电力负荷管理系统230MHz蜂窝组网验证分析-检控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

第 第 1 章 绪论 河南科技大学硕士学位论文 河南科技大学硕士学位论文 PAGE PAGE 11 PAGE PAGE 10 第1章 绪论 1.1 课题研究背景和意义 随着电力营销及需求侧管理技术的发展和管理的创新，电力市场经济改革的 不断深入，电力负荷管理系统（PLMS）已成为电力营销和客户服务工作的重要 组成部分。工业用电和居民用电的增长，给电力营销和需求侧管理上不断提出新 的要求。总的来说从 20 世纪 90 年代以后对负荷以当地闭环控制（功率控制和电 量控制）和远方遥控为主要功能 [1] 逐渐转变为对电力负荷进行管理、用电分 析、电量集中超收、多种控制方式为客户进行优化用电分析等服务的多种功能。 电力负荷管理系统是以计算机应用技术、现代通信技术，电力自动控制技术 为技术为基础的，针对电力负荷进行信息采集、处理和实时监控的自动化系统， 目前，电力负荷管理系统已经实现了用电监测、控制、远方抄表、防窃电等功能 [2-4]。 1991 年，为了满足电力系统建设电能信息采集与监控系统的需要，国家有 关部门将 223MHz～231MHz 频段共 15 个双频频点和 10 个单频点分配给电力专 用，在电力系统内将 230MHz 无线通信网称为“专网”，将 GPRS/CDMA 等通 信网称为公网。在装机数量上，公网设备在增量上占据优势，专网设备在存量 上有相当的规模，国内已有几十个基于 230MHz 无线专网的大规模负荷管理系 统投入正式运行，其中最大的系统已成功容纳了 13000 台左右的终端设备。 传统的电力负荷管理系统由系统主站、中继站、230MHz 通信信道、负荷管 理终端四部分组成，呈星型结构分布[5,6]。如图 1-1 230MHz 通信网络典型结构图 所示。负荷管理系统主站的通信设备分 A、B 两个通道，每通道各包含一个基站 电台（含电源）、和一套天馈线，在切换/监测控制单元的控制下采用主/备方式 进行工作，可手动/自动切换。电台内置多组频点，高发低收，收发频点间隔为 7M，发射功率一般小于 25W，使用的调制方式为 FSK/MSK/PSK，传输速度 1200/2400/4800bps，带宽小于 16kHz。终端的频点配置低发高收，终端设备与主 站之间的通信为半双工方式。 图 1-1 230MHz 通信网络典型结构图 Fig. 1-1 Typical communication network of 230MHz structure diagram 现有的 230MHz 网络属于星形结构集中控制方式，星形结构占用通信线路 较多，网络可靠性差，一旦发生故障会导致整个网络瘫痪，而中继站只起到中继 或者转发功能，根据实际应用情况来看，存在着几个突出的问题[7]： （1）采用轮询方式，随着系统中终端数量的增多，主站对终端数据的巡测 时间呈比例增长，无法保证系统数据按时召回，从而形成了系统的增长瓶颈； （2）由于采用星形结构，主站和终端电台发射功率大，230M 负荷管理终 端电台的发射功率最大可达到 25 瓦。对环境造成一定的电磁污染； （3）由于电台发射功率大，对主站和终端设备的电源要求较高，造成主站 设备和终端设备的成本很高，而且使终端的体积增大，可靠性降低； （4）主站和终端的天线需要架设到一定的高度，天线的架设和维护困难， 造成系统维护成本很高； 按照新的规约要求，现有的 230MHz 通信网络采用的大区覆盖的方式已经 不能满足系统通信的需要。 蜂窝通信是一种发展很快而且能够满足大部分网络需求的通信方式。蜂窝式 网络的核心是将一个区域划分成多个蜂窝小区，在每个小区内使用小功率的发射 器，相邻的蜂窝小区使用一个不同的频段，以免产生同频干扰。而相同的频率可 用在相距距离比较远的小区。这种频率复用方式不仅可以提高频率的利用率，而 且可以有效提高系统容量[8-10]。 将蜂窝理论引入到电力负荷管理系统中，把现有的 230MHz 无线专网的集中 控制方式改变为蜂窝方式，充分利用 230MHz 专用频道资源，保留了 230MHz 无线 专网通信的安全性（通信设备、编码规则、报文通信加密等属于行业专用，系统 有着较高的安全性）和稳定性（环境对专网频段的电波影响很小，而且专用频率 受无委会的保护，具有较强的稳定性），不仅使发射功率、电源要求降低，可靠 性增加，而且能够解决电力负荷管理系统容量增长的瓶颈问题。 1.2 国内外研究现状 电力负荷控制技术先是在欧洲得到广泛的应用[4]。1913 年，都德尔等人提出 了最早的音频控制方法，到了 20 世纪 30 年代初，西欧工业发达国家，如法国、 德国、瑞士等国就开始采用开关钟（一种定时分散式控制装置）来控制客户电热 器。目的是激励客户在电网低谷时多用电，以享受低谷电费的优