通訊技術在計量計費系統中應用

朱玲

摘要：由于配電網結構復雜，運行方式經常改變，進一步提高點對點之間的通訊可靠性，提高通信速率，依賴于通訊技術和網絡技術的發展。本文介紹了中壓配電載波通訊技術系統，闡述了提高通訊可靠性技術措施。

關鍵詞：配電網絡；中壓配電載波通信；可靠性

隨著網絡技術和電子技術的發展，對用電大戶用電信息進行經濟、高效、及時收集和掌控，加快費用結算周期，分析電力市場變化，提高服務水平，采用新的通訊技術實時采集用電信息勢在必行。在大用戶計量計費系統中通信系統的建設是非常關鍵的，隨著通信技術的發展，目前可供使用、選擇的通信方式有多種多樣。按照傳統的分類方法，可簡單地分為：有線方式和無線方式，其中有線方式包括有：架空明線或電纜、配電線載波（DLC）、郵電本地網、光纖、有線電視網（CATV）、現場總線、專線等；無線方式包括：一點多址微波、傳統無線電通信（如AM、FM、PM 等）、無線擴頻、衛星通信、無線尋呼、數控電臺等。

1 中壓配電網通道的特點

中壓配電載波通信以中壓配電網作為數據的傳輸通道，實現變電站和配電點之間雙向的數據通訊和信息交換，在經濟性、便利性等方面具有其他通信方式無可比擬的優勢。由于配電網上的負載千變萬化，多種多樣，配電網和電力設備在運行和操作中存在著電暈、電弧和火花放電等現象，因此以中壓配電網作為通信的傳輸媒介，干擾非常嚴重，其傳輸特性在不同的地點各不相同。即使是在相同的區域，不同時間的傳輸特性也不相同，具有較強的時變性。

2 中壓配電載波通訊技術系統方案

整個系統采用分層分布式管理，分三層結構：主站系統、變電站二級系統、用戶終端設備。

2.l 主站系統

主站系統包括數據庫服務器、WEB服務器、報表工作站、系統管理工作站、通訊工作站等。通訊工作站利用光纖、電話、專線等通訊方式，與變電站二級系統的電能量數據采集終端（ERTU）進行通信。主站系統采用功能化和模塊化的設計思想，完成對數據的處理與分析功能。系統設計包括以下功能模塊：數據自動采集子系統、數據辨識過濾子系統、數據計算子系統、數據異常事件報警子系統、隨時抄表子系統、檔案管理子系統、系統管理子系統、智能報表子系統、用電分析子系統、遠程在線維護子系統。

2.2 變電站二級系統

變電站二級系統包括電能量數據采集終端（ERTU）和中壓配電載波設備。ERTU通過RS485總線方式與站內的中壓配電載波設備進行接口，站內的中壓配電載波設備再通過l0kV中壓配電網與用戶終端設備的中壓配電載波設備實現載波通訊。變電站二級系統完成工業大用戶電能表檔案的錄入、電能表數據采集、電能表數據預處理及保存、數據上傳等工作，主要功能如下：數據采集：根據錄入的工業大用戶電能表檔案，通過中壓配電載波傳輸通道定時采集大用戶電能表的數據。數據保存：完成電量、瞬時量、電網質量、電壓合格率等數據的儲存。數據傳輸：通過光纖、電話、專線等遠程通信方式，實現與各級監控中心實時通信，并具備RS232接口用于變電站內通信。

2.3用戶終端設備

用戶終端設備包括中壓配電載波設備和大用戶電能表。大用戶電能表采用具有負荷曲線記錄功能的全電子式多功能三相交流電能表。中壓配電載波設備與大用戶電能表的接口是通過RS485 總線方式實現的。

3 中壓配電載波傳輸通道

中壓配電載波傳輸通道由中壓配電載波調制解調器（包括變電站側的載波主MODEM 和大用戶側的載波從MODEM）、單相耦合裝置（包括耦合電容和結合濾波器）、l0kV 配電線路構成。系統的通訊方式采用POLLING 的應答方式。變電站中壓配電載波主MODEM 將電能量數據采集終端發出的信號轉換為載波信號后，以1對N方式從變電站母線注入信號，通過變電站l0kV耦合裝置將信號耦合到l0kV線路上，經每條饋線回路到達各大用戶點，大用戶點的中壓配電載波從MODEM 接收到載波信號后轉發給大用戶電能表，電能表的有關信息再經載波從MODEM 轉換為載波信號耦合到l0kV線路上傳至變電站，從而實現變電站電能量數據采集終端與大用戶電能表之間的雙向數據通訊。

中壓配電載波調制解調器由高速數字信號處理器、載波通訊控制器、信號放大設備、數據接口設備和人機接口設備組成，主要完成對載波信號和數字信號的轉換。在高速數字信號處理器的控制下，一方面對從電力線耦合下的載波信號進行解調，并通過RS485接口送至終端設備，另一方面將RS485接收的數字信號調制為載波信號耦合到電力線路上。

在系統的設計中，為了節省耦合設備的投資，同時為了方便以后的運行、維護，變電站、大用戶點全部采用單相耦合裝置，其耦合方式采用相地耦合（如圖1所示），但是需要注意的是，變電站側與大用戶側必須選擇同一相線（如C相）進行耦合。

圖1 耦合方式

4 提高通訊可靠性的技術措施

中壓配電網絡由于具有高噪聲、阻抗變化范圍大、損耗大等特點，因此如何提高通道通訊的可靠性是中壓配電載波通訊技術在工業大用戶計量計費系統中得到成功廣泛應用的關鍵。針對中壓配電網對載波通訊的固有干擾及衰變特性，通過對線路特性的實際測量分析，系統在設計和應用中采用了多種技術措施，分述如下。

整個系統采用分層分布式的管理結構，系統的管理、維護方便。工業大用戶的數據抄讀采用帶地址下發的廣播式的通訊方式，全網無須阻波器。耦合裝置采用一體化設計方案，設備安裝方便，回波衰耗小，內部具有多種抗干擾及保護措施。載波信號的處理采用中斷處理方式，響應速度快，采用半雙工的通訊方式，數據進行多重校驗措施，保證數據的正確、完整。

系統中的中壓配電載波傳輸通道采用常規載波方式中的窄帶移頻鍵控（FSK）通訊技術。設計上采用雙載頻自動切換收發，能實現對一個大用戶點采用兩種不同的載波頻率進行通訊。通過判斷線路對某一頻率的干擾程度，自動采用干擾小的頻率進行通訊，能有效解決窄帶通訊中對帶內噪聲的抗干擾性差的缺陷，保障載波通訊的穩定。

載波通訊中選用高接收靈敏度的電力線載波收發芯片，通過芯片內部的六級濾波電路及外圍設計的高性能選頻電路和小信號放大電路，可達到-70dB的接收靈敏度，能有效克服信號的衰減及提高對白噪聲的抗干擾特性。

采用可現場對通訊頻率進行設置的方案。通過對現場配電線路噪聲和阻抗特性的測量，總結出不同配電線路的干擾特性，通過設備上選定相應的撥碼開關設定載波通訊的頻率，實現對不同線路的頻率設定，保證障通訊的可靠。通過調節耦合變壓器的輸出，能實現對線路阻抗的最佳匹配，實現載波信號到配電線路上的最佳輸出。

采用中繼功能設計。中繼功能的應用，能保證較遠距離或干擾大的大用戶點數據的通訊。此外采用中繼MODEM與載波從MODEM的一體化設計，即系統中的任何一臺載波從MODEM 都能實現中繼功能，無需外加中繼設備。配電線路特殊情況下自動設置中繼方案設計。當現場情況發生變化時，可實現本不需中繼通訊的通訊點的數據由選定的中繼點進行數據的轉發。

采用負荷曲線的數據補抄功能設計。電能表定時產生負荷曲線，由電能量數據采集終端發命令讀取記錄數據。能解決由于線路故障、停電等原因抄表失敗后，保證數據的完整性。

根據現場的統計和測量，當信噪比高于l3dB時，系統的誤碼率≤1×10-5，此時信號的衰減達到-39dB；當信噪比在l0～l3dB之間時，系統的誤碼率≤1×10-4，此時信號的衰減達到-45dB。大量的實際應用表明，本系統方案充分利用了窄帶移頻鍵控（FSK）通訊技術的優點，完全滿足工業大用戶計量計費系統的要求。

5 結束語

工業大用戶計量計費系統，采用中壓載波通訊技術，利用l0kV配電線路構建通訊網絡，是一種經濟可行的方案。若再將配電線的載波通訊系統與光纖主通訊網或其它主通訊網配合使用，還能為配電自動化提供一個可靠的完整的通訊網絡。

參考文獻：

[l]GB / T l3730-92 地區電網數據采集與監控系統通用技術條件[S].