低压电力线载波模块测试研究

摘要：为了解决低压电力线载波（PLC）现场抄表的不稳定性，提高低压电力线载波模块的产品质量，需要对低压电力线载波模块进行测试研究，从产品的设计一直到应用进行质量控制。本文提出了目前低压电力线载波模块测试的现状和主要问题，提出了改善低压电力线载波模块测试的具体解决方案。目前，该具体解决方案在许继仪表有限公司验证通过。

关键词：低压电力线 载波模块 测试 建设

0 引言

按照国家电网公司用电信息采集系统的建设要求，对智能电网实现“信息化、自动化、互动化”，低压电力线载波通信技术有望在低压用户的用电信息采集中得到充分利用。目前国内市场上的载波模块也已进入多元化时代，如产生的东软、鼎信、瑞斯康、晓程、力合微、盛吉高科等，因2013年国网新标准的发布，也意味着各个模块都是新产品，要保证供货的产品质量，就要综合测验各种低压电力线载波通信的性能，从中筛选一套在最合理最经济的载波通信技术方案，以确保现场安装使用的载波通信产品均能满足应用需求。

我们要做大量的测试工作，如通讯成功率，组网时间等，这些工作目前都还没做到位，且供货的载波芯片厂家也在不断的改进他们的产品，这就需要我们做进一步的细致工作，才能保证产品质量。作为该系统产品的研发、测试从业人员，在低压电力线载波模块的测试[1]和实用性方面积累了大量经验。下文中介绍的低压电力线载波测试的方案，较好地解决了低压电力线模块的测试，在业内各个电力公司得到了广泛应用，并取得了客户的认可。特撰写此文，对当前国内的低压电力线载波模块测试的现状，以及低压电力线载波模块的测试问题和建设进行了研究，与同行共享。

1 低压电力线载波模块测试的现状

1.1 电力标准要求的测试项目

低压电力线载波模块在单相静止式多费率电能表、单相费控智能电能表、三相费控智能电能表、集中器和采集器中得到广泛的应用，按照《DL/T 698 2010电能信息采集与管理系统标准[2][3]》、《Q/GDW 1374.3-2013电力用户用电信息采集系统技术规范》[4]、《Q/GDW 1379.4-2013电力用户用电信息采集系统检验技术规范》[5]的要求，载波通信模块测试项目：功率消耗、高低温、电源影响、载波信号频率、载波信号最大输出电平和频带外干扰电平，还有一项是噪声电平低于300mV、15dBm信噪比下的数据传输可靠性试验[6]。

此外，电磁兼容(EMC)试验中，要求采集终端(或采集模块)在采集与非采集状态下，施加辐射干扰、脉冲群干扰、浪涌抗扰度试验和工频磁场影响试验时保持良好的通信功能。

1.2 国家标准草案要求的测试项目

近两年，我国低压电力线载波标准相关的政策法规相继出台。其中，《低压电力线载波抄表系统国家标准草案》中规定了载波通信性能测试指标：DL/T698标准是基本的指标，另外对标准中的部分条款作了改进，可操作性更强。比如，当电源噪声在300mV以下、通道衰减分别为40dB、60dB、80dB的前提下，要求分项目逐步开展数据传输性能测试；确定信噪比下传输误码率测试，信噪比分别为10 dB、15dB、20dB，也可采用其它的信噪比数值来量测传输误码率；确定信噪比下最低接收门槛电平测试，信噪比同上，也可采用其它的信噪比对最低接收门槛电平进行测试；确定传输速率下最小信噪比测试，通过预先设定传输速率对数据传输最小信噪比进行测量。国标草案针对抄表系统构成后的测试增设了个别项目，将稳定性、适应性、灵活性、完整性、路径管理、路由构建、中继方式等作为重要施测节点，具体如下：

电力载波通信管理功能：

低压载波信道具有随机性的高衰减性和强干扰性，因而要求系统自带载波通信管理功能；

系统初始化功能：

系统初次上电时能够自动初始化，并分析低压配网的网络拓扑情况，为中继路径自适应做好前期准备；

中继路径自适应功能：

若系统无法完成既定的信道指标，可通过中继路径自适应功能进行中继抄收，从而按部就班的完成信道最终指标；

系统动态修改功能：

低压载波信道的时变性较强，因而电力线载波集抄系统的通信管理也应该可以进行动态修改；

载波电能表电源控制功能：

信道是系统对载波电能表的供电电源进行控制的有效路径，目的是灵活适应各种营业管理策略；

系统监测诊断功能：

故障自诊断是系统必备的一项基本功能，并且针对故障可以进行提示或预警；

表号自动搜索功能：

系统初始化阶段应该可以自动锁定载波电能表表号；

响应时间：

命令执行时刻与命令执行完毕时刻之间的时间即为响应时间。按照常规，响应时间不得超过60 min；

残余差错率：

在允许采用中继通信、校验和重发的前提下，需要长期的优化调整才可能将系统数据采集的残余差错率控制为零。

2 低压电力线载波模块测试的问题研究

由于低压电力线载波目前还没有互联互通的标准，所以载波模块进入多元化时代，载波模块采用的通讯技术[7]上（BFSK、BPSK、OFDM[8]等）有差异，且实际使用低压电力线对于载波抄表具有强干扰、高衰减等动态时变特征，其结构与阻抗都属于可变性质，现阶段还没有一家权威机构可以正式而全面的分析测试低压电力线的特征，也没有一套权威系统的测试数据。业界对现有载波抄表产品是否满足抄表系统的应用需求仍持有怀疑态度，现在的测试还是停留在实验室环境方面的测试，加上标准的不完善，即便性能稍差的产品也可能大有市场，抄表实时性没有保障，甚至个别表全天候抄表不成功。除此之外，业界对载波抄表是否干扰其他设备运行也持有怀疑态度，载波抄表干扰广播收听众人皆知，但目前业界才真正着手研究频带外干扰电平的测试，测试指标尚不健全，而且大部分表厂频带外干扰电平的测试均超标，目前国家法律是保护带外干扰抗议的。按照目前抄表系统的应用要求来看，DL/T 698标准明显过时，现行标准项目中最大发送电平的指标与当前抄表系统也不相适应，而且这套标准未明确规定数据传输的可靠性试验的试验方法，未制定量化指标来限制和管理低压电力线的时变结构特性、阻抗特性、干扰特性、衰减特性对载波抄表的影响。可增设通信能力及环境适应性指标改善低压电力线的恶劣环境及时变特性，通信能力指标包括接收灵敏度、抗干扰性指标，并且要有一套相对完整的考核指标，如系统组网时间、系统抄收完成率、中继路由、自适应性、系统抄收日冻结时间、一次抄表成功率、系统抄收故障率、系统抄表稳定性等。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，致使产品性能的测验与应用需求脱节。

3 模块测试的对策和实验室的建设方案

可从以下几方面着手来提高低压电力线载波通信能力：

3.1 统一测试标准

制定一套科学合理且相对完善的制度体系，明确低压电力线载波通信能力测试标准，丰富相关内容；重点分析实际低压线路，通过模拟线路展开测试，建立常用电器（可调日光灯、电动车充电器等）载波参数实验室，继而推导实际线路的载波参数试验和测试；通过强化点对点载波通信能力以及载波抄表系统路由中继能力的考核，促使厂家重视载波通信技术的提高；引进配套的载波测试设备，为载波检测创设一个良好的设备环境，同时进一步调整测试方法，提高测试效果。

3.2 实验室环境下多种测试系统[9]的建设

针对低压电力线载波通信的性能测试可分别建设以下几个互为补充的系统：

实验室载波性能检验系统：

仿真系统的缩小版，参考DL/T 698标准测评现行的检验体系；

实验室点对点通信性能测试系统：

以低压电力线影响载波通信的几个重要节点为研究对象展开对点通信试验及测试；

实验载波通信路由性能评估系统：

以现阶段通用的集中器路由以及其他系统性路由算法[10]为对象，综合评估系统的完整性、稳定性、可靠性、路由能力、抄表速度；

现场载波参数测试系统：

现场测试并综合分析参数数据，从中发现干扰载波通信的主要因素，通过反复研究，完善和补充实验室仿真和评估系统的样本及其完整性；

新一代载波性能测试和仿真试验设备：

从现场参数测试结果中提炼载波通信重要参数信息组成新一代载波仿真系统，运用数字化模拟平台方案，定量分析测评载波通信性能。

3.3 特定现场环境的测试

实验室环境测试通过后，到选定的现场环境的测试：

城市住宅小区的测试，台区大，线路比较规范，主要测试系统的组网时间、一次抄表成功率；城乡结合地区的测试，台区中等，线路不规范，主要测试系统的中继路由、自适应性、系统抄表稳定性；纯农村的测试，台区中下，线路不规范，电表之间距离比较远，主要测试点与点直接的通信能力。

4 结束语

由于国内低压居民用户用电信息采集的大量推广和应用，科学全面的测试低压电力线载波模块已迫在眉睫，上文提到的模块测试的对策和实验室的建设还需要科研、测试、使用人员在应用中完善和发展，通过不断的研究和探索，使通过测试的低压电力线载波模块，安装在现场后能正常运行，实现免维护。

参考文献：

[1]黎连业，王华，李淑春，et al.软件测试与测试技术[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2]刘宣，王思彤，et al.DL/T 698.31-2010电能信息采集与管理系统第3-1部分电能信息采集终端技术规范——通用要求[S].北京：中国电力出版社，2010.

[3]刘宣，王思彤，et al.DL/T 698.35-2010电能信息采集与管理系统第3-5部分电能信息采集终端技术规范——低压集中抄表终端特殊要求[S].北京：中国电力出版社，2010.

[4]刘宣，唐悦，et al.Q_GDW 1374.3-2013，电力用户用电信息采集系统通信单元技术规范[S].北京：中国电力出版社，2013.

[5]阿辽沙.叶，刘宣，et al.Q_GDW 1379.4-2013，电力用户用电信息采集系统通信单元检验技术规范[S].北京：中国电力出版社，2013.

[6]吴慧伦.数据传输终端设备的可靠性分析及设计[J].电子产品可靠性与环境试验，2009.

[7]倪维帧.数据通信原理[M].北京：中国人民大学出版社，2000.

[8]佟学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[9]杨林耀.信号与系统[M].北京：中国人民大学出版社，2000.

[10]曹敏，苏玉.关于几种路由算法的比较[J].河南科学，2008.

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