范围较为广泛，可以在更大的范围内完成对终端的管理和控制，并且接入点没有限制、容量扩展也没有限制，可以满足多种地域的接入需求；（4）能够实现对电表的远程监控：GPRS的双向数据信道可实现对电表的实时控制、参数调整等远程操作。

远程抄表系统组成一般包括：电表、采集器、远程控制中心等。远程抄表系统从结构上大体可以分为：系统主站、无线通信信道、数据采集设备三部分。主站为单独组网，采用防火墙进行安全隔离。通过RS-485协议将用户端数据传送给处理控制模块，GPRS模块将数据传输至远程监控中心，实现数据的采集和指令的交互。

2 电力远程抄表系统异常处理机制研究

远程抄表系统每一个通信单元都含有几百个甚至上千用户终端，数量众多的通信终端为系统的安全可靠运行增加了较大压力。并且在实际的工作运行环境中，智能电表要求是24小时连续运行，系统也要保持24小时连续进行数据的采集和处理，这对系统的抗干扰能力也提出了很高要求。但是目前情况下，电表生产厂家多、型号复杂，电磁兼容、抗干扰性能不一，这些情况往往会造成数据的不准确，造成异常情况的发生。主要异常情况可分为电表故障类异常、事件类异常、IC卡异常等[2]，主要异常情况如表1所示：

具体异常处理机制分析如下：（1）系统内部控制系统错误：当用户目前账户余额为0时，电表内部设定的继电器断开，控制开关被触发，系统断电。当此项异常情况出现后，电表持续供电，在系统显示屏幕上显示错误代码，系统用户在购买电后，错误代码消失；（2）ESAM错误：在液晶显示器上显示代码，并将错误代码发送至控制中心，提醒用户和管理中心需更换ESAM进行电能表的维修；（3）内卡初始化错误：显示错误代码，由用户向服务公司反映维修；（4）存储器故障：上传错误代码，提醒工作人员进行修复；（5）过载：程序探测到用户使用负荷大于的1.2倍的最大电流，在液晶显示器显示相应错误代码，并将结果上传至信息中心；（6）过压：程序探测到用户电压大于1.15倍，在液晶显示器显示相应错误代码，并将结果上传至信息中心；（7）有功电能方向改变：程序在执行过程中探测功率变化，如果发现功能数字在减少，表明进出线接反了，将结果反馈至控制中心，并设定异常级别，提醒工作人员进行维修；（8）用户编码错误：显示错误代码，反馈结果，主要由用户方进行解决；（9）购电超囤积：在探测到异常情况出现后，提示用户，需处理；（10）卡损坏或不明类型卡：显示错误代码，提示用户重新插卡；（11）已经开过户的新开户卡：显示错误代码，提示用户重新插卡。

3 异常处理机制的实现

读表模块的设置主要是为了监控终端，并且依照電表约定的串口来进行指令的发送，由于RS-485采用的是半双工接口，所以需要切换收发状态。

异常处理机制的主要处理模式如下[3，4]：（1）中断方式：在系统检测到异常之后，中断正在执行的块，完成异常处理之后，在控制流程返回处理中断点，继续执行程序；（2）无条件转移方式：在系统检测到异常之后，需要无条件终止执行的操作，从而转向有标号的异常位置开始进行处理；（3）恢复方式：系统检测到异常后，要控制流程转向异常处理器，由其负责将未处理的操作完成，然后在出现异常的位置继续执行；（4）重试方式：这种方式是具有特殊处理语义的中断方式，在失败后重新执行。

异常处理是系统设计中的重要部分，直接关系到系统的稳定和完备性，本文在电力远程无线抄表系统的设计中，重点从软件层面上设计了较为完备的异常处理机制。

在完成系统的异常处理机制设计线程后，需要对相应的线程和功能进行测试，但是由于时间、精力以及实现条件的限制，本文主要在JAVA虚拟机进行了系统层面的功能测试盒性能测试，测试结果显示，本文设计的异常处理机制满足系统设计要求。

4 结束语

本文在研究现有各种无线抄表系统规定基础上，设计了基于GPRS电力远程无线抄表系统异常处理机制，采用多线程技术，加入异常处理机制，使该系统更加完善。利用多线程技术，将各部分功能独立出来，以线程的方式来运行，将各部分之间的相互影响降到最低，使系统运行更快、更稳定、功能更强，同时降低了系统异常对其它部分的影响，并进行了系统的性能测试和功能测试，保证了系统运行的正确性和完整性。

参考文献：

[1]李志伟.基于AT指令的串行通信程序的设计[J].微计算机信息，2007（33）：272-274.

[2]XING Jian Ping；ZHANG Jun；LI Wei Ye Vehicle GPS real time monitoring communication system base on GPRS/CSD，2006.

作者简介：李卫炜（1979-），男，河北保定人，工程硕士在读，研究方向：计算机技术。

浅析电力无线抄表系统 篇4

目前, 我国所采用的抄表方式大致可以分为三种:一是传统的人工抄表方式, 抄表人员到用户处读取数据, 返回总局后将数据录入电脑处理, 这种方式极为原始, 城市人口密集, 住宅分散, 高层居民住宅不断增加, 或者地处偏远山区, 人工抄表遇到很多困难, 入户难, 企业管理开支大, 抄表人员工作条件差, 效率低, 劳动强度大。二是预付费方式, 抄表人员无需到用户处, 用户通过银行划账或购买电卡, 按购买额提供用量, 完成收费。三是远程抄表方式, 电能监控中心通过远程通讯系统自动获取远程仪表数据的方式。如果用有线来传递数据, 技术简单、成熟, 易于实现;但施工布线工作量大, 网线易受人为破坏, 线路损坏后, 故障点不易查找。如果使用无线系统, 施工很简单, 系统好维护, 故障好查找, 因此无线抄表将成为抄表方式的发展主流。

1 系统结构

本系统包括三个组成部分: 集中采集器、GPRS网络及电能监控中心。

(1) 电表集中采集器位于居民小区的信息中心 , 居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中采集器, 既可支持单个电表, 也可以同时支持多个电表, 实现对电表参数的采集, 存储, 预处理或并将采集到的电表数据实时传送, 电表集中器再通过RS232接口与无线路由透明数据传输终端相连, 也可在无线网络中断的特殊情况下通过手持器或抄表车红外抄表。

(2) GPRS移动数据传输网络 , 接收无线路由透传的数据 , 将数据传至电能监控中心, 电表集中器采集的数据经GPRS网络接口功能模块同时对数据进行解码处理, 转换成在公网数据传送的格式, 通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输, 最终传送到监控中心服务器。各电表使用GPRS透明数据传输终端, 通过移动的GPRS网络与电能监控中心相连, 同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记, 并与采集点信息进行关联, 以便识别和维护处理。采集中心运行数据采集中心系统软件, 实时采集电表数据。

(3) 电能监控中心 , 中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后传送到监控中心计算机主机, 通过系统软件对数据进行还原显示, 并进行数据处理, 这样进一步增强了系统数据通信安全性能, 转送计费系统或电力MIS, 对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等, 可对异常情况进行告警, 同时对用户使用情况实时监控, 保证电力局的合法收益。

2 GPRS 网络组建

2.1 网 络结构

星型网, 是最简单的网络结构;凡是使用“点对点”直接传输工作模式的, 都属于星型网络结构。当组内只有几个节点, 而且从中心到每个节点可以可靠控制时, 星型网络及其控制技术几乎是最好的选择。

树型网, 是指使用了简单的中继技术, 从而能够把命令或数据可靠地传输到较远地方的一种网络结构。对于节点数不多, 但其中一些节点离中心点比较远时, 使用树型中继网络是比较好的。

格型网, 也叫网状网, 因为像“渔网”而得名。几十或上百个节点聚在一起, 相互之间会形成比较复杂的依存关系。用格型网来描述它们之间的关系比较合适, 依据这种模型建立的自动路由算法, 能够更好地改善抄表系统的性能, 取得良好的运行效果。

2.2 自动路由

无线抄表系统传输距离较远, 必然用到中继路由的技术, 在此引入自动路由, 自动路由就是要在没有人工干预的条件下, 由一组抄表模块 (或抄表器) 自己寻找并建立“从源点到目的节点”的一条中继路由。然后, 沿着这条路由传递数据。当一个采集器下的无线抄表节点数明显大于50个时, 使用“自动路由”技术几乎是必然的选择。因为它不仅能简化人工建立中继路由的工作量;而且在日常运行中能够适应环境的不断变化, 从而使系统始终处于良好的运行状态。做法是模块中不存放路由信息, 需要使用路由时, 临时现找。当一个节点准备传送数据时, 先要发起广播寻路动作, 指明想要寻找的目标模块地址。每一个听到这条命令的模块, 要设法把这条命令以广播的形式转发出去。转发要遵循“载波侦听, 冲突避让”的原则, 就是在自己的信号发出前, 要先侦听信道是否空闲?如果空闲, 则发出去;否则安排一个随机等待时间, 然后再侦听, 直到消息被发送出去。目标节点将选出一个较好的路由, 逆向给出应答, 传回“源节点”。至此, 路由建立完成。

3 优缺点对比

电力载波:以电力线作为传输信道, 将数据信号调制为高频信号叠加在电力线上进行通信。此方式无需另外布线、易施工、成本低、与电网建设同步。目前国内10k V以上电压等级的高压电力线载波技术已较成熟, 但低压电力线载波还未能达到令人满意的水平, 制约了电力线载波抄表在我国的应用。原因在于电力载波信号存在着脉冲干扰, 传输距离越远, 信号衰减越大。低压电器电磁兼容性的控制尚不十分严格, 低压电力线上存在的电磁污染严重, 干扰大, 影响载波通信的质量;另外, 用户负载千变万化造成网络传输特性复杂多变, 难以用准确的数学模型加以表征。因此, 抗干扰是低压电力线载波技术必须克服的问题。

RS485总线 : 集中器与采集器之间通过RS485总线连接 , 通过485总线来进行通信 , 此种方式通信可靠性高 , 目前已有许多抄表系统采用这种抄表方式, 但此种方式必需布线, 许多小区布线难度很大或根本不允许布线, RS485总线方式抄表就难以应用。

以太网: 以太网抄表方式主要应用于一些新型的装有网络的小区, 每个采集终端在网络中均客户机的模式存在, 抄表时采用TCP/IP协议来传输数据。这种方式只能适合于网络完善的小区, 目前这种小区还很少, 该方式应用极少。

有线电视:通过利用现有的有线电视网, 以有线电视网络为通信信道, 利用CABLEMODEM作为接入终端的抄表方式。该方式不用布线, 成本较低, 但由于有线网络传输数据量较大, 在电视收看高峰期对抄表有较大的影响, 所以通信可靠性也不算理想。

无线抄表:系统与传统的入户抄表、有线抄表模式相比, 存在以下优点:

(1) 不用布线 , 系统安装方便 , 无线抄表系统最大的特点是不用布线, 安装方便。第一, 它可以大大减少工程人员的劳动, 保证工程的顺利进行;第二, 在某些小区或旧工程的改造中, 布线是完全不允许的事, 采用无线抄表, 可完全解决该问题;

(2) 无线全路由技术战胜了无线受环境影响的难题 , 传输距离远 , 性能稳定可靠, 无线抄表系统中每个数据接入点均是中继点 , 它是全路由的 , 是动态的路由 , 它从根本上解决了既要是免收费的微功率, 又要传输远的矛盾, 从而达到了通信可靠性非常高的效果。

4 结语

无线抄表方式将是未来一种较为可行的抄表方式, 如果与IC卡表技术相结合, 将具有更加完善的功能, 但无线远程抄表技术目前仍存在一些难以解决的问题, 如信息出户和集中, 仪表屏蔽问题等, 解决出路在于运用网络通信方法, 探索有效、简单、可靠、实用、可行的方案。

摘要：本文阐述了一种适应多种智能电表通信规约的无线抄表系统搭建方案, 核心实质就是不需要拉线, 最适合那些难以铺设电线的场合。在符合国家信息产业部无线电管理局[2005]423号文件“微功耗 (短距离) 无线电设备技术要求”的硬件环境中, 无线远程抄表系统通信可靠性、安全性、适用性得到大幅提高。居民户电度表虽然可以采用低压电力线载波技术抄收数据, 但是十多年来始终无法达到令人满意的程度。无线抄表正是突破低压载波困局的一条蹊径。

无线电力 篇5

一、方案介绍

通过中国移动的GPRS网络系统，电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。

中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统，实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

GPRS电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和位于居民小区的电表数据采集点组成，利用中国移动现有的GPRS/GSM网络，电表数据通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器，居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485总线传到电表集中器，电表集中器通过RS232接口与GPRS DTU(Data TraNSfer unit，全称数据传输单元，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信 网络进行传送的无线终端设备)透明数据传输终端连接，电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

对于DTU来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口数据与GPRS网络数据包的转换就相对简单了。一旦接收到用户的串口数据，DTU就立即把串口数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。反之，当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给用户设备。通过有线的数据采集中心，同时与很多个GPRS DTU进行双向通信。这是目前GPRS DTU应用系统中最为常用的方式。

二、方案优点

GPRS无线电力远程抄表系统具备如下特点：

① 实时性强： 由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

② 可对电表设备进行远程控制：通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

③ 建设成本低： 由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；

④ 集抄范围广： GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

⑤ 系统的传输容量大： 配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

⑥ 数据传送速率高： 每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

⑦ 通信费用低：用户可根据情况采用包月或包年不限流量的计费方式。

三、系统构建

由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名，各个电表数据采集点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机，从而进行数据通信。

（一）系统组成1、电表数据采集点

电表数据采集点位于居民小区的信息中心，居民用户的用电数据由复费率电表首先通过RS485接口通过双绞线连接到位于小区信息中心的电表集中器，电表集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络，通过GPRS网络传送至电力公司数据中心电力远程抄表系统，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

电表集中器通过RS485接口直接连接到电表上，既可支持单个电表，也可以同时支持多个电表，实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心；同时，电表集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。

2、配电中心

配电中心服务器申请配置固定IP地址，采用省移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。

监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。

配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行警告，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。

3、GPRS/GSM移动数据传输网络

电表集中器采集的数据经GPRS/GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。

（二）系统方案

各电表使用GPRS透明数据传输终端，通过移动的GPRS网络与配电中心相连。

电表使用GPRS普通数据卡或APN专用数据卡，同时监控中心对各点GPRS终端编号进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。各电表数据采集点运行系统软件，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的电表数据。

凡电力局授权的信息采集点均可以使用本系统：

1、电表数据采集点必须使用移动统一的APN卡，用户使用本卡只能用于与供电局数据中心通信功能。

2、终端设备使用梦网科技公司提供的GPRS移动数据通信终端。

3、用户登记：符合供电局的规定。

推荐省级配电中心通过公网使用APN接入到移动GPRS网，这种方式成本比较低，安全性比较高，而且速度和网络服务质量都保障；也可以通过GPRS专线接入到移动GPRS网，这种方式成本高，安全性高、稳定可靠。

由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，配电中心计算机主机配置固定的IP地址，各个电表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。

（三）产品特性

系统采用MRM6155 DTU无线透明数据传输终端。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232/RS485接口，可直接与PC、单片机系统、RTU测控终端、PLC（指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写）、GPS接收机、数据集中器等连接，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站点之间的数据采集和控制。

1、高度集成GPRS和TCP/IP技术，可实现点对点，点对多点等灵活的无线组网方式；

2、内置嵌入式CPU完成复杂的网络协议，支持PPP、ICMP（Internet Control Message Protocol，Internet控制报文协议）、TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP（User Datagram Protocol，数据包协议）、DNS等协议，为用户数据提供透明传输通道；

3、性能稳定，保证野恶劣环境下长期可靠工作，内置看门狗电路；

4、支持永远在线模式，用户可设置心跳间隔时间和心跳包，保持设备长期在线；

5、在网络故障或中心关闭等情况下，DTU具有条件恢复后自动重连功能；

6、DTU能够工作在全透明传输方式下保证100%不丢失，除非网络故障；

7、DTU能够工作在全透明传输模式和用户指令模式，以给DTU傻瓜型和灵活性双重角色；

8、支持中心为固定IP方式或动态IP+动态域名解析方式；

9、提供RS232/RS485/RS422通讯接口，波特率可选择，从300bps到115200bps，开始位/停止位/奇偶校验可选，RTS/CTS流控可选；

10、支持近端和远程参数配置与访问；

11、支持远程唤醒；

12、内置FLASH存储器，能够长期保存用户配置的参数；

13、支持串口升级固件程序；

14、支持APN数据专网业务；

15、抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用场合。

（四）安全措施

由于电力远程抄表系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

1、APN（英文全称是Access Point Name，中文全称叫接入点，是您在通过手机上网时必须配置的一个参数，它决定了您的手机通过哪种接入方式来访问网络）专网模式：利用SIM卡的唯一性，划定用户可接入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，在网络侧对SIM卡和APN进行绑定，只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN。

2、对于特定用户，可通过数据中心给每个移动终端分配特定的用户ID和密码，其他没有数据中心分配的用户ID和密码的移动终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

3、安全的防火墙过滤，设置防火墙软件保障系统安全。

四、结论

电力无线抄表系统研究 篇6

目前, 我国电力系统抄表方式主要有三种: (1) 人工抄表方式, 这种抄表方法存在很多管理弊端和安全隐患:抄表数据的可靠性和准确性没有保证;居民区电缆布线复杂, 存在断线和短路等问题, 存在严重的人员安全隐患[1]。 (2) 预付费抄表方式, 用户需要到电力部门购买电力付费卡, 将金额充入磁卡预缴电费, 当电力余额即将用尽时, 测量表装置给用户发出余额不足的警告, 该方式给居民造成了很大的不便, 而且经常出现断电的情况, 不够人性化。 (3) 通过专用通信线路自动获取远程用户仪表数据的方式, 由于我国不同区域基础电网构建区别很大, 而且存在线路老化等问题, 该方式只能在小范围运行, 不适合推广。

随着经济和社会的发展, 居民用电量急剧增加, 电能表抄表量大幅升高, 用电的管理成本及管理复杂度越来越高, 传统的抄表方式已经无法满足当前需求, 随着我国智能电网建设的逐步开展, 电力抄表技术向着智能化、远程化的方向发展, 无线通信技术的特点符合现代抄表的技术要求, 电力无线抄表系统的研究和应用必将给用户带来极大地便利并推动电网的智能化发展。

2、电力无线抄表系统

电力无线抄表系统是利用嵌入式系统和无线网络技术自动读取并处理用户仪表数据, 将数据传到电力系统处理中心进行综合处理的系统[2]。

2.1 电力无线抄表中的无线组网技术

电力无线抄表系统中采集终端采集到的数据与数据集中器之间交互需要通过无线网络传输及组网技术实现。电力无线抄表系统中常用的无线组网方式有Zig Bee技术和微功率无线自组网模式。

Zig Bee技术应用于短距离范围内低速率数据传输模式下的无线电子设备通信, 是一种非常可靠地无线数传网络, 其数传模块与移动网络基站类似, 适用于数据传输量不大、速率要求不高、成本较低、功耗较小的场合。Zig Bee技术适用于无线抄表的主要特点有: (1) 系统成本低, Zig Bee使用工业、科学、医疗频段, 该频段可以自由使用, 降低了应用成本;Zig Bee协议教简单, 可以在存储能力和计算能力有限的MCU上运行, 成本不高。 (2) 系统功耗低, Zig Bee采用睡眠唤醒机制, 大部分时间处于低功耗状态, 工作状态下功耗也为1-3mw。系统可以再不工作时进入休眠状态, 降低功耗。 (3) 数据传输率低, 仅10kb/s-250kb/s, 专注于低传输应用, 可以满足抄表系统对仪表数据的采集需求。 (4) 数据传输安全性高, Zig Bee采用AES-128加密算法加密数据的传输, 保证数据的可靠性, 可以满足抄表系统对数据加密的需求。 (5) 网络容量大, Zig Bee网络最多可以支持65000个节点, 网络节点之间可实现多跳传输。 (6) 网络结构灵活, Zig Bee支持多种网络拓扑结构, 组网方式灵活。

微功率无线自组网模式, 无线自组网是一种多跳频率的临时性自治系统, 由一簇带有无线射频收发装置的移动终端节点组成, 可以随时随地快速组建一个通信网络, 网络中各终端可自由移动且地位平等。微功率无线组网技术融合了先进的自组织网络技术, 无需中央控制, 其主要特点有:自适应、自组织、自路由、自恢复、自愈合。

2.2 数据传输方式

采集到的电力数据从数据集中器无线传到数据管理中心的方式有:GSM、GPRS、3G等。GSM即全球移动通信系统, 是第二代无线数字蜂窝移动通信系统的网络标准, 通常使用的频率有900Hz、1800Hz、1900Hz, GSM移动系统提供语音、传真、短信等业务, 其中短信功能成本低、可靠性高, 适合于无线传输系统的应用。GPRS是在GSM系统基础上发展起来的业务, 采用了分组交换技术, 不需要专有信道, 提高了无线网络利用率, 具有传输速度快和入网快的特点, 可实现与internet的无缝连接。3G是以CDMA技术为基础的新一代移动通信技术, 3G系统采用无线宽带传输技术、复杂的编译码和调制解调算法、多址干扰对消等技术, 能够提供更高的传输速率和更好的服务质量[3]。

2.3 电力无线抄表系统的一般工作流程

无线电表采集用户电量并转换为脉冲信号, 定期对数据进行存储、积分处理, 通过射频模块将数据传输到Zig Bee网络或者微功率无线自组网网络, 中继器将数据传到无线网关, 无线网关对各中继器采集的数据整合处理, 将数据通过GSM、GPRS或者3G网络发到控制中心, 控制中心可提供电量使用情况的查询、管理等服务, 控制中心也可以实现对数据传输中各传输层的控制, 能够发送控制指令到采集终端。

3、电力无线抄表系统存在的主要问题

电力抄表系统在理论上是可行的, 但是应用到实际当中时, 还有很多工作需要继续探讨, 如:无线网络传输距离、障碍物对无线网络的影响因素、电力无线采集终端安装的位置、终端发射功率、终端之间的相互干扰。这些问题的逐步解决对于建设鲁棒、可靠、低成本的电力无线抄表系统来说至关重要。

摘要：随着居民用电量的急剧增加, 传统电能表抄表方式面临严峻挑战, 电力无线抄表系统能够实现智能化、远程化抄表, 可以很好地满足未来电力系统抄表要求。首先, 介绍和分析了目前电力抄表方式所存在的问题, 然后阐述了电力无线抄表系统的无线组网及传输模式, 最后分析了电力无线抄表系统所需要解决的方面。

关键词：无线抄表,电力系统,无线组网

参考文献

[1]毛玉蓉.基于Zigbee技术的无线传感器网络研究[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (10) :91-94.

[2]林建平.基于WNS技术的嵌入式无线抄表系统[D].上海:上海交通大学, 2009.

无线电力传输的原理及应用 篇7

1 无线电力传输的原理

1.1 电磁感应—短程传输

19世纪30年代,法拉第以两个线圈和一个铁环的实验中发现电磁感应现象以来,电与磁现象之间的秘密得以揭开。电磁感应现象的运用可以使电能的输送不再依赖于物体间直接传输,而是可以借助磁场来将电能进行转化再进行传输,变压器正是基于此来实现初级线圈和次级线圈中电能的变转工作的。无线电力传输中的短程传输则是根据电磁耦合的规律而进行的。

短距离无线电力传输的电磁耦合原理图,如图1所示,其中,B为匀强磁场的电磁感应强度,L1和L2为两个在不同平面的线圈,L1称为发射线圈,L2称为接收线圈,Z和D分别代表线圈间的距离和线圈L1的直径距离,带箭头曲线代表磁感线。根据电磁感应现象分析可知,当发射线圈L1中通以交变电流时,那么,这个交变电流便在周围空间范围内产生一个交变的磁场,由于回路是闭合的,于是随着磁感线切割发射线圈L1周围的磁场,使得该闭合回路的磁通量发生变化,最后在接收线圈L2中产生感应电动势E=BLV·sin A(其中sin A为V或L与磁感线的夹角)。实际应用中,L2端可接负载或接收电能的设备如电池,图2所示为基于电磁感应的无线充电原理,这一产生的感应电动势能量便能传输到二次端设备,例如以色列的Powermat(无线电源科技公司)公司推出的“电源垫”便是典型的应用电磁感应现象的装置。

1.2 电磁耦合共振—中程传输

类似于物体在相同频率下发生声音共振的现象,电磁共振耦合现象则是指两个装置在相同频率下发生能量传输的过程,如图3所示为利用磁共振原理实现无线充电的示意图,在中远距离无线电力传输中得到广泛的应用,现代电动汽车的无线充电方式正是基于这一原理而得以实现的。

中程距离的电磁共振耦合装置由两个线圈构成,同样地分为发射装置和接收装置。但与短程传输不同的是,该系统中的发射与接收装置不分彼此,也就是说,发射装置既可作为发送能量端也可作为接收能量端,这是因为两个线圈都各自有相应的自振系统,而且发送端中的直接能量传输形式不再是电磁波,而是振荡电流,电磁波则是由振荡电流产生的。于是,能量的传输过程则成为:发送装置振荡器(与能量相连)→振荡电流→电磁波→磁场→接收装置,图4是基于电磁共振的无线电力传输系统框图,很好地描述了电路装置中能量的传输过程。值得注意的是,当接收装置中的自身频率与传输过来的电磁波频率相同时,电路中的能量传输效率最高,中远距离的无线电力传输形式也是无线电力传输技术中传输效率较高的。

1.3 微波/激光—远程传输

根据无线电波的波长与定向性程反比的电波理论,所以在电能的无线电力在远程距离传输时便采用波长很短的微波或激光的形式来完成,微波频率介于300MHz~300GHz之间,0.1cm~1m之间,是传输能量较高的电磁波。无线电波传输电能的原理和所谓的矿石收音机相似,以微波形式为例,由微波发送装置和微波接收装置组成,微波源可由直流电或频率为50Hz的交流电经半导体器件组成。如图5所示是无线电波式的电能传输示意图,由此可以看出微波电力传输装置可分为微波源、发射天线和接收天线3部分,以此实现电能的无线传输。

2 无线电力传输的应用与发展前景

2.1 解决电力线路架设困难地区的电能输送问题

传统的电能传输是通过架设电力线路而完成的,然而在高原、沙漠这些地方往往很难铺设,并且由于某些需要建立如科研工作站、卫星监控站等场所而必须保证其正常供电,那么,无线电力传输技术在这些地方的运用就显得很有必要了。此外,为充分利用自然能源,电力企业会因为阳光充足而选择在西北地区如新疆、西藏等地发展太阳能发电,在南方雨水量充足的地方如长江三角洲、风力能源充足的沿海地带发展水力和风力发电,同样的因为发电站电力线路铺设和电能传输困难的原因,电力部门往往选择无线电力传输技术解决这一难题,如此一来不仅实现了电能的稳定运输,还减低了电力系统运行的电缆铺设成本。

2.2 输送卫星太阳能电站的电能返回地面

卫星太阳能电站是实现将太空中的太阳能进行电能转换的装置,再运用无线电传输技术将太空电站转化而来的电能以电磁波的方式返回地面,地面工作站再将这些返回的能量进行变化、调度,最终通过电力系统网络给用户供电。卫星太阳能电站电能回传地面主要是运用了无线电传输技术中的远距离传输(无线波式传输)的特点,将大气层外的太空所接收的不竭能源—太阳能充分利用,这种能源既环保又充足,不失为资源逐渐消耗的工业社会时期的重要能量来源。

2.3 在家用电器、手机、汽车等产品中实现无线充电

随着无线电力传输技术的大力发展,这一技术不单只在浩大的电力系统工程中得到广泛的应用,在我们的生活周边中随处可见的电器产品如手机、电脑、平板等身上,也有望在未来一段时间内实现无线充电技术的大规模普及。目前,海尔、LG等公司在无线充电领域也实现了新的突破,例如海尔应用在大功率家用电器上的无线充电进程中,实现了系统效率高达90%,充电功率接近1k W,可实现隔墙充电的突破;还有LG公司的推磁共振充电技术,可以做到手机和充电器距离远达7厘米的程度,也就是说随着这项技术的不断深入研发,未来只要在房间中装设无线充电器,手机在口袋中就可以实现自动续航了。

3 结语

尽管无线电力传输技术当前在传输效率、健康问题等方面还存在许多待解决的问题,但是依然不能阻挡它前进的步伐。目前来看,无线电力传输技术不管是在地面长距离输电领域、太空太阳能电站回传电能技术,还是智能社会中如家用电器、汽车无线充电领域中都将得到广泛的应用,是未来引领新技术革命中最有潜力的一项技术。

参考文献

[1]王秩雄,胡劲蕾,梁俊,等.无线输电技术的应用前景[J].空军工程大学学报(自然科学版),2003(1):82.

[2]刘永军.无线电力传输技术:创造未来空间神话[J].中国电子商情(基础电子),2008(11):70-75.

[3]曾翔.无线电力传输技术的研究[J].硅谷,2010(10):25-27.

高压电力线无线温度采集系统 篇8

在发电厂、变电站里, 高压开关柜中的触头、高压电缆的接头因接触不良或过电流运行时, 因接触电阻过大, 会引起开关触头或电缆接头发热;若不及时排除, 可能导致电缆的绝缘破坏, 形成重大故障甚至火灾, 造成重大经济损失。因此, 实时在线监测高压开关、高压电缆接头的温度, 可以有效预防故障, 保证系统可靠运行。

该发明提供一种安装方便、运行稳定、抗干扰能力好, 低功耗, 数据准确可靠, 可在线监测高压开关柜中的触头、高压电缆的接头的高压电力线无线温度采集系统。

高压电力线无线温度采集系统包括温度节点、路由器、终端设备和上位机, 温度节点的数据发送到就近的终端设备或路由器, 路由器接收到的数据再转发到终端设备, 终端设备与上位机连接;终端设备接收上位机的设置、命令, 并将温度数据通过串行接口传到上位机显示。该系统温度节点、路由器、终端设备之间的数据传输全部采用无线方式。温度节点按设定每隔一定时间将温度数据发送给路由器, 路由器将温度数据直接发送到终端设备, 或通过其他路由器发送到终端设备。

温度节点包含第一无线模块、数字温度传感器和锂电池。锂电池和第一无线模块的电源线连接, 为其供电;第一无线模块的两个I/O引脚分别与数字温度传感器的电源线和数据线连接, 控制数字温度传感器的供电和读取温度数据;第一无线模块将测得的温度数据暂存, 然后将温度数据打包发送。一旦发现温度数据异常, 会立即发送一次温度数据。

路由器包含第二无线模块、滤波电容和显示二极管。滤波电容用于过滤电源部分的干扰, 确保无线系统的稳定性和可靠性;显示二极管用于显示路由器的工作状态, 方便调试和故障检测;第二无线模块用来接收周围温度节点和其它路由器的数据, 然后将其转发。

终端设备包含第三无线模块、滤波电容和显示二极管和报警装置。滤波电容用于过滤电源部分的干扰, 确保无线系统的稳定性和可靠性;显示二极管用于显示终端设备的工作状态, 方便调试和故障检测;第三无线模块接收温度节点和路由器发回的数据;第三无线模块带有串行接口, 与上位机连接, 可以将数据传到上位机显示;第三无线模块的一个I/O引脚与报警装置连接, 超过预警温度会启动报警。

上位机采用工控机或微机, 负责温度节点的分布和显示各个温度节点的信息, 而且还可以对整个系统设置一些运行条件, 比如温度上限和温度下限, 当某个节点的温度高于或者低于系统所设置的条件时, 该系统就会发出相应的报警信息, 并且能定时保存数据和报警记录, 为日后查询提供直接依据。

第一无线模块、第二无线模块和第三无线模块为低功耗无线数传模块, 如工作于2.4GHz频段或ISM频段的无线数传模块。该无线数传模块为一种集无线数据接收和发送于一体, 以及对数据进行处理的片上系统, 使得系统设计更为简化, 大大增强了该无线系统的稳定性和可靠性, 同时也使得开发成本进一步降低。

与现有温度监测系统相比该项发明的优点:采用锂电池供电的低功耗温度节点, 并通过无线方式传输数据, 系统易于安装, 运行安全稳定、抗干扰能力好, 保证测温数据的准确可靠, 温度节点的功耗较现有产品可降低3倍以上, 大大地延长了电池的使用寿命, 且实时在线, 响应速度快, 体积小, 可节省大量的人力、物力。

联系人:曾志生

地址:山西省太原市小店区坞城路92号

电力无线通信的技术要点分析 篇9

关键词：电力通信,无线网,技术要点,对策

通信科技是人们传递信息的主要科技形式, 其利用数据信号转换不同的信息内容, 再按照特定形式将信息传递给接受者。电力无线通信是当前科技研究的重要课题, 借助电力行业可以看出无线通信技术的应用优势。

一、电力工程改造的现状

电力行业是现代工业经济不可缺少的组成部分, 其不仅关系着社会电能的供应与传输水平, 也影响着一个行业的可持续发展。从实际操作情况看, 电力工程改造正面临着严峻的考验, 诸多因素对系统功能造成了不利干扰, 这就需要供电部门采取有效的管理对策。最近几年, 全国各地均增加了电网改造工程的投资额度, 如表1, 旨在加快电网的现代化进程。

(亿)

电力系统是从事发电、变电、输电、配电、用电等多项操作的主控平台, 借助系统调度方案可实现电能资源的高效利用。从表1可知, “十二五”计划 (2011-2015年) 中, 我国大部分省区对电网改造均投入了大笔资金, 这不仅说明了国家对地方电网改造工程的重视, 也标志着旧电网改造已经成为行业发展的必然趋势[1]。其中, 无线通信网是电力行业改造的一个关键点, 这对于电网调度、电能供输、设备控制等均是十分主要的内容。

二、电力无线通信的优势

近年来, 电网的无线网控制技术日趋成熟, 显著降低了电网的故障率, 维护了电力系统内外部装置的持久应用, 这些都为电网循环利用提供了有利的条件, 提升了资源的实用性。无线信号不仅传输距离远, 且整体信号的状态相对稳定, 推动了电力设备工作状态的稳定性。电力无线通信具有多方面的优点, 具体包括:

1、周期短。

用数传模块建立专用无线数据传输的方式, 只需要架设适当高度的天线, 工程周期只需要几天或者几周就可以。相比之下, 无线的方式可以迅速组建起通信链路, 工程周期大大缩短。另外, 对于电力传输作业中遇到的故障问题, 无线网也可快速地反馈给控制中心, 保证了电力信号调控流程的规范性, 维持了电能传输作业的有序进行。

2、抗干扰。

有线通讯遇到山地、湖泊、林区等环境, 将对有线网络的布线工程有着极强的制约力。而用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将不受这些限制, 用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将比有线通讯有更好的更广泛的适应性[2]。具体来说, 无线通信网几乎不受空间、时间、地域等因素的干扰, 整体的传输效率较高。

3、可扩展。

传统电力网络运行的故障率较高, 常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式, 需要重新的布线, 施工比较麻烦。采用无线数传电台建立专用无线数据传输方式, 只需将新增设备与无线数传电台相连接就可以实现系统的扩充了, 这种通信模式的可扩展性较好, 且可以跟随着电网规划的应用要求, 不断地调整作业模式。

三、电力无线通信的技术要点分析

新时期我国电力系统功能有了很大的改善, 在原有供应电能基础上实现了优化改造, 扩大了系统供配电的作业范围。与此同时, 用户对电网运行也提出了更高的要求, 电力系统作业评判的标准也有所改变。无线通信科技应用于电力网络调度, 不仅是行业科技的创新要求, 也是对旧电网优化改造的必然趋势。从已经改建成功的电力工程来看, 无线通信在电网实际运行阶段也着实发挥了多方面的作用。电力无线通信是基于计算机控制平台的新模式, 其技术要点:

1、数据采集。

电力行业是市场经济不可缺少的一部分, 其在推动社会供配电传输中发挥了重要的作用, 也是未来城市及农村地区改造的重点项目。在这种应用中, 计算机只承担数据的采集跟处理工作, 而不直接参与控制[3]。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警, 同时对这些变量进行累计分析和实时分析, 得出各种趋势分析, 为操作人员提供参考。

2、数字控制。

计算机根据控制规律进行运算, 然后将结果经过过程输出通道, 作用到被控对象, 从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于, 在模拟系统中, 信号的传送不需要数字化;而数字系统必须先进行模数转换, 输出控制信号也必须进行数模转换, 然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力, 所以控制算法的改变很方便, 为电网数字化控制提供了保障。

3、信号监控。

这个系统根据生产过程的工况和已定的数学模型, 进行优化分析计算, 产生最优化设定值, 送给直接数字控制系统执行。计算机平台辅助无线通信网络, 能够辅助电信号调度作业, 对电网工作状态实施24h小时监控, 这样便可保障网络的的运行效率。监督计算机系统承担着高级控制与管理任务, 要求数据处理功能强, 存储容量大等, 一般采用较高档微机。

4、存储备档。

电力系统改造建设有一定的周期性, 改造后的电网并非长久不变的, 存储有价值信息对后期改造具有较高的指导性。电力无线通信配备了专用的数据存储模式, 对改建中形成的数据信息实施存储, 录入了工程改造环节的诸多有价值信息。例如, 计算机数据库可定期收录与电网改造相关的数据, 并且借助计算机平台进一步处理后存档, 这样方便了其它电网工程改造方案的参考。

四、电力通信改造的注意事项

电力通信改造是整个行业的必然趋势, 也是推动我国产业结构优化升级的前提要求。无线网络能够加快电力信号的传输, 特别是在高压电传输作业条件下, 无线网的功能特性更加明显。相比于有线网络, 无线电网的安全系数更高, 执行电能供输指令时不会造成异常性故障。对于电力行业来说, 电力无线通信网传输还需注意多个方面的问题, 不仅要考虑无线网络的布局, 还要对通信模块实施必要的调整[4]。

五、结论

电力系统是对电能资源优化配置的重要方式, 借助电网可以加快电能资源的优化调配, 促进了整个行业科技的创新改造。新时期国家对电网扩建工程给予了新的指导, 这就要求供电单位从多个角度考虑工程建设, 拟定切实可行的无线通信网络方案, 保障了电网日常作业的有序进行。

参考文献

[1]费小娟.我国电力工程改造的现状及对策[J].广东电力, 2011, 31 (11) :43-45.

[2]廉雨平.未来电力行业科技改造的必然趋势[J].无线通信科技, 2012, 19 (12) :24-25.

[3]岑少华.新时期电网功能自动化设置及调控的研究[J].南京理工大学学报, 2012, 26 (19) :56-58.

无线电力 篇10

电力资源紧张是众所周知的事情,如何合理调配与使用电力资源成为人们关注的热点问题。目前电力部门或某个用电单位(如大型工业园区)对所管辖用电片区的电力消费情况难以实时监测,并且不清楚其某时间段的电力消耗变化规律,故难以实现有效调配电力资源和管理生产,也无法对电力设施进行优化和重新布局。本文设计的目的就是为解决该问题。

1 设计方案

监测控制部门对若干个片区(可大可小)进行电力监测,在每个片区供电入口安装1个监测点(类似总表),该监测点以CS5460实时采集、存储电力参数,而CC2430根据控制端的指令随时(一天或一月等)读取相应参数,经过ZigBee无线网络传输到控制台,控制台将参数输入到二维坐标图,通过参数曲线图分析各片区电力消费情况,从而采取相应措施。图1所示为系统的结构框图。

2 监测点设计

监测点电路包括:以CS5460为核心构成的参数采集部分,以CC2430构成的无线收发器部分。

(1)参数采集部分

采集与计量核心部分采用CS5460芯片,其内部集成了两个△-∑A/D转换器、高/低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,这些单元电路依据从220V交流电网采样的电流与电压参数,然后算出其它电力参数:电量、有功功率、瞬时功率、瞬时电压、电流并存储[1]。

图2所示为参数采集电路:J1是一个电流互感器,北京耀华德昌电子公司生产,型号:TA17—04,变比:2000:1;抗电强度:6000V AC/1min;用于将安培级强电流转换为毫安级弱电流,两个等值精密电阻(1%)流互感器的次极,会对CS5460的电流通道产生与电流相应的电压信号。J4是高精度、低阻抗的变压器,型号:PE2012-M,输入220V/230V±10%,50Hz~60Hz,输出15V,然后通过1个300k的精密电阻与两个1k的精密电阻(1%)分压成毫伏级输入电压通道。CS5460内部的两个△-∑A/D转换器将这两个通道的值转换后经过高/低通数字滤波器、交给能量计算单元计算并存储,以供收发器读取。

(2)无线收发器部分

如图3所示,无线收发器电路由CC2430及天线构成,CC2430是Chipcon 公司推出的用来实现嵌入式ZigBee 应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议,并满足以ZigBee 为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本,低功耗的要求。它在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1 个8 位MCU(8051),具有32/64/128 kB可编程闪存和8 kB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128 协同处理器、看门狗定时器、32 kHz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21 个可编程I/O 引脚[2]。

CC2430通过P1.2、P1.3、P1.4、P1.7(与图2相应引脚标号连接)对CS5460写命令和读取数据,其时序图如图4所示[3]。CC2430把读取的数据通过射频I/O口馈赠到天线,无线传输到ZigBee网络。

射频I/O口(第32、33、34脚)与天线之间有段“几”字形的巴伦线(如图3所示),主要目的是:在TX模式下,把一个差分RF信号结合为一个单端50欧姆RF信号;而在RX模式下,把一个单端50欧姆RF信号分成一个差分RF信号。利用ADS的协同仿真功能,确定巴伦线匹配元件参数:电感L106 为8.2nH,电感L107为 22nH,电感L108为1.8nH, 电容C131为5.6pF。其巴伦线PCB图如图5所示。

3 ZigBee无线网络[4,5,6]

ZigBee无线网络的拓扑结构如图6所示的网状网结构。在ZigBee网络中,把设备定义为三种角色:ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端节点。这三种设备硬件结构相同,主要区别在于ZigBee协议栈中相应的程序代码不同。协调器负责初始化网络,建立网络、管理网络和存储网络中的信息。它为网络设定一个唯一的标识符(wLND),并选定一个信道作为该网络的通信信道。协调器还将对加入的设备进行管理,如允许或禁止设备的加入,为加入该网络的设备分配网络地址(16位短地址)。此外,它还提供路由消息和安全管理等服务。路由器负责寻找、建立路由路径,完成数据包的转发作用。它可以作为远距离通信的中转站,并通过路由功能拓展网络的规模。终端节点设备没有路由功能,只能加入现有的网络。它能与路由器通信,也可以直接与协调器通信。

图6中节点N1是协调器,节点N2—N5是路由器,其他节点是终端节点设备(即前文所述的监测点)。这三种设备的硬件核心部分相同:均采用CC2430无线收发器(如图3所示)。只不过终端节点设备加一个参数采集(如图2所示),协调器加个串口/USB口转接器,将数据传输到计算机控制台。

从软件上(ZigBee 协议栈)来讲:它包括操作系统层、物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层、安全层等。对于开发者来说,打交道最多的是操作系统层、物理层、应用层。在进入主循环处理函数之前的准备工作中,操作系统的初始化尤为重要。osalTaskInit()、osalAddTasks()、osalInitTasks()三个函数的调用构成协议栈的几大任务列表,重点之一是协调器的组网:通过设置ZDApp_event_loop任务中的事件ID为ZDO_NETWORK_INIT来调用NLME_NetworkFormationRequest及其它函数进行格式化和建立网络,终端设备上电以后,重复发送信标请求,要求加入到最近的网络中。当协调器发现终端设备发出的信标请求,则响应一个超帧结构,用于设备间的同步,一旦同步成功,由终端设备向协调器发送关联请求,协调器同意则回应终端设备并自动分配16位的短地址,至此,两者组网成功。发送数据时调用AF_DataRequest()函数;而接收方的硬件抽象层检测到有数据来时,会生成系统消息并放到系统消息队列中,触发系统事件SYS_EVENT_MSG并调用接收处理函数。

4 控制台

各监测点将实时采集的电力参数传输到ZigBee无线网络的协调器,再从其串口输出,然后经过串口/USB转接器UT-810T的USB口传输到计算机上。工作人员将对数据存储、分析及处理。

5 结束语

以100W灯泡充当用电负载进行试验,底板CS5460能够采集计量其电力参数,架在其上的CC2430无线收发器采用SMT(螺纹接口)天线。然后以两个终端节点、三个路由器、一个协调器进行上电组网,如图7所示:将协调器接入电脑后,可以在无线网络监控软件(将协调器的USB口模拟成串口com6)看到各节点之间无线连接的信号强度良好(比如路由器节点5和终端节点6的连接信号强度为156),最终通过操作台能够正确收发命令及保存数据。

参考文献

[1]Cirrus Logic.cs5460 datasheet[EB/OL].[2011-12-25].http://www.21icsearch.com/pdfdetil_16 A6AE4717 CE509D.html.

[2]Chipcon.CC2430 Data Sheet[EB/OL].[2011-12-02].ht-tp://www.ti.com/.

[3]Single Phase Bi-Directional Power/Energy IC-CS5460A Data-sheet[DB/OL].http://www.cirrus.com.

[4]Callaway E.Home networking with IEEE802.15.4:A developmentsfor low-rate wireless persenal area networks[J].IEEE Communica-tion Magazine,2002,4(8):70-77.

[5]李文仲,段朝玉.ZigBee无线网络入门与实战[M].北京航空航天大学出版社,2007.