導語：LoRa通信技術(shù)研究與應用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1農(nóng)村電網(wǎng)安全用電現(xiàn)狀

農(nóng)村電網(wǎng)一直是農(nóng)村基礎設施中最薄弱的一環(huán)，受各種因素制約，配變臺區(qū)的設備異常、故障查找、維護管理等存在不能及時發(fā)現(xiàn)、及時處理的問題，主要體現(xiàn)在5個方面。（1）農(nóng)村新房子不斷增加，部分電線到處亂拉，沒裝保護器。由于大部分農(nóng)民不愿意購買保護器，也不能強迫安裝，容易造成安全隱患。（2）由于用戶室內(nèi)電線、插座、電器質(zhì)量差，存在漏電或短路，不能投入，剛剛裝上，用戶就自行拆離，農(nóng)戶不會主動要求購買。（3）存在鄉(xiāng)村供用電環(huán)境條件差，管理范圍大，交通不便，供電線路長，健康水平差、技術(shù)水平低、管理跟不上，三級保護器根本無法安裝。（4）小動力、養(yǎng)殖塘、基建臨時等設備用電不規(guī)范，存在私拉亂接、使用地爬線的現(xiàn)象，造成整個臺區(qū)總保頻繁動作。（5）缺乏長遠規(guī)劃，忙于應付現(xiàn)存問題。配電變壓器分布不合理，低壓出線回路迂回曲折，直接造成低壓線路故障高發(fā)的原因。

2lora通信技術(shù)概況

LoRa作為LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）無線通信技術(shù)，是一種專用于無線電調(diào)制解調(diào)的新型技術(shù)（注：LoRa是LowPowerWideAreaNetwork，簡稱LPWAN，低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術(shù)的超遠距離無線傳輸方案）。它融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù)，擁有前所未有的性能。此前，只有那些高等級的工業(yè)無線電通信會融合這些技術(shù)，而隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領域的局面發(fā)生了徹底的改變。目前，LoRa主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915MHz等。在國家免許可頻段進行通信，通信距離遠、抗干擾性高、功耗低，可有效解決當前其他通信方式數(shù)據(jù)采集成功率不高，數(shù)據(jù)堵塞等缺點；可大大減少SIM（SubscriberIdentityModule，客戶識別模塊）卡使用，節(jié)省通信資費；可簡化配變臺區(qū)中各設備的安裝布線，提高配變臺區(qū)設備與通信集成一體化，解決了設備與通信安裝、調(diào)試、運維困難等繁瑣的問題。用LoRa網(wǎng)關替代原有的通信適配器，集中器，節(jié)點通信技術(shù)模塊替代原有中繼模塊、采集器，實現(xiàn)配變臺區(qū)里的中級保護、家保、電量采集、精品臺區(qū)等通信的遙測、遙信。并將節(jié)點通信模塊直接集成到以上涉及到的設備當中，減少通信設備與電器設備的二次連接，通過LoRa網(wǎng)關單元485線與配變終端連接，完成信號傳遞，改進保護器性能，植入保護器語音告警功能，提高安全用電可靠能力。植入LoRa通信模塊后的設備，安裝簡單、調(diào)試方便、免人工運維，實時監(jiān)測用戶用電情況，及時發(fā)現(xiàn)用戶異常及設備故障狀態(tài)；優(yōu)化后的保護器功能更加智能化，可實現(xiàn)異常主動上報，面板操作更加簡單易懂，操作方便。提供的語音報警功能可大大減少檢修耗時,告訴用戶“漏電危險，找電工處理”的提示。實現(xiàn)家保智能通信后，可有效暢通低壓電網(wǎng)中通信的“最后一公里”。中級保護及家保的全面覆蓋上線監(jiān)測，可實現(xiàn)總保頻繁跳閘的有效管控，縮小停電范圍，減少用戶投訴，通過多系統(tǒng)信息推送交互，大數(shù)據(jù)應用實現(xiàn)主動搶修作業(yè)和供電服務。現(xiàn)有臺區(qū)使用LoRa通信技術(shù)測試框圖如圖1所示。LoRa網(wǎng)關是該通信系統(tǒng)的核心，LoRa網(wǎng)關將實現(xiàn)原通信系統(tǒng)中的通信適配器、集中器的全部功能，以及配變終端對溫控器、智能電容控制器、門禁控制器的數(shù)據(jù)采集功能。在該網(wǎng)絡中，LoRa網(wǎng)關定時對所有集成LoRa模塊的設備進行數(shù)據(jù)采集，并通過與配變終端的級聯(lián)關系，依照《QGDW-11-143-2010電能信息采集與管理系統(tǒng)通信協(xié)議（配變終端部分）》與配變終端進行通信，通過配變終端遠程通信功能，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)，同時通過配變終端接收來自主站的命令。

3LoRa通信技術(shù)在配變臺區(qū)設備的應用

通過LoRa通信技術(shù)在配變臺區(qū)里設備的應用，可有效提高農(nóng)村電網(wǎng)供用電安全管理效率。①能夠通過對當前可能存在的故障隱患提出預警，減少了故障發(fā)生的概率；②能夠快速確定故障區(qū)域范圍并判斷故障類型，在停電跳閘后，通過數(shù)據(jù)分析故障電流大小、故障類型、故障區(qū)域，實現(xiàn)故障區(qū)域的快速檢修和非故障區(qū)域的快速供電恢復，縮短搶修時間，減小停電范圍；③對于發(fā)生故障的部分，能協(xié)助運維人員分析故障原因，快速查找和排除故障，縮短停電時間，提高系統(tǒng)供電可靠性和供配電系統(tǒng)的自動化水平，實現(xiàn)可靠、安全、先進、高效的供配電管理；④Lo－Ra通信技術(shù)在配變臺區(qū)里的應用從通信設備上為電力部門及搶修人員提供有力的技術(shù)保證，為配電自動化提供了一種先進手段。實際使用中，因配電柜多是金屬外殼，網(wǎng)關設備以及天線安裝在配電柜中，無線信號受到金屬屏蔽，影響通信距離。LoRa無線通信帶寬有限，適合用于少量數(shù)據(jù)傳輸，如需傳輸大量數(shù)據(jù)，可使用網(wǎng)絡或光纖通信。當LoRa設備密度以及采集頻率過大，存在導致無線信道擁堵的風險。LoRa通信規(guī)約，該規(guī)約需實現(xiàn)入網(wǎng)認證，上下行信道選擇、信道加密，丟包重傳、等重要功能，同時對外提供簡單的接口，可使用AT指令配置LoRa模塊的工作模式，選擇適合實際應用需求的配置。LoRa是一種擴頻技術(shù)，不是直接序列擴頻。直接序列擴頻通過調(diào)制載波芯片來傳輸更多的頻譜，從而提高編碼增益。而LoRa調(diào)制與多狀態(tài)FSK調(diào)制類似，使用未調(diào)制載波來進行線性調(diào)頻，使能量分散到更廣泛的頻段，實現(xiàn)了遠距離通信。從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來看，LoRa網(wǎng)絡架構(gòu)是一個典型的星形拓撲結(jié)構(gòu)（圖2），在這個網(wǎng)絡架構(gòu)中，LoRa網(wǎng)關是一個透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設備和后端中央服務器。網(wǎng)關與服務器間通過標準IP連接，終端設備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關通信。所有的節(jié)點與網(wǎng)關間均是雙向通信，同時也支持云端升級等操作以減少云端通信時間。LoRa使用的星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡化了通信的復雜程度，加之LoRa協(xié)議層實現(xiàn)的上下行信道選擇、信道監(jiān)測、重傳機制等功能大大提高了LoRa通信的穩(wěn)定性和耐壓性能。在安全性方面采用唯一網(wǎng)絡密鑰（EU164）保證網(wǎng)絡層安全，采用唯一應用密鑰（EU164）并保證應用層端到端的安全，采用設備特別密鑰（EUI128）確保設備接入安全。所有設備的內(nèi)容采用加密聚合方式進行加密，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。同時為了防止用戶用電數(shù)據(jù)被分析，用戶用電數(shù)據(jù)需要具備隱私保護能力。利用LoRa通信技術(shù)，可有效解決當前其他通信方式數(shù)據(jù)采集成功率不高，數(shù)據(jù)堵塞等缺點；植入LoRa通信模塊后的保護器，安裝簡單、調(diào)試方便、免人工維護，實時監(jiān)測用戶用電情況，及時發(fā)現(xiàn)用電異常及設備故障狀態(tài)。將LoRa節(jié)點通信模塊通過RS485連接上剩余電流動作保護器（或者直接將LoRa芯片內(nèi)置集成到剩余電流動作保護器內(nèi)部主板上），在配變臺區(qū)安裝LoRa網(wǎng)關單元與配變終端的級聯(lián)口用RS485連接，即可完成信號傳遞。配變終端再通過GPRS信號傳輸，將采集的剩余電流動作保護器信息反饋給配電主站系統(tǒng)。本地通信上，LoRa通信技術(shù)代替了原來的GPRS通信。典型的LoRa組網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示，依據(jù)基本星形網(wǎng)絡模型，分為網(wǎng)關和節(jié)點兩部分，其中節(jié)點通過RS232/485串口采集傳感器設備的數(shù)據(jù)，然后通過LoRa通信標準將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關；而網(wǎng)關則負責采集多個節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)，并通過RS232/485串口、通過以太網(wǎng)或GPRS等路徑與服務器通信。由此即可達到采用LoRa通信標準實現(xiàn)無線采集數(shù)據(jù)的目的。其網(wǎng)絡架構(gòu)支持同一空間內(nèi)多個網(wǎng)絡同時存在的情況。通過設置網(wǎng)絡號配置網(wǎng)關和節(jié)點，以達到同頻段內(nèi)網(wǎng)絡間不會相互干擾的目的。

4LoRa通信技術(shù)實施方案

基于技術(shù)優(yōu)勢，目前電網(wǎng)運行中像變電站這樣電磁干擾較大、通信距離較遠、或者在郊外等復雜環(huán)境的通信問題，都可以很好地解決。實施了6個方案。（1）無線傳輸?shù)膮f(xié)議要進行加密，編寫相關通信規(guī)約。（2）接收器的傳輸距離2km以上，電磁輻射在國家標準范圍內(nèi)。有抗干擾和糾錯能力。（3）由于是無線網(wǎng)絡，可能存在信息安全問題。提出一套網(wǎng)絡密鑰（EU164）保證網(wǎng)絡層安全的方案。（4）將總保、中保、家保連接到電力專網(wǎng)，組建一個無線電力專網(wǎng)，可以監(jiān)測上傳電力抄表的數(shù)據(jù)、用戶跳閘停電、電力搶修數(shù)據(jù)等。（5）中級保和總保是星型結(jié)構(gòu)，沒有保護。后期，低壓配網(wǎng)的光纜建設開始后，中級保的通信設備與其他臺區(qū)的總保搭建備用鏈路。（6）硬件搭建方式直接影響到施工人員的后續(xù)操作，需要制定相對妥善的方案，既能節(jié)約大量的能源與人力成本，保證安裝后現(xiàn)場電力設備的美觀度，還要增強其穩(wěn)定性，提升供用電的經(jīng)濟性、安全性和可靠性。采用內(nèi)嵌式方法進行硬件搭建。

作者:幸進 李夢婕 方勇 朱軼群 單位:國網(wǎng)浙江三門縣供電有限公司