|
作者：德州儀器（TI） 電網的發展需要在現有的有線連接基礎上增加無線連接，以進行資產監控和控制。增加無線連接的主要因素包括： 采用帶分布式能源資源與傳統發電、輸電和配電一起使用的分散式微電網模式。 對遠程配電和自動化資產的健康和狀態監控需求提高，監督一次設備的健康和狀態監測，以優化電力管理；資源分配；故障定位，隔離和服務恢復（FLISR）。電網遠程監控有助于實現電網的高效運行，減少停電次數和停電時間，并最大限度地減少損失。 對電網資產進行數據分析，可幫助運營商快速發現故障，同時還可對主要設備進行預測性維護，而如今幾乎已不存在這種情況。確定采用哪種特定的無線技術，如低于1 GHz、低功耗藍牙、Wi-Fi或多標準協議，取決于數據、帶寬、節點之間的距離、所需連接數、可用功率以及所需的響應時間等因素。 在電網資產中，像故障指示器這樣位于偏遠地區的節點需要連接到一個數據收集器，如圖1所示，以便與集中式系統的自動數據交換。在這樣的應用中，選擇諸如低于1 GHz之類的無線通信，是因為它覆蓋范圍很廣（幾十米到幾千米不等）且功耗非常低（平均電流為數十微安）。當在現場添加多個節點時，使用一個公共的收集器從遠程設備按需獲取數據時，低于1 GHz也是一種易于配置的低成本技術。 
圖1：使用低于1 GHz將故障指示器連接到數據收集器 增加低于1 GHz連接，涉及到與星型網絡中的數據收集器進行雙向通信。節點被配置成具有更快的響應時間來通信故障信息，以最小的延遲傳達包括位置在內的故障信息，從而提供更快的恢復或自我修復功能。 與其他無線連接解決方案（包括2.4 GHz藍牙低功耗通信）相比，低于1 GHz具有這些優勢： 由于使用較低的傳輸頻率和數據速率，通信范圍較長，因為接收器的靈敏度是數據速率的函數。作為一般的經驗法則，將數據速率降低四倍，可以使通信范圍增加一倍。 低頻（較長波長）射頻（RF）波能夠穿透障礙物，這使低于1 GHz在多種環境下都能正常工作。 在低于1 GHz 射頻法規中允許的低占空比可減少干擾。 使用低于1 GHz連接的常見電網終端設備之一是用于中高壓傳輸的故障電流指示器（FCI）。FCI通過從負載電流中采集功率來供電。可用于采集電流處于幾十微安的范圍內。與FCI集成連接的最大挑戰是，在沒有采集功率的負載電流時，來收集電源時其是否能正常工作。另外，在廣泛的環境條件下（如視線、有障礙物等）工作的要求也限制了傳統電容器或某些電池的使用。因此，對于射頻通信來說，簡化數據傳輸以減少電流消耗至關重要，而這是通過優化節點與收集器之間的通信模式實現的。 有兩種用于管理數據發送（TX）和接收（RX）的模式：信標模式和非信標模式。在非信標模式下，傳感器節點始終處于接收模式，因為沒有定義數據收集器可以與之通信的時間，這會轉化為更高的電流消耗（約5 mA）。除了根據節點之間的距離優化傳輸功率水平外，信標模式通信（見圖2）最適合，因為它可以在傳感器節點上實現喚醒模式和睡眠模式之間的占空比循環，以幫助在收發器關閉時節省電源。
圖2：信標模式通信 信標模式包括在固定的時間間隔內從數據收集器廣播一個信標，所有的傳感器節點都能接收到。它使單個傳感器節點和收集器之間的通信同步化。傳感器節點只有在接收到信標時才會被喚醒，如果收集器想在下一個信標之前發送或接收數據，破譯信標會給傳感器提供信息。此過程可以使傳感器可在過渡期間切換到睡眠模式，這對于故障指示器來說理想選擇。 用于為FCI添加連接性的TI參考設計 設計人員在將低于1 GHz連接集成到FCI時，會遇到諸多硬件和固件挑戰。萬物互聯型電網參考設計：使用低于1 GHz的射頻連接故障指示器、數據收集器、Mini-RTU 顯示： 低功率射頻的集成涉及： 網絡設置。 使用信標模式進行發送和接收。 包括配置和無線固件升級在內的數據交換。 故障識別和數據通信。 如何通過以下方法最大程度地減少故障指示器和數據收集器之間的功耗： 目前提供了美國（915-MHz）、歐洲電信標準協會（868-MHz）和中國（433-MHz）頻段的電流消耗數據。 RX電流低于6 mA，TX電流低于16 mA（在+10 dBm時）。 能夠在星形網絡中實現5 s信標間隔（以RX模式配置的故障指示器）時，實現平均電流消耗小于20μA的能力。 該參考設計通過使用TI的SimpleLink 低于1 GHz器件，用于短距離連接多個節點，以及基于SimpleLink微控制器平臺構建的15.4堆棧，提供了一個單一開發環境，具有代碼可移植到多種連接協議的特性，是一種即用型、易于更新的低功耗連接解決方案，有助于解決與節點固件開發相關的挑戰。 低于1 GHz是一種簡易、易于使用和安裝的成本優化方法，可將無線連接添加到現有的電網資產中，從而使傳統資產更加可靠，并提供更快的故障響應。 您是否正在以任何形式進行電網連接的工作？您面臨什么挑戰？請在評論區告訴我們您的觀點。 |
