一种多方案用电管理终端应用研究

一种多方案用电管理终端应用研究

张峻

（广西电网有限责任公司南宁供电局广西南宁530033）

摘要：随着信息化社会建设的推进，各行各业都需要提高自动化程度和信息化程度。电力行业中，抄表是一项复杂而繁琐的工作，要实现智能化集中抄表需要对用电管理终端段进行更为深入的研究，本研究从管理终端硬件、软件、相关运行测试等方面围绕电能计量自动化管理的一次全面的创新性个提升，不但能完成普通的单片机的升级、模块化设计、试验室测试、实际运行环境联调测试等一系列工作，还能通过管理规程实现成果固化，运用多方案的设计使抄表终端的上线稳定、数据采集完整可靠、模块可热拔插使故障处理简单便捷，经济效益和管理效果肯定是显著的。

关键词：集抄；用电管理终端；数据采集；测试；效益

一、研究的背景和意义

1.1背景和必要性

随着国内智能电网的建设，国网及南网公司在统一行业标准，推进智能电表技术、智能电网技术发展的同时，各省市供电公司、生产企业也在总结前期技术的应用情况，应用效果，为进一步完善、优化相关技术做努力。

目前国内从2009年统一智能电表的标准招标开始，已累计招标近6亿只新标准的各类单、三相智能电表，同时居民客户的新装、轮换、更换采用新标准的具有费控、远程通讯等功能的单相智能电表。针对新型智能电能表的居民低压集中抄表系统也同时被统一化和标准化。

当前各电网公司在低压集抄技术应用上，主要采用以下组网方案：电力线载波、有线485、无线(RF\Zigbee)等组网方案。

其中，低压电力线载波PLC自动抄表系统，因其安装方便，被广泛在国内推广使用。但由于用电环境复杂多变，负荷动态变化频繁，低压电力线载波通信网络的效果及通讯速率，还有待进一步的改进和提高；另外由于没有形成统一的技术标准和技术联盟，不同厂家设备互操作性和互换性较差，互连互通比较困难。

总线式（如RS485）自动抄表系统，由于系统现场组网工作量大，后期维护成本高，老城区组网几乎不可能采用；同时，总线上单个电表故障可能会导致总线上所有电表通信崩溃；总线外露存在被非法破坏的隐患。

无线数传（RF\ZigBee）自动抄表系统，其技术网络建设简单、施工成本低。但因其频带限制，其穿透能力、绕射能力在特定环境下如：高层住宅、密集住宅区等有一定的盲点。

任何一种的通讯技术，有优点也同样具备缺点，国内集抄技术应用上，多以台区为基础，在集中器与表计网络连结上多采用单一通讯手段。

在远程集抄广泛推广，用户环境复杂的多变的今天，已无法满足现场的多样化要求，研究各种通讯技术的优缺点，探讨，单一用电管理终端，使用多种通讯手段来满足复杂环境下远程集中抄表应用是本项目的目的及意义

设计、研发、测试具有多种通讯技术一体化的用电管理终端，解决目前居民远程抄表工作中遇到的成功率、施工难度等问题是必要的。

1.2研究的意义

随着全球化智能电网的发展浪潮不断被推进，各个供电企业也在积极探索供电服务中新技术和新领域，制定自己的智能电网技术标准，以求获得市场的先机。

从节能减排，从国内大力开展智能电网建设，从2009年开始，每年有几千万只智能电表投入使用，新型的智能电表具有费控、阶梯电价及远程通讯功能，远程集中抄表也同时大范围推开建设。

目前国内系统集中器下行信道采用有：电力线载波方式、有线485方式、Zigbee/RF无线方式等主要几种组网方式，上行信道多采用GPRS或以太网LAN。

采用电力线通讯技术的组网方式，被各电力公司应用最广泛。但是由于低压电力网线路中同频干扰噪声的严重影响，同时由于电力线通讯的技术的发展不够成熟，导致利用其通讯的实时性，可靠性，完整率都是受到了很大的制约，网区抄表完整率只有95％，甚至90％不到。正是由于此原因，国内不同省份电力公司均在探索新的用电信息采集通讯信道。也各有优缺点。

当前各电网公司在低压集抄上的应用主要包括ZigBee无线、广电网络（CATA）、RS485+PLC、PLC、有线485、小无线等组网方案。

从施工简单、运营成本低角度考虑，低压电力线载波PLC、无线Zigbee/RF是比较适合的通讯手段，但PLC因用电环境复杂多变，负荷动态变化频繁，抄表成功率及通讯速率都有待提高，对农村、城乡结合部、城区老旧台区效果差。

无线通讯方式，在房屋密集或高层楼房，因其信号绕射及穿透能力等原因，也无法满足全部现场要求，只适合部分现场环境。

总线式（如RS485）、因前期施工难度大或后期运营成本等原因，也无法在全国范围内广泛推广。

现场台区的复杂程度，各种技术通过多年的应用，尤其是电力线载波技术没有根本性突破的今天，在目前技术基础上研究新的提高可行性是本课题的目的。

远程用电管理系统使用的效果根本在于通讯成功率，其瓶颈就在于集中器下行信道，下行信道的成本与成功率之间的矛盾上。

本研究在此基础上提出新的建议和设想，研究在复杂台区情况下，修改目前一个台区单一下行通讯信道的设计理念，提出研发设计多信道混合型用电管理终端的设计思路。利用各种通讯方式的优缺点，集成下行多种通讯方式为一体，总体解决问题。

二、研究的优势与效益、应用前景

2.1优势和效益

终端具备上行、下行信道，均采用多通道设计，可灵活满足复杂现场抄表要求，上下行通信模块完全采用模块化设计，支持热拔插，方便施工与现场调试。

上行可接合现场际网络可选择不同的通信方式，解决因单一通信方式因网络不到或无信号而无法抄表的问题。下行支持多种方案通信方式，不但解决了因现场表计安装环境复杂，对单一的方式如RS485无法接线，无线信号受阻，载波线路衰减的问题（特别是城中村、农网），主要是为各网公司解决了在需更换不同通信方式表计时无需考虑更换原有终端，节省的设备及人工费用投入是可想而知的。

在产品成形后可以建立统一标准，加强终端设备兼容性，从而为整个电力行业创造的价值是空前的。

2.2应用前景

多方案用电管理终端是在国内多年集中抄表技术的基础上综合起来的新一代用电管理终端。能兼容目前国内各省用电管理系统的主站，满足相关的通讯协议及技术要求，在此基础上，研发产品完成后，可基本解决目前各种通讯组网方案所存在的问题,即将最让用户关注及厂家头痛的因单一抄表组网方式所存在的缺点弥补，使抄表成功率可达到99%以上，在方向及思路上提出了有效地解决办法。

另外，因其具有的兼容性，可对国内已完成具有远程集中抄表几亿户进行直接改造，即使改造其中抄表成功率低的10%~20%,也将产生巨大的社会效益及经济效益，并对智能电网、远程集中抄表的发展提出建设性的意见及建议，为其发展做出贡献。

如下采用混合通讯模式的集中器，在怎个远程抄表管理系统中的应用原理框图

如图所示，系统由表计、集中器、中继器、主站等基本环节组成，集中器具备多种通讯方式，可采用ZigBee无线通讯、RF小无线通讯、电力线载波/PLC等方式组成电能表与集中器之间的通讯网络，集中器到主站之间采用GPRS/LAN数据通讯网络。

多方案集中控制抄表器是远程集中抄表系统中的关键设备。能够通过下行信道自动抄收并存储各种具有通信功能的智能仪表、采集终端或采集模块以及各类通信终端的电量数据，并能采集外部485表数据，其下行信道可以是低压电力线载波PLC、RS-485串行通信通道、ZIGBEE无线通讯信道等；同时能通过上行信道与主站或手持设备进行数据交换，其上行信道采用公用通讯网，支持GPRS、CDMA等通信方式。

上行、下行通讯信道均采用模块化设计，可通过更换通信模块直接改变通信方式。符合IEC国际电工委员会相关标准，符合国、南网集中器数据传输上行规约，符合DL/T645－2007及DL/T645－1997多功能电能表通信规约等技术条件。

三、结束语

如此终端应用研究成功，肯定能有效解决目前电力用户集中抄表中各种通讯技术及手段的瓶颈，通过各种通讯技术的融合，弥补了各自的不足，具有广阔的市场前景，无论是对改造以往效果不佳还是后续新装用户的工作中必然会起到革命性和积极的成果及效益。必将是抄表系统技术的又一次突破性创新，也会进一步推进国家各电网公司在集中抄表用电管理系统领域的发展。