基于私有路由協(xié)議的電力無(wú)線(xiàn)抄表系統方案

一、抄表系統的現狀

隨著(zhù)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我們的生活能感受到更多信息化所帶來(lái)的全新體驗。而在現今節能減排的要求下，智能電網(wǎng)的建設備受關(guān)注。智能抄表系統作為智能電網(wǎng)建設的一部分近年來(lái)也得到快速發(fā)展。

電力部門(mén)對電表管理的傳統方式包括人工抄表、電力載波抄表，還有預付費電卡。以往采取的人工抄表不僅效率低，而且容易出現人為因素的錯誤。預付費電卡雖然省去了上門(mén)抄表的麻煩，但對電力部門(mén)來(lái)說(shuō)，數據統計和實(shí)時(shí)監測仍然是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。而節省成本又不用重新布線(xiàn)的電力載波系統又有無(wú)法解決的技術(shù)缺陷。例如：配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個(gè)配電變壓器區域范圍內傳送；三相電力線(xiàn)間有很大信號損失，通訊距離很近時(shí)，不同相之間可能會(huì )收到信號；不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同；電力線(xiàn)存在本身固有的脈沖干擾；電力線(xiàn)對載波信號造成高削減，當電力線(xiàn)上負荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米。這些技術(shù)缺陷使得電力載波誕生很多年后都無(wú)法普及。

在能源日趨珍貴的今天，電表數據已不僅僅是收費依據。電力部門(mén)可通過(guò)用戶(hù)電表數據，了解一個(gè)小區及至整個(gè)城市用電情況，這對于合理分配資源有著(zhù)重要參考價(jià)值。以后甚至還需要對每個(gè)用戶(hù)電表進(jìn)行調控，這都是發(fā)展的趨勢。傳統方式做不到實(shí)時(shí)性，采集的數據不完整，也不能遠程控制用戶(hù)電表，顯然已不能滿(mǎn)足電力部門(mén)更好管理用戶(hù)的需求。隨著(zhù)近年無(wú)線(xiàn)通訊行業(yè)的發(fā)展，因為無(wú)線(xiàn)通訊無(wú)需復雜布線(xiàn)，維護方便，在很多領(lǐng)域的應用都得到認可。同樣應用于智能電網(wǎng)中也已成為熱門(mén)，國家為規范無(wú)線(xiàn)抄表也發(fā)布相應標準規定。本文章所介紹的電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統為智能電網(wǎng)提供了新的手段。

二、電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統

基于私有路由協(xié)議的電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統圖如圖1所示。電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統由位于配電中心管理系統和終端電能表以及位于小區的集中器組成。三者之間通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式連接，實(shí)現數據交換。無(wú)線(xiàn)傳輸方式包括近距離無(wú)線(xiàn)通信和遠距離無(wú)線(xiàn)通信。

整個(gè)過(guò)程是電表將電表計數發(fā)送到小范圍內的小區集中器，小區集中器再將數據發(fā)送到更高一級集中器，或者通過(guò)遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，發(fā)送到配電中心。配電中心管理部門(mén)收到數據后，不僅制成電費賬單，這些實(shí)時(shí)信息數據還可以用于其他用途。這就完成了采集信息過(guò)程，另處還可以控制每個(gè)集中器或者電能表，過(guò)程只是上述的反向操作，這樣電力部門(mén)的管理能力將更強。



圖1　基于私有路由協(xié)議的電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統示意圖

1、系統的構建與實(shí)施

電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統用于電力部門(mén)集中抄表管理，系統為分布式結構，由設備層（終端無(wú)線(xiàn)表具）、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸層和站控層三層構成。設備層主要是Wi-End終端設備；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸層主要由Wi-CL采集器和Wi-Rou路由器、Wi-Cor集中器等設備組成；站控層由計算機、服務(wù)器和抄表軟件等組成。

系統實(shí)施時(shí)，在每一個(gè)電子電能表中安裝無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊構成Wi-End終端設備，負責電能計量并將計量數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊發(fā)送到匹配的Wi-CL采集器，或者接收來(lái)自Wi-CL采集器的管理命令，對電子電能表進(jìn)行監控。在每個(gè)樓層安裝Wi-CL采集器，用于收集Wi-End終端設備的數據，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路傳送到Wi-Cor集中器，或者接收來(lái)自Wi-Cor集中器的管理命令，并傳送給Wi-End終端設備。如果Wi-CL采集器與Wi-Cor集中器之間的距離較遠，或者現場(chǎng)環(huán)境太復雜，導致Wi-CL采集器不能把數據直接傳送到Wi-Cor集中器，這時(shí)需要根據現場(chǎng)情況在合適的地方安裝Wi-Rou路由器進(jìn)行數據的中繼續傳。Wi-Rou路由器的主要功能是允許Wi-CL采集器加入網(wǎng)絡(luò )，多跳中繼網(wǎng)絡(luò )中的數據，協(xié)助Wi-CL采集器與Wi-Cor集中器之間的通信，它一直處于活動(dòng)狀態(tài)。Wi-Rou路由器可以安裝多個(gè)，確保數據傳輸的穩定性和可能性。最后，在一個(gè)相對集中的地方安裝一個(gè)Wi-Cor集中器，負責啟動(dòng)和配置整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，收集Wi-CL采集器的數據，并通過(guò)GPRS模塊將數據傳送給集抄中心，或者接收來(lái)自集抄中心的管理命令，并傳送到Wi-CL采集器。它是整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的核心。

系統搭建完成之后，集抄中心就可以通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)通信方式下發(fā)遠程抄讀命令到Wi-Cor集中器，Wi-Cor集中器將抄表命令轉換成符合DL/T 645多功能電表通信標準的報文，傳輸至Wi-CL采集器，Wi-CL采集器再將命令傳輸至Wi-End終端設備，Wi-End終端設備收到命令后，立即應答，并按相反的路徑將應答信息傳回集抄中心主站，這樣就完成一次抄讀的過(guò)程。
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2、系統的特點(diǎn)

電力無(wú)線(xiàn)遠傳抄表系統具有以下特點(diǎn)：

無(wú)線(xiàn)通訊無(wú)需布線(xiàn)，建設、運營(yíng)成本低，可靠性高，操作、維護、管理簡(jiǎn)單；

半雙工傳輸，不僅抄表，還可對電表設備進(jìn)行遠程控制，實(shí)現更多功能；

信息實(shí)時(shí)性強，收集信息和控制可在很短時(shí)間內完成，可重復抄表，數據備份；

抄讀成功率高，大于98%，支持手抄和定時(shí)傳送數據等多種抄表模式；

傳輸容量大，擴容性能好，集抄范圍廣，還可實(shí)現其他表類(lèi)統一傳送數據，使用同樣的路由協(xié)議及傳送協(xié)議，只需要不同的終端設備即可；

系統為分層分布式簇狀結構，穩定可靠，便于維護；

集抄設備平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF≥7.6×104h；

符合國家2009國家住宅遠傳抄表系統的JG/T 162-2009標準。

3、近距離無(wú)線(xiàn)通訊指標

遠距離通信主要采用位于每個(gè)角落的通信基站和公用市話(huà)網(wǎng)組成的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò )實(shí)現，近距離通信則通過(guò)低成本低功耗通信方案，載波頻率主要有ISM/SRD和國家規定抄表頻段。

系統對無(wú)線(xiàn)通訊的基本要求：半雙工數據傳輸模式，體積小，成本低，可穩定工作5-10年。

本文描述的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊的主要指標：

工作頻段為抄表常用頻段470MHz/433MHz

GFSK調制方式，抗突發(fā)干擾和隨機干擾能力強

視距情況下，天線(xiàn)放置垂直高度>1米，可靠傳輸距離800米

具備一點(diǎn)對多點(diǎn)以及路由功能，組網(wǎng)方式靈活、簡(jiǎn)單

自動(dòng)濾除噪聲產(chǎn)生的虛假數據

支持多個(gè)信道，有效減輕同頻干擾

使用5V電源，接口即可供電

接收電流40mA，發(fā)射電流140mA

采用Soc方案，單片集成RF和MCU，外圍器件少，電路可靠性高

有多種配套天線(xiàn)方案，滿(mǎn)足不同結構要求

市場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種近距離通信模塊：



VT-DTMPA-USB-433M



VT-DTMPA-232-433M

三、結語(yǔ)

智能無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)系統集合各類(lèi)非電力信息，包括氣象、環(huán)境以及自然災害，甚至某個(gè)大型活動(dòng)的用電趨勢等等，為整體電網(wǎng)的綜合預測提供大量數據，及時(shí)預測電網(wǎng)的運行狀況，迅速發(fā)現并排除故障。全面實(shí)現配用電信息化，充分融合電網(wǎng)電流和配用電的相關(guān)信息，以實(shí)現各類(lèi)峰值電源的即插即用，為互動(dòng)用電提供技術(shù)支撐。因此，數據采集的實(shí)時(shí)性，穩定性和可靠性顯得尤為重要。

加快構建以分布式抄表網(wǎng)絡(luò )架構，各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的智能無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)系統，對于實(shí)現電力遠距離、大規模輸送，在全國范圍優(yōu)化配置能源資源，保障經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展對能源的需求，有著(zhù)十分重要的現實(shí)意義和戰略意義。