基于私有路由協議的電力無線抄表系統方案

一、抄表系統的現狀

隨著電子信息產業(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。而在現今節(jié)能減排的要求下，智能電網的建設備受關注。智能抄表系統作為智能電網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，數據統計和實時監(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，電表數據已不僅僅是收費依據。電力部門可通過用戶電表數據，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控，這都是發(fā)展的趨勢。傳統方式做不到實時性，采集的數據不完整，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為智能電網提供了新的手段。

二、電力無線遠傳抄表系統

基于私有路由協議的電力無線遠傳抄表系統圖如圖1所示。電力無線遠傳抄表系統由位于配電中心管理系統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，實現數據交換。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發(fā)送到小范圍內的小區(qū)集中器，小區(qū)集中器再將數據發(fā)送到更高一級集中器，或者通過遠距離無線傳輸網絡，發(fā)送到配電中心。配電中心管理部門收到數據后，不僅制成電費賬單，這些實時信息數據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　基于私有路由協議的電力無線遠傳抄表系統示意圖

1、系統的構建與實施

電力無線遠傳抄表系統用于電力部門集中抄表管理，系統為分布式結構，由設備層（終端無線表具）、無線網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。

系統實施時，在每一個電子電能表中安裝無線數據傳輸模塊構成Wi-End終端設備，負責電能計量并將計量數據通過無線數據傳輸模塊發(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終端設備的數據，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，或者現場環(huán)境太復雜，導致Wi-CL采集器不能把數據直接傳送到Wi-Cor集中器，這時需要根據現場情況在合適的地方安裝Wi-Rou路由器進行數據的中繼續(xù)傳。Wi-Rou路由器的主要功能是允許Wi-CL采集器加入網絡，多跳中繼網絡中的數據，協助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，確保數據傳輸的穩(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絡，收集Wi-CL采集器的數據，并通過GPRS模塊將數據傳送給集抄中心，或者接收來自集抄中心的管理命令，并傳送到Wi-CL采集器。它是整個無線網絡的核心。

系統搭建完成之后，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、系統的特點

電力無線遠傳抄表系統具有以下特點：

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，實現更多功能；

信息實時性強，收集信息和控制可在很短時間內完成，可重復抄表，數據備份；

抄讀成功率高，大于98%，支持手抄和定時傳送數據等多種抄表模式；

傳輸容量大，擴容性能好，集抄范圍廣，還可實現其他表類統一傳送數據，使用同樣的路由協議及傳送協議，只需要不同的終端設備即可；

系統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組成的GPRS/GSM網絡實現，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。

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

本文描述的無線數據傳輸模塊的主要指標：

工作頻段為抄表常用頻段470MHz/433MHz

GFSK調制方式，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，組網方式靈活、簡單

自動濾除噪聲產生的虛假數據

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

智能無線電網系統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，為整體電網的綜合預測提供大量數據，及時預測電網的運行狀況，迅速發(fā)現并排除故障。全面實現配用電信息化，充分融合電網電流和配用電的相關信息，以實現各類峰值電源的即插即用，為互動用電提供技術支撐。因此，數據采集的實時性，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絡架構，各級電網協調發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的智能無線電網系統，對于實現電力遠距離、大規(guī)模輸送，在全國范圍優(yōu)化配置能源資源，保障經濟社會可持續(xù)發(fā)展對能源的需求，有著十分重要的現實意義和戰(zhàn)略意義。