基于私有路由協(xié)議的電力無(wú)線抄表系統(tǒng)方案

一、抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我們的生活能感受到更多信息化所帶來(lái)的全新體驗(yàn)。而在現(xiàn)今節(jié)能減排的要求下，智能電網(wǎng)的建設(shè)備受關(guān)注。智能抄表系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)建設(shè)的一部分近年來(lái)也得到快速發(fā)展。

電力部門(mén)對(duì)電表管理的傳統(tǒng)方式包括人工抄表、電力載波抄表，還有預(yù)付費(fèi)電卡。以往采取的人工抄表不僅效率低，而且容易出現(xiàn)人為因素的錯(cuò)誤。預(yù)付費(fèi)電卡雖然省去了上門(mén)抄表的麻煩，但對(duì)電力部門(mén)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)仍然是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。而節(jié)省成本又不用重新布線的電力載波系統(tǒng)又有無(wú)法解決的技術(shù)缺陷。例如：配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送；三相電力線間有很大信號(hào)損失，通訊距離很近時(shí)，不同相之間可能會(huì)收到信號(hào)；不同信號(hào)藕合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同；電力線存在本身固有的脈沖干擾；電力線對(duì)載波信號(hào)造成高削減，當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米。這些技術(shù)缺陷使得電力載波誕生很多年后都無(wú)法普及。

在能源日趨珍貴的今天，電表數(shù)據(jù)已不僅僅是收費(fèi)依據(jù)。電力部門(mén)可通過(guò)用戶電表數(shù)據(jù)，了解一個(gè)小區(qū)及至整個(gè)城市用電情況，這對(duì)于合理分配資源有著重要參考價(jià)值。以后甚至還需要對(duì)每個(gè)用戶電表進(jìn)行調(diào)控，這都是發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)方式做不到實(shí)時(shí)性，采集的數(shù)據(jù)不完整，也不能遠(yuǎn)程控制用戶電表，顯然已不能滿足電力部門(mén)更好管理用戶的需求。隨著近年無(wú)線通訊行業(yè)的發(fā)展，因?yàn)闊o(wú)線通訊無(wú)需復(fù)雜布線，維護(hù)方便，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用都得到認(rèn)可。同樣應(yīng)用于智能電網(wǎng)中也已成為熱門(mén)，國(guó)家為規(guī)范無(wú)線抄表也發(fā)布相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。本文章所介紹的電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)為智能電網(wǎng)提供了新的手段。

二、電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)

基于私有路由協(xié)議的電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)圖如圖1所示。電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)由位于配電中心管理系統(tǒng)和終端電能表以及位于小區(qū)的集中器組成。三者之間通過(guò)有線或無(wú)線方式連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。無(wú)線傳輸方式包括近距離無(wú)線通信和遠(yuǎn)距離無(wú)線通信。

整個(gè)過(guò)程是電表將電表計(jì)數(shù)發(fā)送到小范圍內(nèi)的小區(qū)集中器，小區(qū)集中器再將數(shù)據(jù)發(fā)送到更高一級(jí)集中器，或者通過(guò)遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到配電中心。配電中心管理部門(mén)收到數(shù)據(jù)后，不僅制成電費(fèi)賬單，這些實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)還可以用于其他用途。這就完成了采集信息過(guò)程，另處還可以控制每個(gè)集中器或者電能表，過(guò)程只是上述的反向操作，這樣電力部門(mén)的管理能力將更強(qiáng)。



圖1　基于私有路由協(xié)議的電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)示意圖

1、系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)施

電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)用于電力部門(mén)集中抄表管理，系統(tǒng)為分布式結(jié)構(gòu)，由設(shè)備層（終端無(wú)線表具）、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸層和站控層三層構(gòu)成。設(shè)備層主要是Wi-End終端設(shè)備；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要由Wi-CL采集器和Wi-Rou路由器、Wi-Cor集中器等設(shè)備組成；站控層由計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和抄表軟件等組成。

系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，在每一個(gè)電子電能表中安裝無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)成Wi-End終端設(shè)備，負(fù)責(zé)電能計(jì)量并將計(jì)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送到匹配的Wi-CL采集器，或者接收來(lái)自Wi-CL采集器的管理命令，對(duì)電子電能表進(jìn)行監(jiān)控。在每個(gè)樓層安裝Wi-CL采集器，用于收集Wi-End終端設(shè)備的數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線鏈路傳送到Wi-Cor集中器，或者接收來(lái)自Wi-Cor集中器的管理命令，并傳送給Wi-End終端設(shè)備。如果Wi-CL采集器與Wi-Cor集中器之間的距離較遠(yuǎn)，或者現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境太復(fù)雜，導(dǎo)致Wi-CL采集器不能把數(shù)據(jù)直接傳送到Wi-Cor集中器，這時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在合適的地方安裝Wi-Rou路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)的中繼續(xù)傳。Wi-Rou路由器的主要功能是允許Wi-CL采集器加入網(wǎng)絡(luò)，多跳中繼網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，協(xié)助Wi-CL采集器與Wi-Cor集中器之間的通信，它一直處于活動(dòng)狀態(tài)。Wi-Rou路由器可以安裝多個(gè)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可能性。最后，在一個(gè)相對(duì)集中的地方安裝一個(gè)Wi-Cor集中器，負(fù)責(zé)啟動(dòng)和配置整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，收集Wi-CL采集器的數(shù)據(jù)，并通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳送給集抄中心，或者接收來(lái)自集抄中心的管理命令，并傳送到Wi-CL采集器。它是整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心。

系統(tǒng)搭建完成之后，集抄中心就可以通過(guò)GPRS無(wú)線通信方式下發(fā)遠(yuǎn)程抄讀命令到Wi-Cor集中器，Wi-Cor集中器將抄表命令轉(zhuǎn)換成符合DL/T 645多功能電表通信標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文，傳輸至Wi-CL采集器，Wi-CL采集器再將命令傳輸至Wi-End終端設(shè)備，Wi-End終端設(shè)備收到命令后，立即應(yīng)答，并按相反的路徑將應(yīng)答信息傳回集抄中心主站，這樣就完成一次抄讀的過(guò)程。
###反應(yīng)###
2、系統(tǒng)的特點(diǎn)

電力無(wú)線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

無(wú)線通訊無(wú)需布線，建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本低，可靠性高，操作、維護(hù)、管理簡(jiǎn)單；

半雙工傳輸，不僅抄表，還可對(duì)電表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)更多功能；

信息實(shí)時(shí)性強(qiáng)，收集信息和控制可在很短時(shí)間內(nèi)完成，可重復(fù)抄表，數(shù)據(jù)備份；

抄讀成功率高，大于98%，支持手抄和定時(shí)傳送數(shù)據(jù)等多種抄表模式；

傳輸容量大，擴(kuò)容性能好，集抄范圍廣，還可實(shí)現(xiàn)其他表類(lèi)統(tǒng)一傳送數(shù)據(jù)，使用同樣的路由協(xié)議及傳送協(xié)議，只需要不同的終端設(shè)備即可；

系統(tǒng)為分層分布式簇狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定可靠，便于維護(hù)；

集抄設(shè)備平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF≥7.6×104h；

符合國(guó)家2009國(guó)家住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的JG/T 162-2009標(biāo)準(zhǔn)。

3、近距離無(wú)線通訊指標(biāo)

遠(yuǎn)距離通信主要采用位于每個(gè)角落的通信基站和公用市話網(wǎng)組成的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，近距離通信則通過(guò)低成本低功耗通信方案，載波頻率主要有ISM/SRD和國(guó)家規(guī)定抄表頻段。

系統(tǒng)對(duì)無(wú)線通訊的基本要求：半雙工數(shù)據(jù)傳輸模式，體積小，成本低，可穩(wěn)定工作5-10年。

本文描述的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的主要指標(biāo)：

工作頻段為抄表常用頻段470MHz/433MHz 

GFSK調(diào)制方式，抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾能力強(qiáng)

視距情況下，天線放置垂直高度>1米，可靠傳輸距離800米

具備一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)以及路由功能，組網(wǎng)方式靈活、簡(jiǎn)單

自動(dòng)濾除噪聲產(chǎn)生的虛假數(shù)據(jù)

支持多個(gè)信道，有效減輕同頻干擾

使用5V電源，接口即可供電

接收電流<40mA，發(fā)射電流<140mA

采用Soc方案，單片集成RF和MCU，外圍器件少，電路可靠性高

有多種配套天線方案，滿足不同結(jié)構(gòu)要求

市場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種近距離通信模塊：



VT-DTMPA-USB-433M



VT-DTMPA-232-433M

三、結(jié)語(yǔ)

智能無(wú)線電網(wǎng)系統(tǒng)集合各類(lèi)非電力信息，包括氣象、環(huán)境以及自然災(zāi)害，甚至某個(gè)大型活動(dòng)的用電趨勢(shì)等等，為整體電網(wǎng)的綜合預(yù)測(cè)提供大量數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，迅速發(fā)現(xiàn)并排除故障。全面實(shí)現(xiàn)配用電信息化，充分融合電網(wǎng)電流和配用電的相關(guān)信息，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)峰值電源的即插即用，為互動(dòng)用電提供技術(shù)支撐。因此，數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，穩(wěn)定性和可靠性顯得尤為重要。

加快構(gòu)建以分布式抄表網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的智能無(wú)線電網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電力遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸送，在全國(guó)范圍優(yōu)化配置能源資源，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)能源的需求，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。