農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)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，扛著梯子、騎著摩托走村串街的去抄表，不管刮風(fēng)下雨、不論酷暑嚴(yán)寒日復(fù)一日。抄表工作是目前各縣級電力企業(yè)耗費(fèi)人力資源最大的一項(xiàng)工作，特別是隨著農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，用戶數(shù)量迅速增加，人工抄表工作量大，效率低，人為誤差嚴(yán)重，漏抄、估抄、冒抄現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，不利于科學(xué)管理和電費(fèi)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，遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)發(fā)展非常迅速，在城市居民小區(qū)已有應(yīng)用實(shí)例。但相對于城市電網(wǎng)用戶分散、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的農(nóng)村電網(wǎng)，遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)的應(yīng)用還比較罕見。

1 遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的通訊方式

遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)是集電表數(shù)據(jù)采集、載波傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理及斷電控制等功能于一體的自動化系統(tǒng)。遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)現(xiàn)存的主要技術(shù)難點(diǎn)之一是通信技術(shù)。通信設(shè)備占據(jù)抄表系統(tǒng)投資的大部分，而通信的可靠性對抄表系統(tǒng)的可信賴性有著決定性的影響。選擇一種合適的通信方式，可以在很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，從而使系統(tǒng)得到廣泛的推廣。目前國內(nèi)外研究中常見的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的通信方式主要有以下幾種形式。

1.1專用有線通信線路方式

采用此種通信方案一般為總線通信方式，主要包括:RS485/422總線。這是自動抄表系統(tǒng)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。雙絞線的抗干擾能力強(qiáng)，信道穩(wěn)定，通信速率和通信距離都能很好地滿足城市居民小區(qū)自動抄表系統(tǒng)底層通信的要求。但RS485/422只提供物理層規(guī)范，進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時(shí)軟件開發(fā)工作量大，不利于產(chǎn)品的規(guī)范化。

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

1.2電話線通信方式

電話線通信方式主要用于集中抄表以后的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，較多的應(yīng)用在集中器和抄表管理中心的通信過程中。目前大多采用在數(shù)據(jù)集中器和管理中心主機(jī)加裝外置調(diào)制解調(diào)器(MODEM)或內(nèi)置MODEM芯片方案實(shí)現(xiàn)，其通信速率可達(dá)2.4kbps、9.6kbps甚至56kbps。主機(jī)對集中器的呼叫可通過撥號由交換機(jī)自動完成，也可以租用專線，但費(fèi)用較高。電話線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，線路續(xù)接(包括呼叫應(yīng)答等)時(shí)間較長，通常需幾秒到幾十秒。這一方面使得管理中心無法對用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控;另一方面當(dāng)終端數(shù)目較多時(shí)，租用電話線路多，其租用費(fèi)用也很可觀，因此不適合大容量系統(tǒng)。

1.3專用無線通信方式

無線方式主要包括無線電通信和紅外通信兩種方式，屬于比較成熟的常規(guī)技術(shù)。該種方式在傳輸帶寬、通信速率、通信距離、安裝調(diào)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(quán)，如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰兩個(gè)信道會產(chǎn)生相互干擾。其使用場合有一定的限制。

以中繼傳輸，自動組網(wǎng)為技術(shù)特征，無線自組網(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，自動組網(wǎng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于自動抄表系統(tǒng)中的底層通信。尤其是用戶比較集中時(shí)，可采用微功率發(fā)送，中繼傳輸，自適應(yīng)路由的方式將各表計(jì)的數(shù)據(jù)傳送至集中器。

1.4電力線載波通信方式

低壓電力線載波通信是指利用現(xiàn)有低壓220V線路作為通信載體，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。該技術(shù)不需再鋪設(shè)通訊線路，施工量少，節(jié)約資金投入，而且有利于管理，信道不易破壞。

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

1.5基于移動電話網(wǎng)絡(luò)的GPRS/短信息通信方式

GPRS/短信息通信依附于GSM移動電話網(wǎng)絡(luò)，GPRS的數(shù)據(jù)速率可達(dá)到115kbps。短信息通信的數(shù)據(jù)速率可達(dá)到9.6kbps。

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

目前，移動電話網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)了居民區(qū)域的全覆蓋，服務(wù)質(zhì)量逐年提高，資費(fèi)逐步降低，而自動抄表系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)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抄表系統(tǒng)中具有較好應(yīng)用前景。

2 農(nóng)村末端電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

武邑縣地處冀中大平原，農(nóng)村各戶住房相對山區(qū)比較集中，但相對城市略顯分散，村內(nèi)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公里以內(nèi)。照明變壓器一般為每村1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，低壓出線根據(jù)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(三相四線)，為了盡量保證三相負(fù)荷平衡，每根相線上所帶戶數(shù)約為全村戶數(shù)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(三相四線)，每根相線上所帶戶數(shù)約為全村戶數(shù)的三分之一，一般較小的村也就幾十戶、一百多戶，較大的村可達(dá)幾百戶。農(nóng)村相鄰兩戶之間的距離和城市平房住戶沒有多大差別，一般都在幾十米、上百米。戶表都用集表箱固定在室外墻壁上，根據(jù)每個(gè)區(qū)域(胡同)居民戶數(shù)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(biāo)準(zhǔn)外形尺寸)的數(shù)量一般分為4塊、6塊、8塊不等。

3 農(nóng)村電網(wǎng)遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)技術(shù)方案

根據(jù)農(nóng)村電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四層結(jié)構(gòu)較為適宜，即抄表管理中心、供電所數(shù)據(jù)中繼及管理分站、村級數(shù)據(jù)集中器、載波集抄電表。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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現(xiàn)有的光纖通道進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程抄表終端傳輸上來的用戶電量信息匯總、整理后加以處理，提供給收費(fèi)系統(tǒng)、用電管理系統(tǒng)使用。抄表管理中心還通過上位機(jī)管理系統(tǒng)對轄區(qū)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(shè)置和維護(hù)。

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模和管理體制，一個(gè)縣級供電公司可設(shè)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電力系統(tǒng)內(nèi)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(jì)算機(jī)和上位機(jī)抄表管理系統(tǒng)軟件組成，是抄表管理人員與本系統(tǒng)直接交流的部分。上位機(jī)管理系統(tǒng)位于抄表管理中心的計(jì)算機(jī)上，它實(shí)際上就是一套建立在數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的軟件管理系統(tǒng)。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(fù)責(zé)管理區(qū)域下的多個(gè)供電所。

3.2供電所數(shù)據(jù)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)都開通了與局機(jī)關(guān)之間的光纜通訊，只要將集中器采集到的數(shù)據(jù)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電力線直接相連，具備實(shí)現(xiàn)載波通信的條件。所以，采用村級數(shù)據(jù)集中器的數(shù)據(jù)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(xiàn)有的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至縣局抄表管理中心的模式比較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

供電所數(shù)據(jù)中繼及抄表管理中心主要由載波通信機(jī)，光纖通信設(shè)備(現(xiàn)有)和供電管理計(jì)算機(jī)(現(xiàn)有)構(gòu)成，主要完成數(shù)據(jù)中繼和供電所轄區(qū)內(nèi)用電數(shù)據(jù)的處理功能。由于供電所可對各用戶用電量實(shí)時(shí)監(jiān)視，在自動抄表的基礎(chǔ)上，還可以增加防竊電、安全監(jiān)視等功能。這對增加電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用。

3.3 數(shù)據(jù)集中器

數(shù)據(jù)集中器，跨接在村級低壓配電變壓器的高壓和低壓側(cè)，是最主要的數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備。向上通過10kV電力線載波通道、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，自動完成電表數(shù)據(jù)抄錄。向下通過低壓電力線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(shù)據(jù)(基本功能)，并根據(jù)指令向采集終端發(fā)送用戶停、送電分合指令，完成對用戶的遠(yuǎn)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(nèi)，完成對裝于同一集表箱內(nèi)的所有用戶電表(1-8個(gè))的抄收工作。并將抄收到的數(shù)據(jù)上傳至集中器。載波電表主要通過對用戶電表的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這樣既可避免大量更換電表而造成客戶投資的浪費(fèi)，又可使遠(yuǎn)程自動抄收數(shù)據(jù)與現(xiàn)有電表數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，增加了數(shù)據(jù)的可靠性。

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