【摘要】通信技術(shù)是電能表遠抄采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，現(xiàn)場安裝情況十分復(fù)雜，單靠一種通信方式無法滿足各種環(huán)境下的抄表應(yīng)用，實地因地制宜，采用將微功率無線通信方式和電力載波通信雙網(wǎng)融合的設(shè)計思路及實施方案，實現(xiàn)“全采集，全覆蓋”的效果。以河北邯鄲本地集抄現(xiàn)狀為例，闡述方案的應(yīng)用效果及應(yīng)用領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】微功率無線；載波通信；雙網(wǎng)融合；電能表采集系統(tǒng)

1.前言

國家電網(wǎng)公司堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的總體要求，保證智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)范有序推進，實現(xiàn)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)“全覆蓋、全采集、全預(yù)付費”。低壓居民戶表抄讀覆蓋范圍最廣，用戶量最大，是目標實現(xiàn)的重點。

低壓抄表系統(tǒng)按照抄表通信方式分有兩類：有線和無線，主要方案有：RS485抄表系統(tǒng)，低壓電力線載波抄表系統(tǒng)，無線抄表系統(tǒng)，混合抄表系統(tǒng)，塑料光纖抄表系統(tǒng)。這兩大類抄表系統(tǒng)有其各自的優(yōu)勢和適用領(lǐng)域。目前，河北南網(wǎng)大力推廣智能采集系統(tǒng)，集抄多采用電力線載波方式。電力線載波集抄在運行過程中有許多不足：低壓配網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜，如帶有變頻設(shè)備的臺區(qū)，對電力線載波運行環(huán)境帶來較大的干擾，難以保證抄表的穩(wěn)定性；對于多臺變供電的用電環(huán)境，由于載波串?dāng)_，不宜實施載波抄收方案；載波傳輸距離有限，需要通過中繼方式保證抄表覆蓋范圍，對于農(nóng)村、城鄉(xiāng)結(jié)合部等高密度住宅不能做到全覆蓋；低壓電力線窄帶載波速度低，實時性差，無法滿足遠程預(yù)付費、遠程拉合閘的需求。微功率無線抄表方式，由于無線信號受到障礙物阻擋，通信距離的影響，信號具有不穩(wěn)定性，且其通信頻率使用的是免費公用頻段，突發(fā)的干擾信號不能避免，抗干擾設(shè)計也是這種工作方式的難點之一。

為解決這些問題，提出基于電力載波與微功率無線通信雙網(wǎng)融合智能采集通訊方案，就是將二者緊密結(jié)合起來，微功率無線通信為主，載波通信為輔，兩者相互協(xié)調(diào)，互為備用，優(yōu)勢互補，構(gòu)成雙通道，可以有效解決本地通信遇到的問題，提高抄表成功率。

2.雙網(wǎng)融合通信技術(shù)方案的原理及創(chuàng)新點

2.1 方案設(shè)計

該系統(tǒng)組網(wǎng)原理采用如下兩種方式：

第一種方案（如圖1所示）結(jié)合邯鄲臺區(qū)特點，權(quán)衡各種方案形式利弊，從科學(xué)經(jīng)濟性能等方面分析，采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計，在本地費控和量控電表端以485線彼此連接，按計量表箱為單位安裝采集器，集中器端需加裝專用的下行模塊。后續(xù)調(diào)試過程也很方便，需用android系統(tǒng)的手機或者pad通過TG的小型轉(zhuǎn)接模塊就可以進行。

方案原理說明：

（1）以電表+采集器+集中器三層方式進行抄表作業(yè)，電表模塊繼續(xù)使用原有的電力載波模塊；對之前的載波現(xiàn)場不做任何改動。

（2）增加采集器，配TG微功率無線通信模塊，與電表間通過485線連接（一塊采集器可連接32塊電表）；

（3）增加一個集中器（配TG微功率集中器通信模塊）作為主抄，與原使用電力載波模塊的集中器用485線連接。這樣抄表系統(tǒng)以微功率無線通信為主，以電力載波通信方式為補充。

第二種方案（如圖2所示）將微功率無線通信與載波通信相結(jié)合，通道合二為一，互相結(jié)合利用，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。

方案原理說明：

（1）以電表+采集器+集中器三層方式進行抄表作業(yè)，之前的電力載波通信作為技術(shù)備用，方案的載波通信通過采集器與集中器之間通信實現(xiàn)。

（2）增加采集器，配備方案專用模塊，與電表間通過485線連接（一塊采集器可連接32塊電表）；

（3）更換臺區(qū)集中器（配TG微功率集中器通信模塊）作為主抄，與原使用電力載波模塊的集中器用485線連接。這樣抄表系統(tǒng)以微功率無線以及電力載波通信相結(jié)合的方式，彼此互為補充。

方案應(yīng)用最新的集抄組網(wǎng)協(xié)議，抄表效率大幅度提高。應(yīng)用多種通信技術(shù)相結(jié)合的方式，載波無線通道并存，并且可以實時監(jiān)控，根據(jù)實際情況自由選擇通道，做到雙網(wǎng)融合，互為備用，保證抄收的時效性和穩(wěn)定性

2.2 組網(wǎng)方案技術(shù)保障及創(chuàng)新點

作為電子產(chǎn)品，硬件參數(shù)特性對其影響是無庸置疑的，保障準確統(tǒng)一的硬件參數(shù)，無疑會提高其抗干擾性；作為Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)（無線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）基于節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹敖恿Α痹?，路由管理方式及組網(wǎng)方式的快捷性，這成為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)異抗干擾性的另一個有力保證。TG微功率無線通信模塊采用了以下方式，較同類產(chǎn)品在抗干擾，提升抄表成功率方面有了相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。

軟件保障：

TG-Inwicos系統(tǒng)分布式路由的特點：

路由表分散存貯在各節(jié)點中，減輕了網(wǎng)關(guān)存貯資源的壓力；

由各節(jié)點路徑組合成再下一級節(jié)點的路徑，實際路徑數(shù)量隨節(jié)點間跳數(shù)的增加（故障機率會增加）而呈幾何級數(shù)增加，這樣路徑數(shù)量較集中式路由的路徑數(shù)大幅度增多，經(jīng)繞行后故障機率極大地減少。

在節(jié)點間通信失敗時，就地解決，“當(dāng)?shù)貑栴}當(dāng)?shù)靥幚怼?，不影響其它地方?/p>

智能節(jié)點：

TG系統(tǒng)采用“對等式”管理，作為“智能節(jié)點”，在上電后各節(jié)點會自主組網(wǎng)（由各節(jié)點同時組網(wǎng)及路由計算），在發(fā)生通信故障時會立即自主更新路由，并實時更新。

深度優(yōu)先算法：

TG系統(tǒng)采用的是“深度優(yōu)先搜索”，其特點為：組網(wǎng)時，沿縱向進行搜索，通過“回環(huán)檢測”、“回歸”、“繞行”防止陷入死循環(huán)，快速找到目標，先解決能通信問題，再優(yōu)化解決快速問題。這樣的方式組網(wǎng)快，故障時的處理也更快，整個網(wǎng)絡(luò)會更加堅強。

跳頻功能：

TG系統(tǒng)和其它系統(tǒng)一樣，使用信道組的概念，在通信的頻點受到干擾時，能自動跳頻到另一頻點，解決此通信頻率下干擾的問題。

實時監(jiān)控：

與傳統(tǒng)方式不同，TG通信系統(tǒng)采用的是實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，而不是發(fā)送數(shù)據(jù)前才監(jiān)聽。這樣網(wǎng)絡(luò)會實時修復(fù)故障點，隨時保持通信的暢通，而不是需要發(fā)送數(shù)據(jù)時再臨時修復(fù)。

硬件保障：

獨有的“窄帶”技術(shù)：

TG獨有的“窄帶”通信技術(shù)，使用1/10的帶寬，在同樣頻段范圍擁有10倍的通信頻道，并更大程度地減少鄰頻道干擾/被干擾，大幅度降低了“通信中斷”的可能。

高精確的載波頻率：

TG系統(tǒng)除硬件精度的保證外，還利用軟件進行補償調(diào)整，保證載波頻率誤差在±0.5kHz以內(nèi)。精準的工作點，是“窄帶通信技術(shù)”的基礎(chǔ)，也是通信質(zhì)量成功率的保障！

優(yōu)秀的鄰道選擇性等特性參數(shù)：

除常規(guī)參數(shù)外，TG系統(tǒng)對以下參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，以更好地保證產(chǎn)品的通信特性，提高抗干擾能力：

雜散射頻分量：對寄生分量及次諧波、二次、三次、四次諧波均進行了設(shè)計優(yōu)化。

鄰道功率：在設(shè)計中，對規(guī)定條件下落在其它相鄰信道內(nèi)的功率進行抑制，減少信道功率，防止其對其它通信產(chǎn)生干擾，同時加強自身信道的信號強度。

調(diào)制限制：對發(fā)射電路調(diào)制偏移能力進行了優(yōu)化設(shè)計。

接收靈敏度：TG通信系統(tǒng)在-112dBm下誤碼率接近0。

選擇性：對鄰信號選擇性、共信道抑制、阻塞、雜散響應(yīng)、互調(diào)抗擾性等性能進行了設(shè)計優(yōu)化。

技術(shù)及工藝水平：

（1）對載波環(huán)境改動較小，不破壞現(xiàn)有臺區(qū)環(huán)境，用戶表端采用485通信連接到數(shù)據(jù)采集器，將影響降到最低。

（2）采集器與集中器之間采用最新無線通信集抄技術(shù)，最大限度的規(guī)避電力線環(huán)境對臺區(qū)造成的影響。

（3）應(yīng)用最新的集抄組網(wǎng)協(xié)議，盡可能快得提高整體抄收速度，并且保證一次采集成功率滿足省網(wǎng)公司要求。

（4）應(yīng)用多種通信技術(shù)相結(jié)合的方式，使臺區(qū)的整體抄收質(zhì)量得到很大的提高，并且保證抄收的時效性和穩(wěn)定性。

（5）采用無線管委會規(guī)定標準頻率的多頻復(fù)用技術(shù)，有效避免用電設(shè)備異常及同頻干擾帶來的抄收影響。

3.應(yīng)用效果

本項目在邯鄲本地完成4個臺區(qū)的改造，其中3個臺區(qū)為3層改造結(jié)構(gòu)（電表-采集器-集中器），1個臺區(qū)為2層改造（電表-集中器）。方案涉及表計總數(shù)量接近1800塊，目前項目總體運行穩(wěn)定，一次抄表成功率達到98%以上，滿足智能抄表管理的各項要求。各臺區(qū)情況如下：

0631臺區(qū)情況：

（1）此臺區(qū)供老式建筑用戶，有平房、筒子樓、6層建筑，走線比較混亂。

（2）臺區(qū)檔案歸屬不正確，存在表計檔案位置與現(xiàn)場不符、表計已安裝，但未統(tǒng)計進系統(tǒng)情況。

（3）臺區(qū)供電環(huán)境復(fù)雜，用戶電器運行時干擾大。

（4）臺區(qū)的線路末端處于無載波信號狀態(tài)。

1132臺區(qū)情況：

（1）臺區(qū)線路環(huán)境復(fù)雜，線路供電距離長，表戶數(shù)多，集中器未安裝在幾何位置的中心。

（2）用電種類多，單相電表和三相電表交叉分布。

2369臺區(qū)情況：

（1）臺區(qū)與臺區(qū)間隔太近，線路供電距離長。

（2）用電種類多，單相電表和三相電表交叉分布。

實施效果：

（1）采用更加先進的組網(wǎng)算法技術(shù)，節(jié)點實時自行組網(wǎng)，脫離集中器指令，大大縮短組網(wǎng)時間，有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的同時增加表計抄收效率及穩(wěn)定性。

（2）不受變壓器容量及臺數(shù)限制，解決了變壓器之間線路切割造成的抄收不穩(wěn)定及運行維護量大的難點。

（3）解決了用戶用電設(shè)備對數(shù)據(jù)通訊干擾造成的數(shù)據(jù)傳輸錯誤（如有線電視，變頻空調(diào)，變頻水泵及大功率設(shè)備），并完美支持大臺區(qū)的集中運營管理，試驗臺區(qū)最大規(guī)模已經(jīng)達到678塊，整體抄收99.11%。

（4）在提高了臺區(qū)的抄收率的基礎(chǔ)上完美地提高了抄收效率，將抄收時間完美的縮 短了數(shù)倍，復(fù)雜臺區(qū)（1132臺區(qū)），總抄收678塊電表將載波方案的23個小時縮短到4個小時，整體抄收100%。

4.結(jié)束語

通過實施總結(jié)，本方案廣泛適用于量控，費控及國網(wǎng)新推出的新型電子表，不受載波方案、組網(wǎng)協(xié)議的影響，對故障換表，新裝表計，費控表輪換基本無任何影響，并可最大限度的解決載波方案中的檔案歸屬、同頻干擾、電網(wǎng)環(huán)境等問題，方案又不受表計數(shù)量限制，完全滿足戶數(shù)規(guī)模較大的臺區(qū)，在保證抄收穩(wěn)定的前提下又能保證抄收時效性。本方案作為高級量測系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控電力負荷狀態(tài)，為今后實時電價的實施提供高效可靠的通信手段。采集器的安裝是以表箱為單位，比載波方案所需要的經(jīng)費少，滿足低壓集抄規(guī)范，具有廣泛的適用性及推廣度。

參考文獻

[1]楊風(fēng)海.微功率無線抄表技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].2010.

[2]陳薄.新型微功率無線抄表系統(tǒng)[J].2011，

[3]DL/T698.1.《電能信息采集與管理系統(tǒng) 第一部分 總則》

[4]楊萬里，秦毅.短距離微功率無線組網(wǎng)AMI技術(shù)的探討[J].2010.

[5]J.Abouei，J.D.Brown.K.N.Plataniotis，and S，Pasupathy.”O(jiān)n the energy efficiency Of LT codes inproactive wireless sensor networks，”in proc.IEEE Biennial symposium On communicaion（OBSC’10）.Queen’s university，kingston，Canada，PP，114117，May2010.