淺析電力無線抄表系統(tǒng)及其潛在干擾

王楠

摘要：隨著我國綜合國力的提升，我國各行各業(yè)的發(fā)展水平都有了極大的提高，我們了解到，我國電力能源豐富，電網(wǎng)企業(yè)遍布各地，各類采集器等信息節(jié)點達(dá)數(shù)千萬，智能電網(wǎng)已初步建立并將持續(xù)發(fā)展。電網(wǎng)的配電自動控制、用電信息采集、精準(zhǔn)負(fù)荷控制等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，電力行業(yè)對無線電技術(shù)應(yīng)用的需求與日俱增。準(zhǔn)確把握電力行業(yè)用頻需求，及時調(diào)整相關(guān)規(guī)劃，提高頻譜使用效益，能夠支撐國家能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展;同時，要加強對智能電網(wǎng)實際用頻的監(jiān)測管理，避免對其他行業(yè)業(yè)務(wù)的正常運行造成干擾。

關(guān)鍵詞：電力無線抄表系統(tǒng);潛在干擾

引言

抄表工作是供電企業(yè)開展電力營銷的重要環(huán)節(jié)，對提升供電企業(yè)經(jīng)濟效益以及保證資金周轉(zhuǎn)起著重要的影響作用。本文主要對電力無線抄表系統(tǒng)及其潛在干擾做論述，詳情如下。

1電能表的技術(shù)參數(shù)

電能表是用來計量電能的儀表，舊稱電度表。電能表經(jīng)歷了感應(yīng)式電能表向電子式電能表的演進，感應(yīng)式電能表主要是各類機械電能表，電子式電能表包括多功能電能表、預(yù)付費電能表、智能電能表、數(shù)字式電能表等。當(dāng)前國網(wǎng)系統(tǒng)已全面淘汰機械電能表，多功能電能表、預(yù)付費等電子式電能表也已被逐步替代，智能電能表應(yīng)用率已達(dá)到98%以上。

2干擾分析

電力無線抄表微功率設(shè)備需在一定條件下使用，若其頻率與當(dāng)?shù)貜V播電視頻率相同，則不得在當(dāng)?shù)厥褂?。另外，部分廠商、用戶對《中華人民共和國無線電管理條例》不夠了解，對無線電規(guī)則不夠重視，違規(guī)使用頻率、隨意設(shè)置無線抄表設(shè)備功率的現(xiàn)象時有出現(xiàn)，對其他行業(yè)合法無線通信業(yè)務(wù)造成了不同程度的干擾。

3電力無線抄表系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1普適遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)的出現(xiàn)為現(xiàn)有抄表系統(tǒng)存在的抄表難、管理難等問題提供了一種有效的解決方案.但是，現(xiàn)有的NB-IoT遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)仍然存在著諸多不足，例如較高的功耗、高昂的安裝成本和單一的應(yīng)用范圍，這大大限制了其應(yīng)用的推廣。無線遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上解決了人工抄表存在的問題，但是基于GRPS、ZigBee等無線技術(shù)的抄表方案仍然存在低覆蓋、欠穩(wěn)定和高功耗的不足.窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）由第3代合作伙伴計劃（3GPP）委員會制定，被認(rèn)為是最有前途的低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)之一.NB-IoT技術(shù)具有低功耗、廣覆蓋和大容量的特點，為低流量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一種更適合的無線傳輸解決方案.已有多種基于NB-IoT的無線抄表系統(tǒng)被提出和應(yīng)用.然而，現(xiàn)有的NB-IoT遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通常需要對老式表頭進行改裝或更換，有著較高的安裝成本，并局限于一種儀表數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)用范圍有限.同時系統(tǒng)功耗較高，遠(yuǎn)不能達(dá)到NB-IoT協(xié)議所設(shè)計的10年工作壽命.基于圖像處理和NB-IoT的普適遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)MeterEye，適用于字輪式和指針式儀表.MeterEye通過采集抄表圖像的方式避免了對原有表的改裝，只傳輸包含讀數(shù)信息的差值圖像，并利用并行壓縮感知大幅度壓縮圖像體積，實現(xiàn)傳輸功耗的降低.我們使用基于CNN網(wǎng)絡(luò)數(shù)字識別系統(tǒng)的準(zhǔn)確率來衡量不同壓縮率下重建圖像的可分辨程度.

3.2線損的遠(yuǎn)程監(jiān)控

將適量的中繼處理器安裝在智能化集抄系統(tǒng)的架構(gòu)內(nèi)，可以充分發(fā)揮遠(yuǎn)程監(jiān)控的實用功能，例如，對于那些供電距離較遠(yuǎn)的電力用戶，集抄系統(tǒng)可以較快地讀取客戶的用電數(shù)據(jù)信息并發(fā)送至集中處理器，再利用相關(guān)通信線路傳輸?shù)郊到y(tǒng)中，與此同時，在集抄系統(tǒng)開通客戶用電管理服務(wù)后，用電管理者可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)處理技術(shù)，利用智能手機、電腦以及其他智能App軟件，與供電企業(yè)一起動態(tài)的掌握用電數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并及時處理故障，一旦出現(xiàn)異常情況，集抄系統(tǒng)就會發(fā)出各類預(yù)警信息，為后期的智能化檢修工作創(chuàng)造有利條件。

3.3基于VC和LabVIEW協(xié)同的智能電網(wǎng)無線抄表協(xié)議棧實現(xiàn)方案

無線抄表因具有無需布線、施工方便的特點而逐漸得以廣泛應(yīng)用，目

前國家電網(wǎng)已經(jīng)在Sub-GHz頻段中部署了微功率無線通信協(xié)議用于數(shù)據(jù)的傳輸?；赩C實現(xiàn)MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的設(shè)計，基于LabVIEW語言實現(xiàn)了物理層功能，從而構(gòu)建了智能無線抄表協(xié)議棧，同時，采用USRP設(shè)備作為射頻前端進行節(jié)點電能信息的收集和數(shù)據(jù)的收發(fā)。所提出的協(xié)議棧易于開發(fā)、系統(tǒng)兼容性強，具有較高的推廣應(yīng)用價值。國家電網(wǎng)所部署的MPWDTP（PowerWirelessDataTransmissionProtocol，微功率無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議），在無線抄表系統(tǒng)微功率無線網(wǎng)絡(luò)的算法、參數(shù)配置、空中幀結(jié)構(gòu)、協(xié)議層次、組網(wǎng)功能等方面做出了詳細(xì)的規(guī)定，該協(xié)議對標(biāo)準(zhǔn)開放式系統(tǒng)的各個結(jié)構(gòu)層進行了明確定義并在各層的協(xié)同作用下實現(xiàn)無線通信。為了響應(yīng)MPWDTP的機制，無線抄表協(xié)議棧也應(yīng)依據(jù)不同的功能進行分層設(shè)計。

3.4微功率無線通信信號對電能表的干擾監(jiān)測

傳統(tǒng)監(jiān)測微功率無線通信信號對電能表干擾的方法，沒有明確路徑損耗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致方法存在監(jiān)測效果較差、信號捕捉率較低的問題，提出一種新的干擾監(jiān)測方法?；赯igBee技術(shù)，完成微功率無線組網(wǎng)方式的選取，通過預(yù)測無線信號在各地區(qū)的路徑損耗數(shù)據(jù)，計算各地區(qū)無線信號的分布情況，并構(gòu)建干擾監(jiān)測模型，利用頻譜分析儀測量無線通信信號的頻率，并通過電磁輻射分析儀，完成對電能表天線附近電場強度的檢測。微功率無線通信信號對電能表的干擾監(jiān)測模型主要涉及到以下幾個方面，首先是微功率無線組網(wǎng)方式。基于ZigBee技術(shù)，完成微功率無線組網(wǎng)方式的選取，ZigBee技術(shù)是一種比較簡單的近距離、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，該技術(shù)主要應(yīng)用于短距離通信傳輸與遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)控制。其次是干擾監(jiān)測模型的構(gòu)建。由于無線信號具有空中衰落的性質(zhì)，導(dǎo)致微功率無線通信信號對電能表會產(chǎn)生干擾，無線信號的空中衰落包含快衰落、慢衰落、路徑損耗3種衰落方式，且無線通信信號的路徑損耗在各種環(huán)境條件下都會存在，其中快衰落與慢衰落是由于地理環(huán)境及其他因素，而造成的衰落速率不同的兩種衰落。

3.5時鐘欠壓在線校時策略

首先是采集終端上行：通過主站心跳獲取主站時鐘，根據(jù)自身時鐘和主站時鐘的差異以及采集器自身的時鐘電池電壓是否欠壓判斷自身時鐘是否有效。如果終端時間與主站時間相差不大，則終端時間有效，不必對時;如果終端時間與主站時間差大于設(shè)定閾值，而終端時鐘電池電壓正常，則主站和終端時鐘都無效，需要結(jié)合戶表時鐘綜合判斷;如果終端時間與主站時間差大于閾值且終端時鐘電池電壓欠壓，則終端時鐘無效，需進一步根據(jù)戶表時鐘判斷主站時鐘是否有效。其次是采集終端下行：集中器透抄戶表時鐘數(shù)據(jù)，根據(jù)戶表的時間和主站的時間綜合判斷主站時間是否有效，最終取有效時間對采集終端進行對時。如果終端時鐘電池電壓異常，戶表時間有效，則選用戶表時間進行對時。

結(jié)語

總之，作為無線電管理工作者，應(yīng)緊跟無線電新技術(shù)、新業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢，加強與各行業(yè)部門的溝通，掌握行業(yè)頻率使用情況和需求，及時調(diào)整相關(guān)政策和規(guī)劃，提高頻率使用效率。

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