电能计量自动抄表技术探讨

电能计量自动抄表技术探讨

马东海

马东海

广东电网公司惠州供电局

摘要:本文主要分析了电能计量自动抄表技术，从电能计量自动抄表技术的构成、特点、现状及今后发展、建议做了较为全面的

关键词:电力抄表系统；自动抄表；远程

在通信技术日新月异的今天，自动抄表技术越来越受到社会的关注,电能计量自动抄表系统是将电能计量数据自动采集,传输和处理的系统。它克服了传统人工抄表模式的低效率和不确定性,推进了电能管理现代化的发展进程。

Electricenergymeteringautomaticmeterreadingtechnology

MaDonghai

GuangdongGridCoHuizhouPowerSupplyBureau

Abstract:Thispapermainlyanalyzestheelectricenergymeteringautomaticmeterreadingtechnology,fromtheelectricenergymeteringautomaticmeterreadingtechnologyconstitution,characteristics,currentsituationandfuturedevelopmentproposals,madeamorecomprehensive

Keywords:powermeterreadingsystem;remoteautomaticmeterreading;

Incommunicationtechnologychangerapidlytoday,automaticmeterreadingtechnologyisgettingmoreandmoreattentionofthesociety,electricenergymeteringautomaticmeterreadingsystemistheelectricenergymeteringautomaticdataacquisition,transmissionandprocessingsystem.Itovercomesthetraditionalmanualmeterreadingefficiencyandlowuncertainty,advancedpowermanagementmodernization.

1远程自动抄表系统

、

图1远程自动集抄系统结构图

常用远程自动抄表系统由五部分组成:电能表、采集器、数据集中器、通信模块和主站计算机系统。其结构示意如图1。

1.1电能表

可分为感应式和全电子式两种类型。感应式电能表可通过安装在电能表内部的光电转换模块把电能表圆盘转动时的信号转换成脉冲电信号输出;全电子式电能表可通过RS-485通信接口直接输出电信号或提供计量脉冲。电能表输出的电信号送入采集器进行数据处理。

1.2采集器

采集器一般由终端模板、载波模块或485通信模块组成。可同时采集多个用户电能表的电量信息,并通过通信通道将数据传送给集中器,并可接收来自集中器发来的各种操作命令。

1.3数据集中器

集中器主要用于终端管理和数据缓存。它一方面接收来自主站计算机的各种操作命令并下传采集器;另一方面,将采集器的各种信息回传主站计算机,同时还储存所辖电能表的数据和有关参数,并具有定时抄收采集器数据、实时监视采集器的工作状态等功能。

1.4通信模块

通信模块用来实现主站计算机与集中器之间的通信。通信模块可以是公用电话网、GSM网、GPRS、电力线载波等各种通信方式。

1.5主站计算机系统

主站计算机系统一般由服务器、前置机、工作站、应用软件等组成。主站系统接收集中器传送过来的用户电量数据,并对数据进行处理,还可对系统内设备发出各种指令。

2自动抄表系统的通信方式

自动抄表系统的技术关键在数据传输。目前,自动抄表系统的通信信道主要包括集中器与采集器间的通信信道(通常称为一级传输)和管理中心与集中器间的通信信道(通常称为二级传输)。

2.1集中器与采集器间的通信方式

目前国内常用的通信方式有:红外通信、脉冲采集、RS-485总线、低压电力线载波。另外还有仪表总线(M-Bus)、Lon总线等。

(1)红外通信。红外通信大体分为接触式红外和调制型红外两类。接触式红外是有线连接,通信时要求读数头紧贴电表的光学接口,传输距离较近。调制型红外是无线连接,其通信光路易受外界光照干扰。

(2)脉冲采集。此技术成熟、简单,对老式感应式电表只需简单改造即可实现。但存在采集范围小,表上无数据保存,数据容易丢失的缺点。

(3)RS-485总线通信。这种方式是以一条串行总线连接各分散的终端,可方便地构成一点对多点或多点之间的相互通信网络。主要缺点是传输速率不高,传输距离近,不能构成任意分支。布线设计及施工难度大,易受外界侵袭,维护工作量大,综合成本高。

(4)低压电力线载波。利用现有220V低压电力线作为通信介质,在发送数据时,电能表先将信号调制到高频载波上,再经过功率放大后耦合到电力线上;接收端通过耦合器将高频信号分离出来,再经解调还原为数字信号。该通信方式信道建设工作量少,覆盖范围广、成本低廉,是电力行业较理想并一直探索的通信方式。主要缺点是系统的安装和维护有时需要线路停电,阻抗随负载变化大、信号衰减大,存在不同来源的多种电磁干扰,这些特性严重制约了电力线作为通信信道的有效利用。需合理选择调制频率,提高通信可靠性。其工作原理如图2所示:

2.2管理中心与集中器间的通信方式

目前国内常用的通信方式有:光纤通信、公用电话网、无线通信、GPRS网络、10kV电力线载波等。

(1)光纤通信:光纤通信具有可靠性高、保密性和抗干扰能力强、高带宽及传输距离远等优点,成为二级传输的首选。目前应用于集抄系统的光纤通信技术有光Modem、MSTP、EPON和工业以太网。考虑到网管和组网的局限性,一般不采用光Modem;MSTP技术业务接入灵活多样,但受现场环境制约,一般用在骨干节点;EPON技术具有节省光纤资源,带宽高等优点,对辐射性组网方式有一定

优势。工业以太网技术能适应特殊环境,稳定性强,但存在不同厂家设备之间的互联互通问题。

(2)公用电话网:在数据集中器和管理中心主机各加装调制解调器实现。该通信方式较稳定可靠,维护量也较少,但线路接续时间较长,当集中器数目较多时,通信效率将大幅度下降,而且租用电话线路多,其租用费用也很可观,不适合大容量系统。

(3)无线通信:利用无线电波进行通信,管理中心主机通过无线电台发出呼叫命令,各终端收到命令后进行地址对比,如正确则发出应答信号,建立数据链路并通信。其特点是不用布线,不受低压配电网络拓扑结构限制,安装调试方便。主要缺点是数据传输速率较低、时效性差,频率和功率受无线电委员会管制,易受电磁波的干扰,在强电磁环境下传输误码率高。

(4)GPRS(GeneralPacketRadioService)通信:GPRS通信方式是借助移动通信网实现主站与从站之间的远程通信。GPRS网络具有覆盖面广、实时在线、不需要专门布线,前期投资少、维护成本低、传输安全可靠的特点。目前主要是以模块方式将GPRS功能添加到多功能电能表和集中器上。具有GPRS功能的电能表可以直接将计量信息通过网络传输给主站,实现一对一远程通信。带GPRS模块的集中器则是先通过串口RS-485将多个电表的信息汇总到一起,再通过GPRS网络与主站通信服务器交换数据。

(5)10kV电力线载波:利用现有10kV电力线作为通信介质,实现主站与集中器之间的远程通信。基本工作原理类似于220V电力线载波。

3集中抄表系统建设应考虑的因素及通信方案选择

3.1集中抄表系统建设应综合考虑的因素

(1)通信可靠性:要求通信系统可靠,抄表数据准确,实时性强。

(2)技术的先进性、成熟性,标准的有效性:技术的成熟性是指该技术是否适合集抄系统的应用,能否充分体现其原有设计思想和功能。要求标准统一,如不同厂家提供的低压载波芯片和通信规约标准要统一。技术标准的有效性是指该标准的体系是否完整,是否被国际所普遍接受。

(3)系统的兼容性和扩展性:由于电力用户分布范围广,变动较大,要求系统方便扩展、兼容性强。

(4)系统的维护成本和资金风险:集抄系统建设需投入大量资金,要有足够的资金保证。建成投运后的维护费用要少,否则将严重制约系统的全面推广。同时集抄不能仅仅为了实现自动抄表,满足月度结算,应将技术创新与管理创新相结合,解决电网线损管理、抄表收费困难、防范窃电等问题,为用电管理现代化、配网规划现代化提供技术手段。

(5)系统的安全性:主要包括自动抄表过程的安全性和中心处理子系统计算机网络的安全性。既要保证所抄数据的安全、可靠传输,又必须确保中心处理子系统不会受到来自传输网络的意外攻击,需综合运用密码技术、身份验证技术、访问控制技术、网络反病毒技术、网络安全漏洞扫描技术和入侵检测等技术措施。

(6)表计选用原则:新购单相、三相电能表应选用电子表,配置RS-485通信接口,技术特性满足国家标准。今后分时电价将会逐渐应用于居民用电,可根据用户要求选用带有复费率功能的表计。

3.2通信方案选择

由于电能表布局分散、数量多,而传送的数据量不大,传统的电力线载波、光纤、无线通信、公网电话等通信手段,都有其优点和局限性,在经济性和可扩充性上均不能完全适应自动抄表的特点。在实际应用中需要根据客户类型、电能表分布、现有资源等多种因素有针对性的选择或组合使用。在一级传输中,RS-485总线方式稳定性高,传输速率快,抗干扰能力强,但传输的距离较近,终端的数量有限,通信信道易受人为损坏,损坏后故障排除困难、恢复慢;220V低压电力线载波方式不需要额外敷设通信线路,成本较低,但抗电磁干扰能力较差。因此,在电表集中安装的住宅小区,首推RS-485总线方式。对于地域

较分散的用户电能表,传输距离超出485方式极限距离等,则可采用220V电力线载波方式。在二级传输中,有线公用电话网通信可靠,但需要向电信部门交纳一定的服务费;GPRS通信方式采用无线接人,具有组网灵活,通信效率高,功耗低,传输距离远,覆盖范围广,施工和维护工作量小等优点,并且避免了有线系统防雷击困难、布线不方便等问题。光纤通信可靠性高,传输速度快,容量大,但对于广泛分布的居民用电小区,投资成本较高,且有时由于条件限制,无法架设光缆。10kV电力线载波因利用现有电力线网络而投资小,技术也日益成熟,抗干扰能力逐步提高,且安装方便,维护量小,能解决无法敷设光缆的问题,逐步成为低压小区集中抄表的主要通信方式。总的说来,针对电力集抄通信具有/用户多、范围广、分散、突发性数据传输、实时性要求不高0的特点,在通信费用合理的情况下,GPRS是效果比较好的数据传输方式,也可根据资源情况,综合采用光纤、电力线载波和市内电话线等多种通信方式。

4结语

随着通信技术的不断进步以及电力市场应用的需要,电能表从最初的感应式机械表发展到多功能电子式表阶段,计量不再是其唯一重要功能,通信功能已逐渐成为电能表不可或缺的一部分。借助电能表通信功能不仅可以实现抄表方式的变革,更能实时监控记录用户用电情况,实时采集各点数据。通过配合远程计算机的用电管理软件可实现对电量、线损、窃电等的综合分析,提高用电管理水平。自动抄表可以减少电费结算时问,加快电费回收,大大缓解抄表人员的劳动强度,降低人为因素造成的抄表误差,适应电力商品现代化运营管理的要求,并为推广应用预付费售电打下基础,自动抄表技术必将取代人工抄表成为未来发展方向。

参考文献

[1]乐强.电能计量自动抄表技术的应用[J].大众杂志,2005,(10).

[2]蔡旭斌，罗玲.电能计量自动抄表技术的现状与发展[J].广东电力,2003,(2).