RobuNet無線通信技術在智能電網(wǎng)中的應用分析

隋博

（國網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，鄭州450052）

李琳

0 引言

為加快電力系統(tǒng)的營銷計量、抄表、收費標準化、現(xiàn)代化建設步伐，如何及時、完整、準確地提供用戶實時用電信息數(shù)據(jù)成為了智能電網(wǎng)建設的核心問題之一[1]，而該問題的主要解決方法之一就是建設安全、可靠、有效的智能電表本地通信網(wǎng)絡[2]。

在組建安全、可靠、有效的智能電表本地通信網(wǎng)絡時，常用的方法主要有三種：電力線載波技術、微功率無線技術和RS485通信技術[3]。就載波通訊而言，由于低壓配電線網(wǎng)存在信號衰減大、線路阻抗變化大（時變性）、噪聲源多且干擾強等諸多不利因素，這種網(wǎng)絡的通信環(huán)境非常惡劣。就RS485總線的通訊方式而言，由于存在現(xiàn)場布線，在距離較遠時安裝工程量大，且數(shù)據(jù)安全性低，信道容易受損壞，易受高電壓及雷電的影響，這種網(wǎng)絡僅能用于一個表箱內(nèi)各設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。與上述兩種信道相比，微功率無線技術伴隨通信組網(wǎng)技術的發(fā)展和端到端高階加密、動態(tài)跳頻機制的引入，其可靠性高、傳輸速率快、通信實時性好、安裝維護快捷、穩(wěn)定性強和影響因素少的特點，成為建立智能電表本地通信網(wǎng)絡的首選[4][5]。

本文對組建智能電表通信網(wǎng)絡中常用的三種技術：RobuNet、ZigBee和點對點無線通信技術進行比較，并根據(jù)RobuNet在居民集中抄表中的應用，從組網(wǎng)技術的原理和特點的角度進行分析，推動RobuNet無線通信技術在智能電網(wǎng)中的快速發(fā)展提供借鑒，為電力管理部門的相關決策提供科學依據(jù)。

1 無線技術應用情況

目前RobuNet、ZigBee和點對點無線通信技術在部分地區(qū)的智能電網(wǎng)的低壓抄表部分中已經(jīng)有所應用[5]，具體的應用情況和特點如表1所示。

表1 無線技術應用情況表

從表1可以看出，由于RobuNet無線傳輸技術在頻率、技術特點、傳輸距離和環(huán)境適應性方面的特點，其在智能電網(wǎng)系統(tǒng)的應用中是最廣泛的。

2 RobuNet技術和特點

①網(wǎng)狀網(wǎng)絡：先進的網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構，能夠更好地適應各種復雜、多變的現(xiàn)場環(huán)境。

②自動組網(wǎng)：無需人工干預、全智能自動路由、無路由級數(shù)限制、無需額外增加中繼設備的自動組網(wǎng)方式。

③自動修復：當網(wǎng)絡中某一節(jié)點發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠自動建立新的抄表路徑完成抄表路徑的自動修復，無需人工干預。

④跳頻通訊：借鑒國際上廣泛應用的“FCC.15.247”技術規(guī)范，采用多信道跳頻技術，具有良好的頻率自適應機制，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，避免互擾。

⑤調(diào)制方式：采用GFSK/FSK調(diào)制方式，綜合考慮了現(xiàn)場的無線覆蓋范圍、通訊速率、以及產(chǎn)品成本等方面因數(shù)。

⑥信道帶寬：200KHz以內(nèi)的寬帶或窄帶。

⑦工作頻段：工作于470.00～510.00MHz、國家信息產(chǎn)業(yè)部規(guī)定的免費頻段，且已列入新的DL/T 698.35電能信息采集與管理系統(tǒng)第3-5部分電能信息采集終端技術規(guī)范。

⑧響應速度：通訊速率為9600bps、19200bps或以上，極高的系統(tǒng)響應速度支持大數(shù)據(jù)量的傳輸和表計特殊數(shù)據(jù)的主動上傳功能。

⑨數(shù)據(jù)安全：采用端到端DES加密，數(shù)據(jù)具有高度的安全性、保密性。

3 RobuNet在智能電網(wǎng)中的應用分析

本文以智能電網(wǎng)中居民集中抄表系統(tǒng)為實際環(huán)境，對RobuNet無線通信技術進行構建和分析[9]。

3.1 組網(wǎng)技術

①組網(wǎng)方式。RobuNet組網(wǎng)借鑒Ad Hoc無線網(wǎng)絡技術，結合配電系統(tǒng)的特點，在低壓集中抄表系統(tǒng)中以終端為集中器進行組網(wǎng)，可以實現(xiàn)按臺變組網(wǎng)、跨臺變組網(wǎng)、按表號/節(jié)點號組網(wǎng)和電表/節(jié)點自動上報組網(wǎng)。

目前，根據(jù)我國電力部門的管理要求及特點，如“四分線損”的考核等，RobuNet組網(wǎng)技術主要采用了按臺變、按表號/節(jié)點號（即至上而下）的方式進行組網(wǎng)。

②路由和協(xié)議要點。采用先驗式路由協(xié)議（表驅(qū)動路由協(xié)議），每個節(jié)點維護一張包含到達節(jié)點的路由信息的路由表（自動生成），并根據(jù)網(wǎng)絡拓撲的變化隨時更新路由表，節(jié)點路由表結合“最短路徑算法”和“均衡路徑算法”準確地反映網(wǎng)絡的拓撲結構；源節(jié)點一旦要發(fā)送報文，可以立即獲得到達目的節(jié)點的路由。

3.2 工作原理

圖1 工作原理圖

安裝具有無線信道的計量表計及無線數(shù)據(jù)采集裝置，實現(xiàn)與現(xiàn)場通訊環(huán)境有關節(jié)點信息的自動交換；根據(jù)優(yōu)化的路由算法，與其它節(jié)點和集中器單元組成本地無線網(wǎng)絡。這一組網(wǎng)過程自動完成，無需人工對現(xiàn)場節(jié)點進行干預或設定，并且每個網(wǎng)絡都是根據(jù)所在社區(qū)環(huán)境智能優(yōu)化的。網(wǎng)絡構型方面在考慮成本的前提下采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡的形式，以擁有許多備用路由連接，具備超穩(wěn)定高可靠和自我修復的能力。基于當代無線通訊芯片技術的發(fā)展，智能無線網(wǎng)絡能提供較高的通訊速率和較大的單幀數(shù)據(jù)承載量（128K），以滿足用電信息采集系統(tǒng)對于通訊實時性的要求，并能為今后用電管理的增值服務（如遠程斷送電、遠程費率調(diào)整、遠程預付費、實時用電稽查等）提供技術基礎。

3.3 基于RobuNet技術的網(wǎng)絡集中抄表系統(tǒng)架構

3.3.1 組成部分

①內(nèi)嵌RobuNet無線信道各種電子式電能表，或采用RobuNet無線采集終端經(jīng)RS485與各種電子式電能表相連；

②帶上行信道、下行信道的集中器，上行信道為GPRS通訊，下行信道為RobuNet無線信道，通過下行信道對網(wǎng)內(nèi)各類電能表進行抄收、管理，并經(jīng)上行GPRS信道與后臺主站交換數(shù)據(jù)；

③用戶側前置機（或稱網(wǎng)關，經(jīng)GPRS與集中器相連）、數(shù)據(jù)庫服務器、自動抄收服務器等。

3.3.2 架構圖

圖2 基于RobuNet技術的網(wǎng)絡系統(tǒng)架構圖

3.3.3 組網(wǎng)方式

為了實現(xiàn)用電信息及時、完整、準確的采集，滿足用電管理部門對基礎數(shù)據(jù)和增值服務的要求，結合無線通訊技術的自身特點和實際環(huán)境，通過以下ABC三種組網(wǎng)方法，以適應現(xiàn)實情況的復雜性、多變性和成本管理的要求。ABC三種組網(wǎng)方法如下所示：

A單表模式：集中器+網(wǎng)絡電能表（帶無線信道的各種電能表）；

B采集器或半無線模式：集中器+無線采集器+電能表（帶RS485接口的各種電能表）；

C混合模式：集中器+網(wǎng)絡電能表+無線采集器+電能表（帶RS485接口的各種電能表）。

3.4 RobuNet技術應用的優(yōu)勢

從以上內(nèi)容可以看出，采用RobuNet組網(wǎng)技術構建的低壓集中抄表系統(tǒng)具有以下幾個優(yōu)勢：

圖3 RobuNet網(wǎng)絡應用位置圖

①系統(tǒng)安裝、調(diào)試方便，施工工程量小，實用性強，便于大量推廣使用。

②系統(tǒng)具有極高的抗干擾能力、穩(wěn)定可靠，后續(xù)維護工作簡單、方便。

③對應用環(huán)境具有更好、更廣泛的適應性，適合用于不同的臺變環(huán)境。

④具有良好的實時性，不僅可以完成定時的抄收、抄讀，還可以實現(xiàn)實時的集抄、點抄、透抄。

⑤滿足實時監(jiān)測、未來增值服務的管理要求。

⑥良好的性價比。

4 結論

本文對RobuNet無線通信技術在智能電網(wǎng)中的應用情況進行了概述，并在低壓抄表系統(tǒng)中對技術從原理、特點、優(yōu)勢、系統(tǒng)架構、組網(wǎng)方式等角度進行了詳細分析，說明RobuNet無線通信技術在低壓抄表系統(tǒng)中能夠及時、完整、準確地提供用戶實時用電信息數(shù)據(jù)，提高智能電網(wǎng)的自動化、智能化程度和數(shù)據(jù)的準確度，推動RobuNet無線通信技術在智能電網(wǎng)中的快速發(fā)展，增強電力相關的社會效益。

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