趙克鑫

【摘要】近來，隨著時(shí)擴(kuò)頻技術(shù)研究的深入，低壓電力線載波中干擾大的問題逐步得到解決，因此，低壓電力線載波通信方式在電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)中的應(yīng)用有逐步推廣的趨勢(shì)。本文研究了基于自動(dòng)控制的計(jì)量技術(shù)的創(chuàng)新。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)控制 計(jì)量技術(shù) 創(chuàng)新研究

一、電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)

（一）中心處理子系統(tǒng)

如果硬件允許，還可直接向下級(jí)集中器或電能表發(fā)出指令，從而對(duì)用戶的用電行為實(shí)施控制，如停、送電遠(yuǎn)程操作。中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應(yīng)的軟件構(gòu)成，是整個(gè)電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的最上層，所有用戶的用電信息通過信道匯集到這里，管理人員利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，作出相應(yīng)的決策。

（二）通信子系統(tǒng)

通信子系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。為了適應(yīng)不同的環(huán)境條件以及成本要求，通信子系統(tǒng)的構(gòu)成有多種方案。按照通信介質(zhì)的不同，通信子系統(tǒng)主要有光纖傳輸、無線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸?shù)人姆N。租用電話線通信是利用電話網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)的發(fā)出和接收端分別加裝調(diào)制解調(diào)器。該方法的數(shù)據(jù)傳輸率較高且可靠性好，投資少；不足之處是線路通信時(shí)間較長（通常需幾秒甚至幾十秒）。無線通信適用于用戶分散且范圍廣的場合，在某個(gè)頻點(diǎn)上以散射通信方式進(jìn)行無線通信。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸頻帶較寬，通信容量較大（可與幾千個(gè)電能表通信），通信距離遠(yuǎn)（幾十千米，也可通過中繼站延伸）。目前，GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)為無線抄表系統(tǒng)的實(shí)施提供了高效、便捷、可靠的數(shù)據(jù)通道。主要缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，且如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰信道會(huì)相互干擾。光纖通信具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)以及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合上層通信網(wǎng)的要求。但因其安裝結(jié)構(gòu)受限制且成本高，故很少在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中使用。低壓電力線載波通信利用低壓電力線作為系統(tǒng)前端的數(shù)據(jù)傳輸信道。其基本原理是：在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波上，經(jīng)功率放大后耦合到電力線上。此高頻信號(hào)經(jīng)電力線路傳輸?shù)浇邮辗?，接收機(jī)通過耦合電路將高頻信號(hào)分離，濾去干擾信號(hào)后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。電力線載波直接利用配電網(wǎng)絡(luò)，免去了租用線路或占用頻段等問題，降低了抄表成本，有利于運(yùn)營管理，發(fā)展前景十分廣闊。但是，如何抑制電力線上的干擾，提高通信可靠性仍是亟待解決的問題。

（三）前端采集子系統(tǒng)

按照采集數(shù)據(jù)的方式不同，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)可分為本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)兩種。本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)的電能表一般加裝紅外轉(zhuǎn)換裝置，把電量轉(zhuǎn)換為紅外信號(hào)，抄表時(shí)操作人員到現(xiàn)場使用便攜式抄表微型計(jì)算機(jī)，非接觸性地讀取數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)由電子式電能表或加裝了光電轉(zhuǎn)換器的機(jī)電脈沖式電能表構(gòu)成系統(tǒng)的最前端，它們把用戶的用電量以電脈沖的形式傳遞給上一級(jí)數(shù)據(jù)采集裝置。目前實(shí)際應(yīng)用的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)大多采用兩級(jí)式數(shù)據(jù)匯集結(jié)構(gòu)，即由安裝于用戶生活小區(qū)單元的采集器收集十幾到幾十個(gè)電能表的讀數(shù)，而安裝在配電變壓器下的集中器則負(fù)責(zé)定期從采集器讀取數(shù)據(jù)。

二、電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的現(xiàn)狀

（一）通信信道

通信子系統(tǒng)是電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)中的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)通信方式的選取要綜合考慮地理環(huán)境特點(diǎn)、用戶用電行為、技術(shù)水平、管理體制和投資成本等因素。國內(nèi)外對(duì)于不同通信方式各有側(cè)重，在西方發(fā)達(dá)國家，對(duì)于電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的研究起步較早，電力系統(tǒng)包括配電網(wǎng)絡(luò)較規(guī)范、完備，所以低壓電力線載波技術(shù)被廣泛應(yīng)用；在我國，受條件所限，較多使用電話線通信。

（二）采集器和集中器

采集器和集中器是匯聚電能表電量數(shù)據(jù)的裝置，由單片機(jī)、存儲(chǔ)器和接口電路等構(gòu)成，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了較成熟的產(chǎn)品。

（三）電能表

傳感器、自動(dòng)化儀表以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得無論是機(jī)電脈沖式還是電子式電能表己能夠較好地滿足當(dāng)今電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的需要。預(yù)計(jì)今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的終端采集裝置將以機(jī)電脈沖式電能表和電子式電能表兩種儀表為主。

三、電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

（一）電力線載波通信

電力線載波通信，是將信息調(diào)制為高頻信號(hào)（一般為50～500kHz）并疊加在電力線路上進(jìn)行通信的技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)是利用電力線作為通信信道，不必另外鋪設(shè)通信信道，大大節(jié)省投資，維護(hù)工作量少，可靈活實(shí)現(xiàn)“即插即用”。目前，國內(nèi)10kV以上電壓等級(jí)的高壓電力線載波技術(shù)己經(jīng)較成熟，但低壓電力網(wǎng)絡(luò)上的載波通信還未能達(dá)到令人滿意的水平，這在一定程度上制約了電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)在我國的實(shí)際應(yīng)用。

（二）無線擴(kuò)頻通信

擴(kuò)頻技術(shù)是一種無線通信方式，把發(fā)送的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，通過相關(guān)接收，用相同的頻碼序列解擴(kuò)，最后經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)出原始信息。

（三）復(fù)合通信

在數(shù)據(jù)傳輸量不太大、傳輸距離較近的底層數(shù)據(jù)采集階段（電能表到采集器，采集器到集中器），可以采用如紅外、低壓電力線載波甚至點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式；而在集中器到中央處理站段，則可采用電纜、電話線或無線通信等。選擇什么樣的復(fù)合方式，需根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)籌考慮?；旌鲜褂玫母鞣N通信方式之間要有很好的相容性，不能相互干擾，這其中涉及到運(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)規(guī)劃等方面的研究與設(shè)計(jì)。

（四）自動(dòng)抄表的安全性

自動(dòng)抄表的安全性主要包括自動(dòng)抄表過程的安全性和中心處理子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性。電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的抄表過程是分散的采集器、集中器與中心處理站間交換數(shù)據(jù)的過程。通信中既要保證所抄數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸，又必須確保中心處理子系統(tǒng)不會(huì)受到來自傳輸網(wǎng)絡(luò)的意外攻擊。中心處理子系統(tǒng)的安全性主要是指其包含的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性，而主要的安全隱患來自以下4個(gè)方面：黑客、病毒、合法人員的失誤和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身的脆弱性。保護(hù)及防范的措施是綜合運(yùn)用密碼技術(shù)、身份驗(yàn)證技術(shù)、訪問控制技術(shù)、防火墻技術(shù)、安全內(nèi)核技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)反病毒技術(shù)、信息泄漏防治技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全漏洞掃描技術(shù)和入侵檢測技術(shù)等。