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作者：德州儀器（TI） 電網(wǎng)的發(fā)展需要在現(xiàn)有的有線連接基礎(chǔ)上增加無線連接，以進(jìn)行資產(chǎn)監(jiān)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(tǒng)發(fā)電、輸電和配電一起使用的分散式微電網(wǎng)模式。 對(duì)遠(yuǎn)程配電和自動(dòng)化資產(chǎn)的健康和狀態(tài)監(jiān)控需求提高，監(jiān)督一次設(shè)備的健康和狀態(tài)監(jiān)測，以優(yōu)化電力管理；資源分配；故障定位，隔離和服務(wù)恢復(fù)（FLISR）。電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控有助于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的高效運(yùn)行，減少停電次數(shù)和停電時(shí)間，并最大限度地減少損失。 對(duì)電網(wǎng)資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可幫助運(yùn)營商快速發(fā)現(xiàn)故障，同時(shí)還可對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，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(shù)，如低于1 GHz、低功耗藍(lán)牙、Wi-Fi或多標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，取決于數(shù)據(jù)、帶寬、節(jié)點(diǎn)之間的距離、所需連接數(shù)、可用功率以及所需的響應(yīng)時(shí)間等因素。 在電網(wǎng)資產(chǎn)中，像故障指示器這樣位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的節(jié)點(diǎn)需要連接到一個(gè)數(shù)據(jù)收集器，如圖1所示，以便與集中式系統(tǒng)的自動(dòng)數(shù)據(jù)交換。在這樣的應(yīng)用中，選擇諸如低于1 GHz之類的無線通信，是因?yàn)樗采w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(shù)十微安）。當(dāng)在現(xiàn)場添加多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，使用一個(gè)公共的收集器從遠(yuǎn)程設(shè)備按需獲取數(shù)據(jù)時(shí)，低于1 GHz也是一種易于配置的低成本技術(shù)。 
圖1：使用低于1 GHz將故障指示器連接到數(shù)據(jù)收集器 增加低于1 GHz連接，涉及到與星型網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集器進(jìn)行雙向通信。節(jié)點(diǎn)被配置成具有更快的響應(yīng)時(shí)間來通信故障信息，以最小的延遲傳達(dá)包括位置在內(nèi)的故障信息，從而提供更快的恢復(fù)或自我修復(fù)功能。 與其他無線連接解決方案（包括2.4 GHz藍(lán)牙低功耗通信）相比，低于1 GHz具有這些優(yōu)勢： 由于使用較低的傳輸頻率和數(shù)據(jù)速率，通信范圍較長，因?yàn)榻邮掌鞯撵`敏度是數(shù)據(jù)速率的函數(shù)。作為一般的經(jīng)驗(yàn)法則，將數(shù)據(jù)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(huán)境下都能正常工作。 在低于1 GHz 射頻法規(guī)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(wǎng)終端設(shè)備之一是用于中高壓傳輸?shù)墓收想娏髦甘酒鳎‵CI）。FCI通過從負(fù)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(nèi)。與FCI集成連接的最大挑戰(zhàn)是，在沒有采集功率的負(fù)載電流時(shí)，來收集電源時(shí)其是否能正常工作。另外，在廣泛的環(huán)境條件下（如視線、有障礙物等）工作的要求也限制了傳統(tǒng)電容器或某些電池的使用。因此，對(duì)于射頻通信來說，簡化數(shù)據(jù)傳輸以減少電流消耗至關(guān)重要，而這是通過優(yōu)化節(jié)點(diǎn)與收集器之間的通信模式實(shí)現(xiàn)的。 有兩種用于管理數(shù)據(jù)發(fā)送（TX）和接收（RX）的模式：信標(biāo)模式和非信標(biāo)模式。在非信標(biāo)模式下，傳感器節(jié)點(diǎn)始終處于接收模式，因?yàn)闆]有定義數(shù)據(jù)收集器可以與之通信的時(shí)間，這會(huì)轉(zhuǎn)化為更高的電流消耗（約5 mA）。除了根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的距離優(yōu)化傳輸功率水平外，信標(biāo)模式通信（見圖2）最適合，因?yàn)樗梢栽趥鞲衅鞴?jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)喚醒模式和睡眠模式之間的占空比循環(huán)，以幫助在收發(fā)器關(guān)閉時(shí)節(jié)省電源。 
圖2：信標(biāo)模式通信 信標(biāo)模式包括在固定的時(shí)間間隔內(nèi)從數(shù)據(jù)收集器廣播一個(gè)信標(biāo)，所有的傳感器節(jié)點(diǎn)都能接收到。它使單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和收集器之間的通信同步化。傳感器節(jié)點(diǎn)只有在接收到信標(biāo)時(shí)才會(huì)被喚醒，如果收集器想在下一個(gè)信標(biāo)之前發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，破譯信標(biāo)會(huì)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(duì)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(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人員在將低于1 GHz連接集成到FCI時(shí)，會(huì)遇到諸多硬件和固件挑戰(zhàn)。萬物互聯(lián)型電網(wǎng)參考設(shè)計(jì)：使用低于1 GHz的射頻連接故障指示器、數(shù)據(jù)收集器、Mini-RTU 顯示： 低功率射頻的集成涉及： 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。 使用信標(biāo)模式進(jìn)行發(fā)送和接收。 包括配置和無線固件升級(jí)在內(nèi)的數(shù)據(jù)交換。 故障識(shí)別和數(shù)據(jù)通信。 如何通過以下方法最大程度地減少故障指示器和數(shù)據(jù)收集器之間的功耗： 目前提供了美國（915-MHz）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（868-MHz）和中國（433-MHz）頻段的電流消耗數(shù)據(jù)。 RX電流低于6 mA，TX電流低于16 mA（在+10 dBm時(shí)）。 能夠在星形網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)5 s信標(biāo)間隔（以RX模式配置的故障指示器）時(shí)，實(shí)現(xiàn)平均電流消耗小于20μA的能力。 該參考設(shè)計(jì)通過使用TI的SimpleLink 低于1 GHz器件，用于短距離連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，以及基于SimpleLink微控制器平臺(tái)構(gòu)建的15.4堆棧，提供了一個(gè)單一開發(fā)環(huán)境，具有代碼可移植到多種連接協(xié)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(jié)點(diǎn)固件開發(fā)相關(guān)的挑戰(zhàn)。 低于1 GHz是一種簡易、易于使用和安裝的成本優(yōu)化方法，可將無線連接添加到現(xiàn)有的電網(wǎng)資產(chǎn)中，從而使傳統(tǒng)資產(chǎn)更加可靠，并提供更快的故障響應(yīng)。 您是否正在以任何形式進(jìn)行電網(wǎng)連接的工作？您面臨什么挑戰(zhàn)？請?jiān)谠u(píng)論區(qū)告訴我們您的觀點(diǎn)。 |
