用電信息采集系統(tǒng)通信方案對(duì)比研究

呂 瑞，徐 軍

寧夏電力公司固原供電局，寧夏固原 756000

近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了發(fā)展“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。用電信息采集系統(tǒng)作為電網(wǎng)和客戶(hù)之間信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的智能雙向平臺(tái)，是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要組成部分。其主要功能是實(shí)現(xiàn)變電站、公變、專(zhuān)變、居民用戶(hù)的是負(fù)荷和計(jì)量異常監(jiān)測(cè)與電量集抄管理。

用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)中，選擇穩(wěn)定、可靠、實(shí)時(shí)、安全的通信方式是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。直接影響著集中器與主站，集中器與采集器（電能表）之間通信的可靠性和采集成功率。目前，常用的用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信方式主要有電力光纖、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)和無(wú)線公網(wǎng)3種方式，常用的本地通信方式也有電力載波（包括電力寬帶和電力窄帶）、RS-485、微功率無(wú)線3種通信方式。如何根據(jù)地理環(huán)境和低壓用電網(wǎng)絡(luò)分布情況，合理選擇本地和遠(yuǎn)程通信方式對(duì)用電信息采集系統(tǒng)后續(xù)建設(shè)和推廣應(yīng)用有決定性的意義。

1 用電信息采集系統(tǒng)系統(tǒng)的基本原理

用電信息采集系統(tǒng)主要由智能電能表、采集器、集中器（采集終端）、通信信道、主站、應(yīng)用管理系統(tǒng)構(gòu)成。如圖1所示。

圖1 用電信息采集系統(tǒng)原理圖

智能電能表具有精度高、智能費(fèi)控、電價(jià)電量信息存儲(chǔ)、余額報(bào)警、遠(yuǎn)程信息傳送等功能的計(jì)量裝置。部分電能表內(nèi)置了載波或微功率無(wú)線通訊功能的采集模塊。采集器通過(guò)RS-485接口采集電能表用電數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)上傳到集中器。集中器是用電信息采集系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它通過(guò)本地通信信道與采集器或具有采集通信功能的電能表通信，獲取和暫時(shí)存儲(chǔ)用電信息，并根據(jù)主站的命令，通過(guò)遠(yuǎn)程通信信道上傳數(shù)據(jù)或接收傳送命令。主站是以建立在公司的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)為核心，執(zhí)行用電采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集任務(wù),實(shí)現(xiàn)用電信息的集中存儲(chǔ)、管理和分析。并對(duì)SG186營(yíng)銷(xiāo)管理系統(tǒng)、營(yíng)銷(xiāo)輔助決策系統(tǒng)等管理子系統(tǒng)提供電量電費(fèi)統(tǒng)計(jì)查詢(xún)、線損分析等數(shù)據(jù)支撐。

2 信息采集系統(tǒng)通信方案及比較

2.1 遠(yuǎn)程通信方案介紹

目前比較成熟的用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信主要有電力光纖專(zhuān)網(wǎng)、無(wú)線公網(wǎng)（GPRS、CDMA）、無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)等3種方案。

2.1.1 電力光纖專(zhuān)網(wǎng)

光纖專(zhuān)網(wǎng)主要以公司變電站光纖主網(wǎng)和近期投運(yùn)的農(nóng)網(wǎng)光纖通訊工程為依托，投資建設(shè)配電臺(tái)區(qū)延伸光纖網(wǎng)絡(luò)。具有傳輸穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)、帶寬高和傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但分析固原地區(qū)配電臺(tái)區(qū)布點(diǎn)分散、中壓供電半徑大、地勢(shì)陡峭、用電量小等特點(diǎn)，建立光纖專(zhuān)網(wǎng)投資巨大，維護(hù)不方便，且不能達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.2 無(wú)線公網(wǎng)

無(wú)線公網(wǎng)主要基于GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）、CDMA（碼分多址)和3G通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。具有實(shí)時(shí)在線、登陸快捷、通信穩(wěn)定、按量收費(fèi)、高速傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。同時(shí)，以投資少，建設(shè)周期短和后期調(diào)試、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信方案中廣泛推廣。但也有依賴(lài)性強(qiáng)、系統(tǒng)安全性不高等缺點(diǎn)。

2.1.3 無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)

無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)主要是以230MHZ（國(guó)家無(wú)線電委員會(huì)分配的電力傳輸專(zhuān)用頻段）無(wú)線電力專(zhuān)網(wǎng)自組網(wǎng)技術(shù)建立遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)。其采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式，通訊速率高、響應(yīng)速度快、設(shè)備安裝方便，可經(jīng)濟(jì)有效地消除無(wú)線通信盲區(qū)，而且自組網(wǎng)技術(shù)設(shè)備安裝方便，調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單。但在集中大規(guī)模組網(wǎng)時(shí)，存在抗同頻信號(hào)干擾能力差，網(wǎng)絡(luò)通信傳輸能力較差的缺點(diǎn)。

2.1.4 遠(yuǎn)程通信方案比較

適宜無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)覆蓋完整且信號(hào)良好的農(nóng)村或城市地區(qū)通信方案 電力光纖專(zhuān)網(wǎng) 無(wú)線公網(wǎng) 無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)成本 成本最高 成本最低 成本較低施工難易 難施工 易施工 較易施工運(yùn)行維護(hù) 易維護(hù)/運(yùn)行費(fèi)用低 易維護(hù)/運(yùn)行費(fèi)用高 易維護(hù)/運(yùn)行費(fèi)用低可靠性 最高 較高 較高實(shí)時(shí)性 最強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng)抗干擾抗電磁/天氣干擾強(qiáng) 容易受天氣狀況和地理環(huán)境影響容易受環(huán)境和公網(wǎng)運(yùn)行狀況影響適宜適宜變電站周邊臺(tái)區(qū)較集中地區(qū)或輻射容易的縣城新建臺(tái)區(qū)適宜地勢(shì)平坦、無(wú)線公網(wǎng)信號(hào)覆蓋不完整，臺(tái)區(qū)較集中地區(qū)

2.2 本地通信方案介紹

用電信息采集系統(tǒng)本地通信主要有RS-485、電力載波、微功率無(wú)線3種通訊方式。下面對(duì)3種組網(wǎng)方式進(jìn)行分析對(duì)比。

2.2.1 RS-485總線通信組網(wǎng)

RS-485總線通信組網(wǎng)是采用RS-485數(shù)據(jù)線作為智能電能表與采集器，采集器與集中器的通信信道。其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

RS-485數(shù)據(jù)線作為專(zhuān)用的有線通信信道，具有通信可靠性高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，距離遠(yuǎn)(通訊距離可達(dá)1000m)，不受配電臺(tái)區(qū)限制等優(yōu)點(diǎn)。但這種組網(wǎng)方案要求將數(shù)量龐大的居民用戶(hù)和中小動(dòng)力用戶(hù)表計(jì)用RS-485數(shù)據(jù)線連接起來(lái)。需要大量布線，施工工程量大，安裝、維護(hù)費(fèi)用較高。

圖2 RS485數(shù)據(jù)線本地通信組網(wǎng)方案

2.2.2 電力載波通信組網(wǎng)

電力載波通信是利用電力線路作為通信介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)載波智能電能表與集中器之間的通信。其電力載波通信技術(shù)相對(duì)成熟，具有無(wú)需布線、投資小、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單、易擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。但由于受電力線的高衰減、低阻抗、諧波干擾、相鄰臺(tái)區(qū)載波信號(hào)干擾等因素影響。電力載波通信距離大幅縮短，速率低，可靠性不高，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，系統(tǒng)不穩(wěn)定，不能跨臺(tái)區(qū)抄表。

2.2.3 微功率無(wú)線通信組網(wǎng)

微功率無(wú)線通信是通過(guò)微功率無(wú)線電通訊模塊(發(fā)射功率一般在100mw以下的無(wú)線通信都可稱(chēng)微功率無(wú)線通信)發(fā)射和接收信息。

微功率無(wú)線通信組網(wǎng)具有無(wú)需布線、通信可靠性高、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可跨臺(tái)區(qū)抄表等優(yōu)點(diǎn)。采用無(wú)線自組網(wǎng)通信技術(shù)，工程安裝簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活、容易維護(hù)。但容易受環(huán)境干擾，穿透墻體和建筑物時(shí)信號(hào)衰減較大。

2.2.4 本地通信方案比較

通信方案 RS-485總線 電力載波 微功率無(wú)線建設(shè)成本 成本最高 成本最低 成本較低施工難易需專(zhuān)門(mén)布線，難施工無(wú)需布線，易施工 易施工運(yùn)行維護(hù)維護(hù)工作量大，查找故障較難 易維護(hù) 易維護(hù)可靠性 最高 高 高實(shí)時(shí)性 最強(qiáng) 弱 強(qiáng)抗干擾 抗干擾能力強(qiáng)，但容易遭雷電襲擊低，容易受電力線路諧波、載波頻率影響抗干擾能力強(qiáng)，容易受高大建筑阻擋，穿墻信號(hào)衰減大傳輸距離距離長(zhǎng)、可跨臺(tái)區(qū)抄表距離較短,不能跨臺(tái)區(qū)抄表覆蓋面積大,可跨臺(tái)區(qū)抄表適宜 適宜電表安裝集中、易布線的信件小區(qū)適宜電表安裝分散或雖安裝集中但不宜布線小區(qū)適合無(wú)高大建筑阻礙的農(nóng)村或平原地區(qū)

3 通信方案選擇及應(yīng)用

以上介紹的遠(yuǎn)程和本地通信方案各有優(yōu)勢(shì)和不足，但任何一種方案都不能完全解決信息采集系統(tǒng)通信的所有問(wèn)題。因此，只有根據(jù)表計(jì)安裝情況和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇合適的通信方案，同時(shí)充分發(fā)揮不同通信方案的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)。以提高信息采集系統(tǒng)的采集成功率。

1）在配電臺(tái)區(qū)比較集中，配電網(wǎng)絡(luò)較為完善的城市地區(qū)，應(yīng)結(jié)合城市配網(wǎng)改造和配電自動(dòng)化建設(shè)，開(kāi)展光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，大力推行電力光纖為主的用電信息采集遠(yuǎn)程通信方案；

2）在城市發(fā)展基本定型的老城區(qū)、郊區(qū)，由于光纖施工不便。應(yīng)優(yōu)先選擇無(wú)線公網(wǎng)(GPRS、CDMA)作為用電信息采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信方案。條件成熟的可建設(shè)無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)；

3）由于固原的農(nóng)村地區(qū)人口居住分散、鄉(xiāng)鎮(zhèn)距離遠(yuǎn)，建設(shè)電力光纖和無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)投資成本過(guò)高，應(yīng)以無(wú)線公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信；

4）在智能電能表安裝比較集中，容易布線的新建小區(qū)可結(jié)合小區(qū)電力線路布線，大力推廣RS-485數(shù)據(jù)總線的信息采集系統(tǒng)本地通信方案；

5）在智能電能表安裝集中或分散、不宜布線但低壓線路狀況較好，線路半徑小，負(fù)荷波動(dòng)小，諧波較少的小區(qū)可優(yōu)先選擇電力載波作為本地通信方案；

6）在低壓線路比較差的臺(tái)區(qū)，如城鄉(xiāng)結(jié)合部，動(dòng)力、商業(yè)、照明混合存在或線路過(guò)長(zhǎng)的臺(tái)區(qū)不宜使用電力載波通信，應(yīng)以微功率無(wú)線本地通信方案為主；

7）在電能表安裝分散、不易布線，無(wú)高大建筑物阻礙信號(hào)的小區(qū)或農(nóng)村地區(qū),選擇微功率無(wú)線作為本地通信方案可有效避免負(fù)荷波動(dòng)和線路的影響，提高采集率。

4 結(jié)論

用電信息采集系統(tǒng)承擔(dān)著用電信息自動(dòng)采集、高效共享和實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要任務(wù)，是智能用電服務(wù)體系的重要基礎(chǔ)和用戶(hù)用電信息的重要來(lái)源。通信方案的選擇和應(yīng)用是用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中的難點(diǎn)，直接決定著用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)成敗和能否發(fā)揮其重要作用。本文通過(guò)對(duì)用電信息采集系統(tǒng)常用的本地通信方案和遠(yuǎn)程通信方案的分析和比較。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，分別提出了針對(duì)不同地理環(huán)境的用電信息采集系統(tǒng)通信應(yīng)用方案。為用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)有參考和指導(dǎo)意義。

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