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载波芯片通信性能测试技术报告

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载波芯片通信性能测试 技术报告

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目录

1. 项目背景-----------------------------------------------3 2. 项目意义及方案制定-------------------------------------3 3. 具体测试实施情况---------------------------------------4 4. 测试结果对比------------------------------------------11

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0.项目背景 按照国家电网公司要求,将在未来几年内推行低压集中抄表系 统,低压电力线载波抄表是主要抄表方式之一。当前的载波抄表芯片 厂家,都拥有自己不同的载波通信技术,在载波的调制方式、路由算 法、组网等方面都有自己的独特技术,在不同的通信环境下,发挥着 各自的优势,促进了载波抄表技术的百花齐放。 1.项目意义及方案制定 为进一步了解各种载波通信技术性能, 分析可能影响载波通信的 因素,研究各种载波产品的适用环境,比较各种通信产品的优劣,以 保证天津市电力公司低压集抄工程采用尽可能优越的技术与产品, 故 组织进行了此次对几个主流载波芯片厂产品的对比测试工作。 以下测 试数据除清华力合微电子的第二次测试是 2010 年 10 月进行外, 其余 生产厂家及清华力合微电子的第一次测试时间均为 2009 年 9 月份。 测试方案是由天津市电力公司营销部组织,电能计量中心、电费 管理中心共同起草制定的, 电能计量中心与电费中心负责具体的测试 工作。 测试过程是在模拟台区现场的环境下进行测试, 在各个时段不同 负荷情况下进行抄表测试,对不同条件下的抄表成功率进行统计。此 阶段主要测试载波芯片在各种环境下的集中抄表能力、自组网能力, 以及主动上报功能。现场模拟测试以电能计量中心办公楼为测试台 区,使用电费管理中心的现有主站;对于各厂家自己的独特功能如电 费主站无法支持的,可使用厂家自己的测试*台进行,并对测试过程
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采取统一的防作弊手段。 2.具体测试实施情况 本次测试对象包括主流载波芯片的生产厂家和部分电表厂家, 其 中以测试芯片厂家为主,对芯片的通信能力做全面测试,对电表厂家 的测试侧重于使用载波芯片后的路由搜集能力和稳定性。 在测试过程中, 部分芯片厂家对电能计量中心测试环境的电网噪 声情况进行了分析,频谱图如下所示,频率从 50 多 kHz 到 500 kHz, 噪声干扰依次递减,在 60 kHz 左右的噪声最强,然后干扰程度不断 下降,但在 120 kHz 左右和 180 kHz 左右的倍频处又有凸起,图中黄 色亮点就是在 120 kHz 倍频出的噪声干扰凸起。本次测试的芯片厂家 选用的频段就有 50-70 kHz、120 kHz 左右,这几款芯片的受干扰程 度最强烈,而大部分实际现场台区的噪声干扰要小得多。所以,本次 测试结果上的明显差距都是基于此噪声环境下所致。

图一 噪声干扰频谱图
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图二 现场安装位置图 上图为本次测试表在电能计量中心楼内的现场安装位置图, 由于 测试期间楼内装修, 导致许继和瑞斯康有 1/3 的测试表在安装地点上 发生变化,变更完的安装地点距离集中器更远。 下面通过测试数据,对各厂家芯片的技术特点分别加以分析: 东软的测试结果
无中继 1 小时集中抄表成功率 无中继 2 小时集中抄表成功率 无中继 1 小时自组网成功率 无中继 2 小时自组网成功率 A 相中继 1 小时自组网成功率 A 相中继 2 小时自组网成功率 AB 相中继 1 小时自组网成功率 AB 相中继 2 小时自组网成功率 三相中继 1 小时自组网成功率 三相中继 2 小时自组网成功率 三相中继 1 小时集中抄表成功率 三相中继 2 小时集中抄表成功率 三相中继 4 小时集中抄表成功率 三相中继已有路由集中抄表时 间 通信距离和通信能力 高负载 44/91=48% 56/91=62% 48/91=53% 49/91=54% 83/94=88% 83/94=88% 93/97=96% 96/97=99% 85/100=85%(80%) 93/100=93%(88%) 57/100=57%(52%) 87/100=87%(82%) 89/100=89%(84%) 低负载

99/100=99%(94%) 99/100=99%(94%) 100/100=100%(95%) 100/100=100%(95%) 100/100=100%(95%) 八分到二十分钟不等

405 不通,三楼旧表库高负载不通,低负载时通,207 在 接在墙上单相插座后白天不通,接在三相四线插座后能 够连通
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由于东软是本次测试的第一家, 以它为试验对象进行了测试表安 装地点的选取,由此确定了后续厂家测试表的安装位置,所以在试验 过程上对东软放宽了一些,对于三相中继测试时选取的位置应该有 5 块不能通讯上,所以测试结果以括号里为准。 东软选择的频段是 270 kHz,厂家自己测试功耗在 1.7W 左右, 同时采用了跨相耦合的方式, 在通信距离上表现一般, 直抄能力不强, 但是寻找路由、自组网收集表号的速度相对来说比较快,同时建立完 路由再抄表的速度也很快。事件上报的功能经过测试也可行。 弥亚微的测试结果
无中继 1 小时集中抄表成功率 无中继 2 小时集中抄表成功率 三相中继 1 轮自组网 三相中继 1 小时集中抄表成功率 三相中继 2 小时集中抄表成功率 三相中继 4 小时集中抄表成功率 三相中继已有路由集中抄表时间 高负载 21/91=23% 24/91=26% 48/99=48% 耗时 190 分钟 28/100=28% 29/100=29% 29/100=29% 低负载

80/99=81% 耗时 340 分钟 98/99=99% 耗时 360 分钟 50/100=50% 52/100=52% 100/100=100% 70 分钟左右

弥亚微选择的频段是 76 kHz,厂家自己测试功耗不大于 0.4W, 采用了过零点左右各 3.3ms 的技术传输数据,波特率自适应,能够分 出抄到电表所属的相位。但是通信距离上表现一般,直抄能力不强, 电网负载高对抄表效果也影响较大, 自组网收集表号的速度也相对较 慢。测试过程运行时间越长路由越趋于稳定。对于事件上报的功能, 厂家着重测试了冲突检测机制,30 块表同时上报最佳纪录能够上报 成功 25 块。

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鼎信的测试结果
无中继 1 小时集中抄表成功率 无中继 2 小时集中抄表成功率 无中继 4 小时集中抄表成功率 无中继 1 小时自组网成功率 无中继 2 小时自组网成功率 无中继 4 小时自组网成功率 无中继已有路由集中抄表时间 高负载 62/91=68% 56/91=77% 91/91=100% 65/100=65% 79/100=79% 84/100=84% 10 分钟左右 低负载 100/100=100% 100/100=100% 100/100=100% 71/100=71% 92/100=92% 97/100=97% 7 分钟

鼎信选择的频段为 421 kHz,自己测试的功耗为 1.9W 左右,采 用了过零点左右共 3.3ms 的技术传输数据, 够分出抄到电表所属的相 位。鼎信的直抄能力较强,通信距离很远,所以整个路由的中继深度 很浅,但是缺点是传输速度相对较慢,单相只有 100bps,三相同时 传输也只能到达 300bps,自组网收集表号的速度比普通抄表的速度要 慢一些,收集的成功率也相对低一些。对于事件上报的功能,本次测 试的芯片没有开发。但是具备主动上报的功能就可以实现事件上报。 清华力合微电子的测试结果
三相中继 1 小时集中抄表成功率 三相中继 2 小时集中抄表成功率 三相中继 4 小时集中抄表成功率 三相中继 2 小时自组网成功率 三相中继 4 小时自组网成功率 高负载 35/100=35% 41/100=41% 61/100=61% 61/100=61% 低负载 43/100=43% 55/100=55% 72/100=72% 76/100=76%

清华力合微电子采用的是 OFDM 正交多载波技术,本次测试的芯 片是 4 载波,频段分别为 52.8kHz,57.6kHz,62.4 kHz,67.2 kHz, 通信速率为 2.4 kbps,同时也可以跨相耦合抄表。力合微本次测试 的芯片在上报表号上的模式与其他厂家不同, 并没有采用集中器统一 控制上报表号,而是上电即主动上报。整体上看,清华力合的受噪声 干扰程度也较深,导致抄表距离有限,直抄能力不强,但是在载波通
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讯技术上提出了一种不同的思路,还有相当提升的空间,现在正在研 发的芯片采用更多的正交载波去增强抗干扰能力。 清华力合微电子于 2010 年 10 月的第二次测试结果
集中器安装位置 2楼 2楼 2楼 4楼 4楼

1 小时集中抄表成功率 2 小时集中抄表成功率 4 小时集中抄表成功率 1 小时集中抄表成功率 2 小时集中抄表成功率

高负载 39/100=39% 47/100=47% 47/100=47% 20/100=20% 20/100=20%

低负载 88/100=88% 95/100=95% 97/100=97% 48/100=48% 53/100=53%

本次现场模拟测试分为两个阶段, 集中器的安装地点分别为四楼 与二楼(见下图) 。

图三 2010 年 10 月力合微现场安装位置图
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力合微更换为新型载波芯片后于 2010 年 10 月进行复测, 本次的 载波芯片依然采用 OFDM 正交多载波技术,中心频点改为 390kHz,分 为四载波,分别为 384kHz、388.8kHz、393.6kHz、398.4kHz,通信 速率为 2.4kbps,从测试数据看,改进后的载波芯片测试效果比上一 次好。 万胜的测试结果
无中继 1 小时集中抄表成功率 无中继 2 小时集中抄表成功率 无中继 1 小时自组网成功率 高负载 90/90=100% 91/91=100% 91/91=100% 低负载 90/90=100%

万胜和鼎新一样采用的也是 421 kHz 频段, 3.3ms 的过零点技术, 并且采用了单相 1.2 kbps 的通信速率, 三相同时传输, 加在一起传输 速率能到 3.6 kbps,本次测试环境下万胜的综合表现最好,通过厂家 自己测试软件的数据显示,万胜的直抄能力仅比鼎信差一点,但是传 输速率的提升让整个抄表周期很快, 无论是自组网还是集中抄表都只 用了 10 分钟左右就能 100%抄到。 瑞斯康的测试结果
高负载 无中继 1 小时集中抄表成功率 三相中继 1 小时自组网成功率 三相中继 1 小时集中抄成功率 三相中继 2 小时集中抄成功率 三相中继 4 小时集中抄成功率 52/95=55% 35/95=37% 37/95=39% 55/95=58% 低负载 65/74=88% 67/95=71% 66/80=82.5% 70/80=87.5% 70/80=87.5%

瑞斯康采用的频点为 132 kHz,通信速率是 5.5 kbps,并不像其 他的芯片采用集中器-电能表主从网络,而是使用了分布式抄表,在 集中器和电能表端都不记录路由信息, 无论是上报表号还是集中抄表 每一次都是自发的广播方式, 不依据历史路由, 缺点是直抄能力一般,
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易受噪声干扰。 威胜、许继、科陆、新联都是采用东软芯片的电表厂家,在载波 方案的应用中并没有太多亮点,在本测试报告中就不再详细描述,测 试结果与东软芯片相*。 3.测试结果对比 将目前几个厂家的测试数据进行对比: 在抄表成功率上,表现最好的是鼎信和万胜,其他厂家如东软、 弥亚微、清华力合微、瑞斯康几款表现相*; 在自组网上报表号方面,东软、万胜、瑞斯康的速度较快;其他 厂家表现相*。 在频段选择方面,鼎信和万胜同样是 421 kHz 最高,其次是清华 力合微改进后的芯片 390kHz,东软 270 kHz,瑞斯康 132 kHz,弥亚微 的最低 60 kHz 左右。

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