基于私有路由協(xié)議的電力無線抄表系統(tǒng)方案

一、抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀

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

電力部門對電表管理的傳統(tǒng)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(xiàn)人為因素的錯誤。預付費電卡雖然省去了上門抄表的麻煩，但對電力部門來說，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和實時監(jiān)測仍然是一個有待解決的問題。而節(jié)省成本又不用重新布線的電力載波系統(tǒng)又有無法解決的技術缺陷。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配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送；三相電力線間有很大信號損失，通訊距離很近時，不同相之間可能會收到信號；不同信號藕合方式對電力載波信號損失不同；電力線存在本身固有的脈沖干擾；電力線對載波信號造成高削減，當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。這些技術缺陷使得電力載波誕生很多年后都無法普及。

在能源日趨珍貴的今天，電表數(shù)據(jù)已不僅僅是收費依據(jù)。電力部門可通過用戶電表數(shù)據(jù)，了解一個小區(qū)及至整個城市用電情況，這對于合理分配資源有著重要參考價值。以后甚至還需要對每個用戶電表進行調(diào)控，這都是發(fā)展的趨勢。傳統(tǒng)方式做不到實時性，采集的數(shù)據(jù)不完整，也不能遠程控制用戶電表，顯然已不能滿足電力部門更好管理用戶的需求。隨著近年無線通訊行業(yè)的發(fā)展，因為無線通訊無需復雜布線，維護方便，在很多領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，國家為規(guī)范無線抄表也發(fā)布相應標準規(guī)定。本文章所介紹的電力無線遠傳抄表系統(tǒng)為智能電網(wǎng)提供了新的手段。

二、電力無線遠傳抄表系統(tǒng)

基于私有路由協(xié)議的電力無線遠傳抄表系統(tǒng)圖如圖1所示。電力無線遠傳抄表系統(tǒng)由位于配電中心管理系統(tǒng)和終端電能表以及位于小區(qū)的集中器組成。三者之間通過有線或無線方式連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。無線傳輸方式包括近距離無線通信和遠距離無線通信。

整個過程是電表將電表計數(shù)發(fā)送到小范圍內(nèi)的小區(qū)集中器，小區(qū)集中器再將數(shù)據(jù)發(fā)送到更高一級集中器，或者通過遠距離無線傳輸網(wǎng)絡，發(fā)送到配電中心。配電中心管理部門收到數(shù)據(jù)后，不僅制成電費賬單，這些實時信息數(shù)據(jù)還可以用于其他用途。這就完成了采集信息過程，另處還可以控制每個集中器或者電能表，過程只是上述的反向操作，這樣電力部門的管理能力將更強。



圖1　基于私有路由協(xié)議的電力無線遠傳抄表系統(tǒng)示意圖

1、系統(tǒng)的構建與實施

電力無線遠傳抄表系統(tǒng)用于電力部門集中抄表管理，系統(tǒng)為分布式結構，由設備層（終端無線表具）、無線網(wǎng)絡傳輸層和站控層三層構成。設備層主要是Wi-End終端設備；無線網(wǎng)絡傳輸層主要由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、服務器和抄表軟件等組成。

系統(tǒng)實施時，在每一個電子電能表中安裝無線數(shù)據(jù)傳輸模塊構成Wi-End終端設備，負責電能計量并將計量數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送到匹配的Wi-CL采集器，或者接收來自Wi-CL采集器的管理命令，對電子電能表進行監(jiān)控。在每個樓層安裝Wi-CL采集器，用于收集Wi-End終端設備的數(shù)據(jù)，并通過無線鏈路傳送到Wi-Cor集中器，或者接收來自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(xiàn)場環(huán)境太復雜，導致Wi-CL采集器不能把數(shù)據(jù)直接傳送到Wi-Cor集中器，這時需要根據(jù)現(xiàn)場情況在合適的地方安裝Wi-Rou路由器進行數(shù)據(jù)的中繼續(xù)傳。Wi-Rou路由器的主要功能是允許Wi-CL采集器加入網(wǎng)絡，多跳中繼網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)，協(xié)助Wi-CL采集器與Wi-Cor集中器之間的通信，它一直處于活動狀態(tài)。Wi-Rou路由器可以安裝多個，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可能性。最后，在一個相對集中的地方安裝一個Wi-Cor集中器，負責啟動和配置整個無線網(wǎng)絡，收集Wi-CL采集器的數(shù)據(jù)，并通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳送給集抄中心，或者接收來自集抄中心的管理命令，并傳送到Wi-CL采集器。它是整個無線網(wǎng)絡的核心。

系統(tǒng)搭建完成之后，集抄中心就可以通過GPRS無線通信方式下發(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程。
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2、系統(tǒng)的特點

電力無線遠傳抄表系統(tǒng)具有以下特點：

無線通訊無需布線，建設、運營成本低，可靠性高，操作、維護、管理簡單；

半雙工傳輸，不僅抄表，還可對電表設備進行遠程控制，實現(xiàn)更多功能；

信息實時性強，收集信息和控制可在很短時間內(nèi)完成，可重復抄表，數(shù)據(jù)備份；

抄讀成功率高，大于98%，支持手抄和定時傳送數(shù)據(jù)等多種抄表模式；

傳輸容量大，擴容性能好，集抄范圍廣，還可實現(xiàn)其他表類統(tǒng)一傳送數(shù)據(jù)，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(tǒng)為分層分布式簇狀結構，穩(wěn)定可靠，便于維護；

集抄設備平均無故障工作時間MTBF≥7.6×104h；

符合國家2009國家住宅遠傳抄表系統(tǒng)的JG/T 162-2009標準。

3、近距離無線通訊指標

遠距離通信主要采用位于每個角落的通信基站和公用市話網(wǎng)組成的GPRS/GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)，近距離通信則通過低成本低功耗通信方案，載波頻率主要有ISM/SRD和國家規(guī)定抄表頻段。

系統(tǒng)對無線通訊的基本要求：半雙工數(shù)據(jù)傳輸模式，體積小，成本低，可穩(wěn)定工作5-10年。

本文描述的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的主要指標：

工作頻段為抄表常用頻段470MHz/433MHz

GFSK調(diào)制方式，抗突發(fā)干擾和隨機干擾能力強

視距情況下，天線放置垂直高度>1米，可靠傳輸距離800米

具備一點對多點以及路由功能，組網(wǎng)方式靈活、簡單

自動濾除噪聲產(chǎn)生的虛假數(shù)據(jù)

支持多個信道，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

有多種配套天線方案，滿足不同結構要求

市場上常見的幾種近距離通信模塊：



VT-DTMPA-USB-433M



VT-DTMPA-232-433M

三、結語

智能無線電網(wǎng)系統(tǒng)集合各類非電力信息，包括氣象、環(huán)境以及自然災害，甚至某個大型活動的用電趨勢等等，為整體電網(wǎng)的綜合預測提供大量數(shù)據(jù)，及時預測電網(wǎng)的運行狀況，迅速發(fā)現(xiàn)并排除故障。全面實現(xiàn)配用電信息化，充分融合電網(wǎng)電流和配用電的相關信息，以實現(xiàn)各類峰值電源的即插即用，為互動用電提供技術支撐。因此，數(shù)據(jù)采集的實時性，穩(wěn)定性和可靠性顯得尤為重要。

加快構建以分布式抄表網(wǎng)絡架構，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的智能無線電網(wǎng)系統(tǒng)，對于實現(xiàn)電力遠距離、大規(guī)模輸送，在全國范圍優(yōu)化配置能源資源，保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展對能源的需求，有著十分重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。