農村電網(wǎng)遠程自動(dòng)抄表系統初探

0 引言

：在科技迅猛發(fā)展的今天，各縣級電力企業(yè)仍在沿用最原始的人力抄表方法，扛著(zhù)梯子、騎著(zhù)摩托走村串街的去抄表，不管刮風(fēng)下雨、不論酷暑嚴寒日復一日。抄表工作是目前各縣級電力企業(yè)耗費人力資源最大的一項工作，特別是隨著(zhù)農村電網(wǎng)規模的擴大，用戶(hù)數量迅速增加，人工抄表工作量大，效率低，人為誤差嚴重，漏抄、估抄、冒抄現象時(shí)有發(fā)生，不利于科學(xué)管理和電費的及時(shí)足額征收，同時(shí)對優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作也造成了一定影響。近年來(lái)，遠程自動(dòng)抄表技術(shù)發(fā)展非常迅速，在城市居民小區已有應用實(shí)例。但相對于城市電網(wǎng)用戶(hù)分散、電網(wǎng)結構薄弱的農村電網(wǎng)，遠程自動(dòng)抄表技術(shù)的應用還比較罕見(jiàn)。

1 遠程自動(dòng)抄表系統的通訊方式

遠程自動(dòng)抄表系統是集電表數據采集、載波傳輸、數據存儲、數據通信、數據處理及斷電控制等功能于一體的自動(dòng)化系統。遠程自動(dòng)抄表技術(shù)現存的主要技術(shù)難點(diǎn)之一是通信技術(shù)。通信設備占據抄表系統投資的大部分，而通信的可靠性對抄表系統的可信賴(lài)性有著(zhù)決定性的影響。選擇一種合適的通信方式，可以在很大程度上提高系統的可靠性和實(shí)用性，從而使系統得到廣泛的推廣。目前國內外研究中常見(jiàn)的遠程抄表系統的通信方式主要有以下幾種形式。

1.1專(zhuān)用有線(xiàn)通信線(xiàn)路方式

采用此種通信方案一般為總線(xiàn)通信方式，主要包括:RS485/422總線(xiàn)。這是自動(dòng)抄表系統底層通信廣泛使用的方式，一般用于各電表到集中抄表器之間的通信，物理介質(zhì)為雙絞線(xiàn)。雙絞線(xiàn)的抗干擾能力強，信道穩定，通信速率和通信距離都能很好地滿(mǎn)足城市居民小區自動(dòng)抄表系統底層通信的要求。但RS485/422只提供物理層規范，進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)工作量大，不利于產(chǎn)品的規范化。

ProfiBus、BitBus、CAN、LnoWorks等現場(chǎng)總線(xiàn)。其物理層與RS485/RS422相同，但加入了數據鏈路層或更高層的協(xié)議支撐，以信息包的方式傳遞數據，其內部軟件模塊完成數據打包/解壓包、CRC校驗等任務(wù)。這類(lèi)規范化的現場(chǎng)總線(xiàn)，技術(shù)成熟，二次開(kāi)發(fā)工作量小，大多數產(chǎn)品在數據鏈路層以及傳輸層采用了差錯控制技術(shù)而使通信的可靠性大大提高。但專(zhuān)用有線(xiàn)通信方式，布線(xiàn)工作量大，通訊信道易受人為損壞，損壞后故障排除困難、恢復慢，一般只適用于近距離通信。

1.2電話(huà)線(xiàn)通信方式

電話(huà)線(xiàn)通信方式主要用于集中抄表以后的數據遠程傳輸，較多的應用在集中器和抄表管理中心的通信過(guò)程中。目前大多采用在數據集中器和管理中心主機加裝外置調制解調器(MODEM)或內置MODEM芯片方案實(shí)現，其通信速率可達2.4kbps、9.6kbps甚至56kbps。主機對集中器的呼叫可通過(guò)撥號由交換機自動(dòng)完成，也可以租用專(zhuān)線(xiàn)，但費用較高。電話(huà)線(xiàn)方式進(jìn)行數據通信時(shí)，線(xiàn)路續接(包括呼叫應答等)時(shí)間較長(cháng)，通常需幾秒到幾十秒。這一方面使得管理中心無(wú)法對用戶(hù)實(shí)時(shí)監控;另一方面當終端數目較多時(shí)，租用電話(huà)線(xiàn)路多，其租用費用也很可觀(guān)，因此不適合大容量系統。

1.3專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)通信方式

無(wú)線(xiàn)方式主要包括無(wú)線(xiàn)電通信和紅外通信兩種方式，屬于比較成熟的常規技術(shù)。該種方式在傳輸帶寬、通信速率、通信距離、安裝調試等方面具有較大的靈活性，在布局分散的終端之間進(jìn)行通信時(shí)是一種較好的選擇。其主要缺點(diǎn)是需申請頻點(diǎn)使用權，如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰兩個(gè)信道會(huì )產(chǎn)生相互干擾。其使用場(chǎng)合有一定的限制。

以中繼傳輸，自動(dòng)組網(wǎng)為技術(shù)特征，無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)技術(shù)近年得到迅速發(fā)展。例如，Zigbee網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，該技術(shù)主要用于傳感器之間的近距離通信，由于其具有低成本，自動(dòng)組網(wǎng)等特點(diǎn)，可應用于自動(dòng)抄表系統中的底層通信。尤其是用戶(hù)比較集中時(shí)，可采用微功率發(fā)送，中繼傳輸，自適應路由的方式將各表計的數據傳送至集中器。

1.4電力線(xiàn)載波通信方式

低壓電力線(xiàn)載波通信是指利用現有低壓220V線(xiàn)路作為通信載體，通過(guò)載波方式將模擬或數字信號進(jìn)行傳輸的技術(shù)。該技術(shù)不需再鋪設通訊線(xiàn)路，施工量少，節約資金投入，而且有利于管理，信道不易破壞。

在自動(dòng)抄表系統中一般采用將多用戶(hù)的數據集中后遠傳的方式，以避免通信資源的浪費和成本的增加。但農村居民居住分散，各電力表計到集中器之間距離較遠，底層通信難于采用雙絞線(xiàn)等有線(xiàn)通信方式。另一方面，農村供電網(wǎng)分支少，適宜于電力線(xiàn)載波通信。所以電力線(xiàn)載波通信在農村電網(wǎng)的自動(dòng)抄表系統中具有一定優(yōu)勢。

1.5基于移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的GPRS/短信息通信方式

GPRS/短信息通信依附于GSM移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，GPRS的數據速率可達到115kbps。短信息通信的數據速率可達到9.6kbps。

GPRS允許業(yè)務(wù)用戶(hù)在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò )資源，根據數據流量進(jìn)行收費，因而適用于間歇的、非周期的數據傳輸;少量數據的頻繁傳輸;較大容量數據的不頻繁傳輸。短信息通信適用于數據量少，實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。

目前，移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )基本實(shí)現了居民區域的全覆蓋，服務(wù)質(zhì)量逐年提高，資費逐步降低，而自動(dòng)抄表系統具有數據量不大，實(shí)時(shí)性要求不高的特點(diǎn)，所以GPRS/短信息通信方式在自動(dòng)抄表系統中具有較好應用前景。

2 農村末端電網(wǎng)的結構特點(diǎn)

武邑縣地處冀中大平原，農村各戶(hù)住房相對山區比較集中，但相對城市略顯分散，村內南北、東西向一般都有主要街道，相鄰兩村之間的距離一般都在5公里以?xún)?。照明變壓器一般為每?臺，較大的村有的2-3臺，每臺照明變壓器的容量大多為30千伏安和50千伏安，低壓出線(xiàn)根據變壓器的位置決定，變壓器在村中間的一般低壓都有2回出線(xiàn)(三相四線(xiàn))，為了盡量保證三相負荷平衡，每根相線(xiàn)上所帶戶(hù)數約為全村戶(hù)數的六分之一;變壓器安裝位置在村一頭的，一般低壓都是一回出線(xiàn)(三相四線(xiàn))，每根相線(xiàn)上所帶戶(hù)數約為全村戶(hù)數的三分之一，一般較小的村也就幾十戶(hù)、一百多戶(hù)，較大的村可達幾百戶(hù)。農村相鄰兩戶(hù)之間的距離和城市平房住戶(hù)沒(méi)有多大差別，一般都在幾十米、上百米。戶(hù)表都用集表箱固定在室外墻壁上，根據每個(gè)區域(胡同)居民戶(hù)數的多少采用不同型號的集表箱，每個(gè)集表箱所安裝電能表(標準外形尺寸)的數量一般分為4塊、6塊、8塊不等。

3 農村電網(wǎng)遠程自動(dòng)抄表系統技術(shù)方案

根據農村電網(wǎng)的結構特點(diǎn)，將遠程自動(dòng)抄表系統設計為四層結構較為適宜，即抄表管理中心、供電所數據中繼及管理分站、村級數據集中器、載波集抄電表。系統結構如圖所示：

3.1抄表管理中心

抄表管理中心與各供電所通過(guò)現有的光纖通道進(jìn)行通信，負責將遠程抄表終端傳輸上來(lái)的用戶(hù)電量信息匯總、整理后加以處理，提供給收費系統、用電管理系統使用。抄表管理中心還通過(guò)上位機管理系統對轄區各集中器進(jìn)行管理，對集中器和載波電表進(jìn)行不同的設置和維護。

根據系統規模和管理體制，一個(gè)縣級供電公司可設立一個(gè)或多個(gè)抄表管理中心。各管理中心之間可以通過(guò)電力系統內部的通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接。

抄表管理中心由抄表管理計算機和上位機抄表管理系統軟件組成，是抄表管理人員與本系統直接交流的部分。上位機管理系統位于抄表管理中心的計算機上，它實(shí)際上就是一套建立在數據庫基礎上的軟件管理系統。抄表管理中心和供電所是1：N的關(guān)系，一個(gè)抄表管理中心負責管理區域下的多個(gè)供電所。

3.2供電所數據中繼及管理分站

武邑局各供電所/變電站(均為站所合一模式)都開(kāi)通了與局機關(guān)之間的光纜通訊，只要將集中器采集到的數據送到供電所，就可由供電所集中上傳到縣局抄表管理中心。而供電所與35kV變電站為站所合一模式，與各村的照明變壓器均有10kV電力線(xiàn)直接相連，具備實(shí)現載波通信的條件。所以，采用村級數據集中器的數據經(jīng)10千伏載波通信上傳至變電站(供電所)，再由供電所利用現有的微機網(wǎng)絡(luò )上傳至縣局抄表管理中心的模式比較經(jīng)濟、實(shí)用。

供電所數據中繼及抄表管理中心主要由載波通信機，光纖通信設備(現有)和供電管理計算機(現有)構成，主要完成數據中繼和供電所轄區內用電數據的處理功能。由于供電所可對各用戶(hù)用電量實(shí)時(shí)監視，在自動(dòng)抄表的基礎上，還可以增加防竊電、安全監視等功能。這對增加電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行具有重要作用。

3.3 數據集中器

數據集中器，跨接在村級低壓配電變壓器的高壓和低壓側，是最主要的數據采集終端設備。向上通過(guò)10kV電力線(xiàn)載波通道、光纖通道與供電所、抄表管理中心通訊，接收供電所、管理中心的指令，自動(dòng)完成電表數據抄錄。向下通過(guò)低壓電力線(xiàn)載波通信方式匯集該配變下所有載波電表和村級配電總表的數據(基本功能)，并根據指令向采集終端發(fā)送用戶(hù)停、送電分合指令，完成對用戶(hù)的遠程分、合閘控制工作(可選功能)。

3.4載波電表

載波電表裝于集表箱內，完成對裝于同一集表箱內的所有用戶(hù)電表(1-8個(gè))的抄收工作。并將抄收到的數據上傳至集中器。載波電表主要通過(guò)對用戶(hù)電表的數據進(jìn)行二次處理的方式進(jìn)行數據采集，這樣既可避免大量更換電表而造成客戶(hù)投資的浪費，又可使遠程自動(dòng)抄收數據與現有電表數據相互驗證，增加了數據的可靠性。

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