智能電能表用電信息采集方案分析與比較

何雅蜜

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德德山分公司 湖南常德 415000）

1 引言

智能電能表用電信息采集系統(tǒng)是拓展電力市場(chǎng)、提高服務(wù)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，不僅能夠自動(dòng)采集和檢測(cè)用電信息，而且還可以對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)用電情況進(jìn)行分析管理。而智能電能表信息采集功能是實(shí)現(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)，因此加強(qiáng)該方面的研究意義重大。

2 智能電能表本地通信的主要方式

2.1 電力線(xiàn)載波技術(shù)

電力線(xiàn)載波技術(shù)主要依靠電力線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和信號(hào)的傳遞通信，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力網(wǎng)通信領(lǐng)域。電力線(xiàn)載波通信又被稱(chēng)為電力載波通訊，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，在實(shí)際應(yīng)用中，其能夠有效利用電力線(xiàn)，以載波形式很好的實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高速傳輸。與此同時(shí)，PLC技術(shù)是電力系統(tǒng)中比較獨(dú)特的通信形式，應(yīng)用范圍比較廣泛。新時(shí)期，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，電力線(xiàn)載波技術(shù)將會(huì)發(fā)展的越來(lái)越成熟。

電力線(xiàn)載波技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要有幾點(diǎn)：①在實(shí)際應(yīng)用中，能夠有效減少由于信道時(shí)間彌散性所造成的不良影響，而且可以盡量避免通信作業(yè)受到信道干擾；②通過(guò)分配突發(fā)性干擾信道的方式，可以將突發(fā)性干擾轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)性干擾，對(duì)信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)和回復(fù)，削弱信道衰弱帶來(lái)的不利影響；③有利于抵抗窄帶造成的不利影響；④電力線(xiàn)載波設(shè)備安裝便捷，鋪設(shè)快速方便；⑤能夠?yàn)殡娏芾硖峁┯欣膫鬏斖ǖ?，以更好的?shí)現(xiàn)電力、圖像綜合業(yè)務(wù)、話(huà)音以及數(shù)據(jù)傳輸通信技術(shù)。

2.2 微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)

我國(guó)在微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)方面的研究起步較晚，美國(guó)、以色列在該方面的研究已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)通信距離會(huì)受到芯片穿墻能力的影響，另外，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該加必要的中繼器和設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)頻機(jī)制。在實(shí)際工程施工中，如果電能表安裝分布比較分散，則可以采用微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)：①在空曠地帶也可以實(shí)現(xiàn)與距離傳輸；②很容易覆蓋整個(gè)小區(qū)；③信息傳遞速度快，組網(wǎng)便捷；④相關(guān)設(shè)備安裝便捷，維護(hù)方便；⑤比較容易受到外界電磁場(chǎng)的影響。

2.3 RS485總線(xiàn)技術(shù)

通常情況下，在實(shí)際應(yīng)用中，RS485總線(xiàn)通訊電纜可以使用雙絞線(xiàn)，如果施工要求比較嚴(yán)格，則為了確保通訊的安全性和可靠性，可以使用屏蔽電纜。在具體的施工過(guò)程中，對(duì)于主站和從站之間的連接，可以使用如圖1所示的連接方式。在接線(xiàn)作業(yè)中，應(yīng)該堅(jiān)持通訊信號(hào)“正接正、負(fù)接負(fù)”原則。通常情況下，主站指的是上位機(jī)，而從站可以設(shè)置多個(gè)設(shè)備，包括PLC、智能儀器等等。值得注意的是，如果使用屏蔽電纜進(jìn)行通訊連接，則要求屏蔽電纜一端接地，另一端懸空處理。

RS485總線(xiàn)技術(shù)的有點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)：①RS485總線(xiàn)的邏輯值為“1”時(shí)，正、負(fù) 2 根信號(hào)線(xiàn)之間的電壓差為+（0.2～6）V，電平信號(hào)電壓較低，不會(huì)對(duì)接口芯片電路構(gòu)成破壞；②在實(shí)際應(yīng)用中，信息數(shù)據(jù)的傳輸速度較快；③具有特殊的接口電路，使其具備較高的抗干擾能力；④信息傳遞距離較長(zhǎng)，而且可以設(shè)置多個(gè)從站。

3 智能電能表用電信息采集方案

3.1 方案1：全載波方式

全載波方式主要適用于具有載波功能的智能電能表中，在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)該安裝有帶載波模塊Ⅰ型集中器，目前，該技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)電力線(xiàn)載波，智能電能表能夠與Ⅰ型集中器進(jìn)行通信作用，電力線(xiàn)載波通信距離約為1km，通過(guò)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)GPRS設(shè)備，Ⅰ型集中器可以與采集系統(tǒng)主站實(shí)現(xiàn)通信作用，具體的通信方式如圖1所示。

圖1 全載波通信方式示意

全載波方式結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、安裝便捷、在實(shí)際應(yīng)用中維護(hù)設(shè)備較好，而且不容易受到外界環(huán)境因素的干擾，因此應(yīng)用范圍廣泛。但是，隨著電器使用年限的增長(zhǎng)和不斷老化，載波通信效果可能會(huì)受到不良影響。

3.2 方案2：全無(wú)線(xiàn)方式

全無(wú)線(xiàn)方式主要適用于具有無(wú)線(xiàn)功能的智能電能表中，在具體的應(yīng)用中需要安裝有無(wú)線(xiàn)模塊的Ⅰ型集中器設(shè)備。通過(guò)微功率無(wú)線(xiàn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)智能電能表與Ⅰ型集中器的通信，通過(guò)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)GPRS設(shè)備，Ⅰ型集中器能夠與采集系統(tǒng)主站實(shí)現(xiàn)通信作業(yè)。

全無(wú)線(xiàn)方式具有通信速率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝便捷、通信穩(wěn)定等有點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，需要引出天線(xiàn)，所以要加強(qiáng)對(duì)于天線(xiàn)的檢查維護(hù)，采取有效措施進(jìn)行遮擋。

3.3 方案3：半載波方式（采集器＋電力線(xiàn)載波）

半載波方式用電信息采集需要采集器以及帶載波模塊設(shè)備的輔助。通過(guò)RS485，電能表可以與采集器實(shí)現(xiàn)通信，而采集器可以通過(guò)電力線(xiàn)載波以及Ⅰ型集中器進(jìn)行通信，其中，Ⅰ型集中器又可以通過(guò)GPRS與采集系統(tǒng)主站實(shí)現(xiàn)通信，通信方式如圖2所示。

圖2 半載波通信方式示意

與全載波方式相比，半載波方式的采集成功率更高，但是在實(shí)際安裝過(guò)程中，由于其需要與RS485總線(xiàn)以及采集器相連接，因此，安裝要求較高，而且后期維護(hù)也比較復(fù)雜繁瑣，同時(shí)還會(huì)受到設(shè)備的使用情況以及使用時(shí)段的影響。

在實(shí)際應(yīng)用中，低壓電力線(xiàn)載波通信距離最高可達(dá)1km，而通過(guò)RS485進(jìn)行通信時(shí)，其點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的最高通信距離也約為1km，然而，隨著RS485線(xiàn)路中節(jié)點(diǎn)數(shù)量的逐漸增多，最高通信距離也會(huì)逐漸縮短至300m以?xún)?nèi)。

3.4 方案4：半無(wú)線(xiàn)方式（采集器＋微功率無(wú)線(xiàn)）

半無(wú)線(xiàn)方式用電信息采集需要采集器、帶無(wú)線(xiàn)模塊設(shè)備的輔助。在實(shí)際應(yīng)用中，智能電能表可以通過(guò)RS485與采集器之間形成通信，而采集器可以通過(guò)微功率無(wú)線(xiàn)與Ⅰ型集中器進(jìn)行通信，Ⅰ型集中器則可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)GPRS與采集系統(tǒng)主站實(shí)現(xiàn)通信，具體的通信方式如圖3所示。

圖3 半無(wú)線(xiàn)方式示意

與全無(wú)線(xiàn)方式相比，該方案可以的采集成功率更高，但是安裝工序復(fù)雜、維護(hù)難度較大，微功率無(wú)線(xiàn)通信最遠(yuǎn)距離為1km，而RS485的最高通信距離為300m以?xún)?nèi)。

3.5 方案5：Ⅱ型集中器

Ⅱ型集中器方案需要無(wú)交采功能設(shè)備，通過(guò)RS485，智能電能表可以與Ⅱ型集中器進(jìn)行通信，通過(guò)無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)GPRS以及采集系統(tǒng)主站，Ⅱ型集中器可以實(shí)現(xiàn)與采集系統(tǒng)主站之間的通信。在實(shí)際應(yīng)用中，Ⅱ型集中器的覆蓋半徑約為300m。與半無(wú)線(xiàn)方式以及半載波方式相比，該方案的通信效率更高，但是由于需要大量的集中器設(shè)備，因此信息采集成本較高。

4 采集方案比較分析

上文所述5個(gè)方案的比較結(jié)果如表1所示。

表1 智能電能表信息采集方案比較

在上述方案中，方案1、3應(yīng)用范圍最為廣泛，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)用電信息采集應(yīng)用中，而且技術(shù)也比較成熟，缺點(diǎn)在于在實(shí)際應(yīng)用中，比較容易受到電網(wǎng)質(zhì)量、通信塑料等因素的制約。方案2、4的通信成功率較高，因此建議可以在農(nóng)村平底等地區(qū)設(shè)立試點(diǎn)工作。方案3、4、5主要使用RS485通信方式，信息采集率較高，而且方案5還可以省略采集器和集中器之間的通信，通信速率較高，但是所需的集中器數(shù)量也較多，因此日常維護(hù)難度較大。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，依據(jù)智能電能表的通信方式的不同，本文主要分析了電能表用電信息采集的5種方案，即“電力線(xiàn)載波＋GPRS”、“微功率無(wú)線(xiàn)＋GPRS”、“RS485＋電力載波”、“RS485＋微功率無(wú)線(xiàn)＋GPRS”以及“RS485＋GPRS”。5 種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該綜合考慮電能表的實(shí)際運(yùn)行情況以及施工環(huán)境，統(tǒng)籌規(guī)劃，并且積極探索用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)新途徑。

[1]劉振亮，李冉冉.淺析用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中智能電能表的應(yīng)用[J].科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2014（09）：56～57.

[2]付麗新.智能電能表在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用前景[J].中國(guó)電子商情：科技創(chuàng)新，2014（13）：109.

[3]董寒冰，李林.智能電能表在電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用探討[J].科學(xué)與財(cái)富，2015（4）：276.