电力载波抄表系统中集中器的设计与实现

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1、万方数据特别策划fSPECIALFEATURES电力载波抄表系统中集中器的设计与实现吕锦柏黄梅郑三立／北京交通大学电力系摘要简述了电力载波抄表系统架构的三个部分——主站、集中器和电能表系统，详细说明了集中器的重要作用及其软硬件实现。所述系统采取由集中器进行协议转换的方式，管理不同类型的电能表信息，简化了主站接口，采用GPRS、普通电话线等通信方式增加了通信的灵活性和可靠性。关键词电力线载波ARM通信协议GPRSModem集中器1引言电力线载波(PowerLineCarder，PLC)通信是利用高压电力线(在电力

2、载波领域通常指35kV及以上电压等级)、中压电力线(指10kV电压等级)或低压配电线(380／220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。作为居民电力抄表系统，主要是利用低压电力线作为通信媒介。通俗地说，就是系统同时从低压电力线上获得电源和数据信息，并通过GPRS(通用分组无线业务)以及Modem(调制解调器)等通信设备建立远程通信信道，实现远程快速自动抄表，大大节省了人力资源。有关文献对低压载波的技术问题作了分析，并提出相应的解决对策。由于低压配电网具有覆盖面广、电网无需附加投入等优

3、点，使低压载波技术得到了重视和发展。近年来，电子工业与通信技术的发展为低压载波通信技术提供了成熟的条件，人们通过综合利用多载波调制、分组传送以及中继等技术解决低压载波通信面临的信道衰减和电网污染问题，使低压电力载波取得了迅猛的发展。从抄表系统的总体架构出发，以现有载波技术为基础，配合软件自动搜索中继10I嘭王与胡·2008年第27卷第20期等，以保障系统运行可靠性和安全性，并尽可能减轻主站负担，提高其工作效率。2电力载波抄表系统架构自动抄表系统主要由主站、集中器以及电能表系统三个部分构成，如图1所示。图1载波抄

4、表系统总体架构图主站是控制的核心，几乎所有的操作指令都来源于主站。它以指定协议形式发送操作命令，实现对电能表各种操作。主站可以挂载多个集中器，实现分布式电能表系统的统一管理。万方数据电能表系统作为执行终端，负责处理与用户相关的信息，如用户当前的继电器状态、当前电能表的表底数据及电能余量等，是系统数据的直接来源。在通信过程中，近区电能表可成为远程电能表的中继站，系统最多支持四级中继过程，该机制保证通信过程的可靠性。集中器是主站与电能表联系的纽带，也是整个系统设计的中心环节。它统一处理主站下发的指令，转发(涉及对电

5、能表的直接操作)或者直接执行(如抄收电能表历史数据)相应操作。根据主站的请求返回各种实际操作信息。由于集中器辖区电能表的数量较多(1000只左右)，处理的数据文件也较大，集中器在硬件软件上的设计必须能够保证数据的安全性和可靠性，并保证操作效率。3集中器硬件结构考虑所处的实际环境，硬件系统应具备较强的抗干扰能力。在硬件结构上，通过集中器内部主系统与外电源、外部通信线路隔离和屏蔽等措施，提升了硬件系统防雷、防静电击穿等级，有效地抑制了系统所受的干扰，保证系统运行安全，提高运行可靠性。3．1电源及载波电路结构电源及载

6、波电路结构如图2所示，系统从三相电力线路获取交流电源，经三路单相变压器由工频电图2电源及载波电路WWW．eage．com．cnSPECIALFEATURESI特别策划压降至系统工作电压，通过变压整流环节及电源模块为硬件系统提供电源，并送至系统总线。通过A、B、C三路载波发送和载波接收电路实现载波通信。简化后A相载波电路原理图如图3所示。端口P1．3和P1．5用于相序编号，A相为00，P2．1和P2．2用于与B相载波处理器通信。LEDl和LED2用于指示数据上传或下载状态。载波MCU选用PL3201。其余两相电路

7、类似，但相序编号不同。C相MCU通过B相将数据送达A相，B相也将自身数据送至A相，最终由A相统一将数据发送至总线。该结构使上下层间的通信简洁，节约硬件端口资源，增强通信可靠性能。(1)载波接收过程A相载波信号经Cm滤波由变压器耦合，经c，和三，组成的调谐电路后，由C，耦合至PL320l的载波信号输入端。PL3201对该信号解调，得到载波数据，封装数据后，由UART0(即P3．0和P3．1)发送该数据至系统总线。(2)载波发送过程由PL3201对所需发送的数据进行调制，由PSKOUT脚输出，经过e和￡，组成的调谐

8、电路后，由运放放大，再由晶体管组成的功率放大电路将信号送到变压器输入端，并由变压器将信号耦合至电力线，实现载波发送。VD，、VD。是续流二极管，避免因电流截断而变压器两端出现高电压。3．2主控电路结构系统主控电路结构如图4所示，处理器选用了高处理性能的ARM系列。在本系统中选用飞利浦公司基于ARM7的32位处理器LPC2214，由于片内采用流水线技术，大部分指令只需一个时钟周期。片内含