复杂应用环境下远程水电测量关键技术研究

发布时间：2020-07-28 17:13

【摘要】：在我国能源行业,对指标数据的测量和管理当前基本上都是人工来完成,即由测量人员到现场抄读计量设备的读数。这种抄表和测量方式效率低下,耗费人力物力较大,数据抄录时间跨度长。随着通信和计算机技术的发展,对于民用和工业控制领域的能源指标进行传统的本地人工测量,已经不能满足实际的需求。近十年以来,能源行业的计量设备在技术上有了较大的提升,本文应用背景在计量设备的内核配上通信模块,可以实时读取用户的能源消耗数据。通信模块的使用和普及,使得计量方法逐步从人工方式转向了远程方式。这样不但提升了测量效率,节约了人力开支,还能实时监控各个用户的消耗情况,有利于管理部门及时发现问题并采取相应的措施进行处理。由于适应于市场需求,远程测量方法已经成为了行业内事实上的标准技术措施。就目前而言,远程测量只是在部分地区进行了实验性的应用。究其原因,一方面是测量信号传输的方式不同,没有统一标准且各有缺点;更主要的原因在于没有稳定的技术框架从理论和实践上都对实际系统作出指导。因此,本文所研究设计的高性能低成本的远程测量方式和标准,可以成为更好的推广运用远程测量。远程测量当中,对水电指标的远程测量是最为核心的内容。远程水电测量面临网络结构复杂、开发平台各异以及目标节点繁多等复杂环境,如何对之进行有效测量是一个极具应用价值的研究课题。在现有远程测量技术的基础上,本文基于数理统计方法提出一种数据分析模型,将数据分析模型与低压电力线载波技术、中间件技术、实时嵌入式LINUX操作系统等技术相结合,设计了一种具有一定通用性的远程数据测量技术框架。在技术框架的基础之上,提出一个可以用于自动化远程测量能源指标数据的商用化系统,该系统是一种多用户系统,网络上多个用户可对该系统进行操作处理,且不受时间和地域的限制,提高了现场设备的利用率和测量的效率。本文首先对将要提出的技术框架进行解析说明,然后对构成该框架的各项高端技术一一进行了详细的论证分析,例如低压电力线载波技术、中间件技术、采用了嵌入式Linux的集中式设备技术等,接着,研究了数据分析模型是怎样把计量设备的原始数据进行一系列复杂的转换、从而得到系统所需要的指标数据的。同时基于理论的研究,结合某大型国有能源公司应用案例,本文利用所提出的框架和技术,设计出了一个远程测量实用商业系统,实现水、电、燃气等计量数据的远程精准测量,并对该系统在某能源企业现场使用前后的测量效果进行了比较,对该系统的安装和运行情况也进行了解析。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP274;TP368.1
【图文】：

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图 2.1 远程水电测量技术框架压电力线载波技术压电力线载波技术简介电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式解调器对信号进行调制，把信号加载到现有电力线，通过载波信号进行高速传输[18]。PLC 可以高速传输数据、语音、图像等主要采用扩频（SSC）技术和 OFDM 技术，具有信号干扰强、阻抗特性复杂的特点。与其他通信方式相比，低压电力线载波输载体，具有数据传输可靠、投资少、施工期短、无需再铺设来越被广泛的应用于测量领域。电力线传输具有较高稳定性，一个办公室内数台计算机连接成一个小型局域网，也可实现若可靠通信功能。低压电力线载波通信网络理想的拓扑结构是单结构如图 2.2 所示。载波芯片内部集成化了载波通信所需的直

原理图,低压电力线载波通信,原理

2.2 低压电力线载波技术2.2.1 低压电力线载波技术简介低压电力线载波通信（PLC）是电力系统特有的、基本的通信方式，它利用专用调制解调器对信号进行调制，把信号加载到现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输[18]。PLC 可以高速传输数据、语音、图像等多媒体业务信号，主要采用扩频（SSC）技术和 OFDM 技术，具有信号干扰强、信号衰减大、输入阻抗特性复杂的特点。与其他通信方式相比，低压电力线载波通信以电力线为传输载体，具有数据传输可靠、投资少、施工期短、无需再铺设信号线等优点，越来越被广泛的应用于测量领域。电力线传输具有较高稳定性，通过电力线即可将一个办公室内数台计算机连接成一个小型局域网，也可实现若干间办公室之间的可靠通信功能。低压电力线载波通信网络理想的拓扑结构是单总线，其通信原理结构如图 2.2 所示。载波芯片内部集成化了载波通信所需的直序扩频调制电路，外围配置电路包括功率放大电路、接收电路、滤波整形电路等等，载波通信的距离与外围电路的设计、功率大小有所相关。

发送端,扩频通信

据信息进行伪随机编码调制，使其占有远远超过传送信息所需的最小带端则采用相同的编码进行解调及相关处理，然后恢复原始信息数据。与相反，扩频通信先扩展频谱，再进行宽带通信，解调数据是在相关处理带之后。因此，扩频通信具有伪随机编码调制和信号相关处理两大特点于这两大特点，扩频通信具有许多优点，如抗干扰、抗噪声、抗多径衰址复用和任意选址、高精度测量等[19]。它作为新型的通信方式，得到了和广泛利用。扩频通信的原理如图 2.3 和图 2.4 所示。

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