电力集中抄表系统中的通信技术

电力集中抄表系统中的通信技术

许福江

（鹤庆供电有限公司）

摘要：近年来，随着社会经济的快速发展和全国范围内的电网大改造不断深化，如何有效解决规模不断扩大的供电网络自动化管理问题，成为电力事业发展的一个重要影响因素。本文将从双模集抄通讯技术、低压电力线载波以及电力线载波远程集中抄表通信技术等方面着手，就现代电力集中抄表系统中的通信技术应用，谈一下自己的观点和认识，仅供参考。

关键词；电力集中抄表；通信技术；应用；研究

所谓电力集中抄表系统，通常称之为“集抄系统”，其主要是建立在计算机以及现代通信技术应用基础上的一种信息系统，可对电能表数据进行集中采集、数据传输以及相应处理。一般而言，集中抄表系统的构成包括四个部分，即通信网络、集中器以及系统主站和采集终端。在科学技术快速发展的今天，通信技术已成为电力事业发展过程中不可或缺的一部分。作为一种先进的抄表方式，在具体应用过程中能够有效提高抄表及时率、能够及时发现用电异常现象，同时还可以有效降低因人工因素导致抄表差错问题发生，对于线损计算以及分析，也具有一定的现实意义。

1、电力双模集抄通信技术

电力集中抄表过程中，所采用的双模集中抄表系统，主要是以台变为核心，在每一个台变上都要布设集中器，而且在居民户的计量表箱中，也要布设采集器。对于采集器而言，主要是基于总线对电能表的数据信息进行采集，并且通过载波以及无线工作，把采集到的信息数据，及时传送到集中器；同时，集中器再利用远程通信信道，比如GPRS等通信技术，将考核表、居民表上的数据，有效地传送至主站。以某双模集抄方案为例，由于传统的载波信道可能会受到噪声、无滤波功能开关电器和线路质量、电网阻抗以及谐波影响，因此也就降低了抄表成功率。实践中，为了能够有效解决通信成功率的问题，结合无线与载波的优势，将无线与载波有效结合在一起，形成一种复合的新型通信方式。该系统以载波为中心，无线通信技术作为辅助，二者之间互相协调，而且能够实现自动切换，形成双通道解决方案，对于有效克服无线、载波的自身缺陷以及实抄率提高，具有非常重要的作用。

对于双模通信技术而言，其又包括四种方式，如图2所示。从应用效果来看，通信可靠性能够提高4倍。基于无线不受电网情况影响以及空域特性，经无线信道对另一个相位电表进行转发，以此来有效增加其中继路径，对于孤岛问题的解决、系统前端通信成功率和速度的提高，具有一定的促进作用。

电力双模集抄通信技术，在双模通信模式下，多级中继、自动路由、跨相路由以及中继示意图载波和双模通信模块，兼容性非常的强，能够有效适用于多种集抄装置，因此在现代电力集中抄表过程中，得以广泛的应用。实践中为了能够有效提高抄表成功率，建议采用无线与电力线载波组网通信模式，上述两条通信模式互为备用信道，并且有效结合无线与载波优点，采用双模通讯集抄技术，抄表率超过99%。双模集抄方案：低压载波信道，容易受电网阻抗变化、噪声、谐波等影响，抄表成功率较低。为了解决通讯成功率问题，充分结合载波与无线各自的优点，采用载波与无线相结合的通信方式，以载波为主，无线为辅，两者互相协调，自动切换，构成双通道的解决方案，克服了载波与无线的缺陷，极大提高了实抄率。

2、低压电力线通信技术

低压电力线载波，主要是利用低压电力线作为一种通信模式。该种方法具有非常多的应用优势，系统简单、工程量小，而且成本比较低和组网灵活，容易规划和应用，应用可靠性比较高。作为一种应用非常广泛的通信媒介网络，低压电力线通信技术采用合适的技术手段，能够充分利用好现成媒介，从而使低压电力线载波抄表系统能够满足客观应用需求。需要强调的是：因低压电力组网结构非常的复杂，而且电力线路上的高频信号衰减特别严重，尤其是电网干扰具有随机性以及无规律性，加之电力网络分布着电感、电容，而且具有负载性质、噪声以及负载阻抗值等，这些均是动态不定的，以致于电力载波技术表现出局限性。随着近年来国内无线通信技术的快速发展，无线组网通信模式的应用优势，逐渐凸显出来。实践中可以看到，用电条件与通信网络之间关系不密切，如果出现了网络安全可靠问题，则网络内单节点故障不会导致其他节点通信问题。在没有负载的情况下，电力线如同传输线，如果电力线上存在着负载，则所有频率输入阻抗均会变小。如果负载类型不同，则阻抗变化也存在着较大的差异，甚至导致输入阻抗发生较大的变化，而且是不可预测的。

对于高频信号而言，其在低压电力线上的衰减问题，成为低压电力线载波通信的难题。低压电力线是非均匀分布传输线，不同的负载可在该传输线任意一处随机连接或者断开，以致于高频低压电力线传输出现衰减。同时，干扰也是影响集中抄表系统运行的一个因素，这种干扰主要来自于各种类型的家用电器，比如电视、交直流电机以及调光器（带可控硅）等，这些电器设备运行过程中，容易产生随机、工频以及平滑等噪声。低压电力线信号衰减以及干扰特性较为复杂，时变形以及随机性也非常的大，很难找到一个准确的数学模型或者解析式对其进行描述。由于低压电力线上有很多可能会导致载波信号信噪比下降的影响因素，导致载波信号无法在供电区有效传输，只有采用多元的技术手段，方可构造性能良好的载波抄表系统。以下是基于扩频理论的电力线载波技术应用的集中抄表系统示意图。

基于扩频数据信息压缩宽频通信理论的电力线载波通信技术，在电力线抄表过程中的应用主要表现在以下几个方面：第一，数据压缩和传输。对于低压电网而言，其干扰非常严重，而且干扰信号无规律性、随机性，若尽量压缩数据，减少传输时间和信号干扰，则对于提高通信效率，意义重大。第二，宽频传输技术。该种技术的应用，可以有效降低信号传输幅值；通过低干扰频段的寻找，来提高通信质量；同时，因不同电能表在不同的频段发送数据，可以有效减少干扰概率。第三，自动增益控制。对于扩频通信方式而言，其干扰性非常的强，实际应用也较为广泛，先进的扩频方式，对于自动增益管控，具有非常重要的作用。低压电力线载波通信技术利用了四通八达的电力供电网络来进行数据通信，具有不占用无线频道资源、无需布线、省工省钱、维护简单的优点。随着社会的发展和电力网络的开放，低压电力载波通信技术在我国的应用也越来越广泛。做为全国最大的专网之一，电力通信在走向市场参与竞争中有其得天独厚的优势：电力系统有着较为完善的通信基础设施和潜力巨大的路由资源（包括可敷设光纤等通信线路的中高压电力缆路、城市地下管道及可用于未来数据传输的低压入户电力线路等），有着强大的科研、设计、施工、运行管理队伍和健全的组织机构，有为用户提供综合业务服务的能力和经验等：但也同样存在很多不足，除以上所述网络结构薄弱等问题外，在经营管理上，由于长期以来电力通信一直从属于电力主业，其经济性寓于整个电力系统的经济性之中，通信人员没有经济效益的观念，缺乏经营管理经验和人才。总之，经过几十年的建设，我国的电力通信网随着电网的建设取得了很大的进步，基本形成了覆盖全国的电力通信综合业务网，在现代化电力生产和经营管理中发挥越来越重要的作用，名副其实地成为现代电网的三大支柱之一。

3、电力线载波远程集中抄表系统

电力线载波抄表系统是集计算机、数字通信等多项技术于一体的高新技术产品，是提高电力营业管理自动化水平的重要技术手段。它具有抄收速度快、抄收同时性好、数据、安装简单、维护量少等特点，适用于低压电力线以下所有居民、商业和工业。用户的各种单相、三相、有功和无功电表。它的应用可大大减少抄表人员和减轻抄表人员的劳动强度，有利于消除人工抄表的误差，提高线损统计的准确性，有效地防止和发现窃电。该系统与上述系统非常相似，电力抄收速度比较快，而且抄收过程中具有同时性好、安装简单以及维护量少等优点，比较适合于低压电力线以下居民、工商业用户的单相以及三相和有、无功电表。从构成结构上来看，该系统主要是由主站系统、数据集中器、通信信道、多路采集终端、电子式电度表、断路控制器以及脉冲电度表和单相电子式载波电度表构成。该通信信道中的数据集中器以下是220伏电力线载波，以上是专线或者电话等。对载波中心频率而言，其为220伏的电力线通道；对于通信制式而言，主要是以数据集中器作为中心的主动式半双工通信模式；就通信距离而言，220V无中继电力架空线<1000m；220V无中继电缆线<300m。38kHz频率的红外线载频，其通信距离不超过2米。载波电表本身具备自动中继功能，能够有效实现七级中继。采用的是BPSK直接序列扩频技术手段，通信稳定性非常的好，而且没有调整元件。从应用效果来看，可以有效减少抄表劳动量、减轻劳动强度，对于消除人工操作误差以及提高线损统计效率和防窃电，具有非常好的效果。

集抄系统通信问题及发展

集抄系统通信虽然有自身的应用优势，但是也存在着一些缺点与不足。比如，模拟电路会随着温湿度的变化而出现严重的频率偏移问题，可靠性差；通信速率相对较低，而且距离也比较近，这样会导致功耗大，影响寿命；整体应用管理成本比较高，难以进行批量生产。上述缺点和不足，导致通信技术在现代抄表行业难以大范围推广，发展受阻。近年来，随着通信技术水平不断提高，无线通信系统尤其是硬件系统，逐渐向高精度、集成化封装方向发展，频率偏移受温湿度影响较小，可靠性提高；同时，还可采用高效的纠错技术，确保通信数据正确率；通信距离提高，造价成本也会随之降低，能够有效满足现代抄表要求。以南网为例，短距离通信技术产品主要有深圳锐拔公司的产品，然其在肇庆试点的无线电表因面大而影响效果。笔者认为，将该技术应用在集中器+采集器的模式下，作为低压电力半载波网络模式的竞争者，在稳定性、实时性方面，具有一定的优势。

结语：总而言之，随着科学技术的快速发展，电力集中抄表系统中所应用的通信技术必将不断的创新和改进，只有这样才能确保电力集中抄表准确性、效率性，才能实现电力事业的可持续发展。

参考文献：

[1]李彬;赵静娟论电力系统中光纤通信技术应用[J]通信技术，2013（06）.

[2]刘志强.低压电力用户集中抄表系统设计与开发[D]华南理工大学，2012.

[3]吴珂.基于电力远程抄表系统的集中器设计与实现[D]昆明理工大学，2012.