智能電能表用電信息采集方案分析與比較

何雅蜜

（國網(wǎng)湖南省電力公司常德德山分公司 湖南常德 415000）

1 引言

智能電能表用電信息采集系統(tǒng)是拓展電力市場、提高服務(wù)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，不僅能夠自動采集和檢測用電信息，而且還可以對電能質(zhì)量進行檢測，對用電情況進行分析管理。而智能電能表信息采集功能是實現(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)，因此加強該方面的研究意義重大。

2 智能電能表本地通信的主要方式

2.1 電力線載波技術(shù)

電力線載波技術(shù)主要依靠電力線實現(xiàn)對數(shù)據(jù)和信號的傳遞通信，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力網(wǎng)通信領(lǐng)域。電力線載波通信又被稱為電力載波通訊，簡稱PLC，在實際應(yīng)用中，其能夠有效利用電力線，以載波形式很好的實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高速傳輸。與此同時，PLC技術(shù)是電力系統(tǒng)中比較獨特的通信形式，應(yīng)用范圍比較廣泛。新時期，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，電力線載波技術(shù)將會發(fā)展的越來越成熟。

電力線載波技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主要有幾點：①在實際應(yīng)用中，能夠有效減少由于信道時間彌散性所造成的不良影響，而且可以盡量避免通信作業(yè)受到信道干擾；②通過分配突發(fā)性干擾信道的方式，可以將突發(fā)性干擾轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機性干擾，對信號進行糾錯和回復(fù)，削弱信道衰弱帶來的不利影響；③有利于抵抗窄帶造成的不利影響；④電力線載波設(shè)備安裝便捷，鋪設(shè)快速方便；⑤能夠為電力管理提供有利的傳輸通道，以更好的實現(xiàn)電力、圖像綜合業(yè)務(wù)、話音以及數(shù)據(jù)傳輸通信技術(shù)。

2.2 微功率無線技術(shù)

我國在微功率無線技術(shù)方面的研究起步較晚，美國、以色列在該方面的研究已經(jīng)比較成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。微功率無線技術(shù)通信距離會受到芯片穿墻能力的影響，另外，在實際應(yīng)用中，應(yīng)該加必要的中繼器和設(shè)計自動調(diào)頻機制。在實際工程施工中，如果電能表安裝分布比較分散，則可以采用微功率無線技術(shù)。

微功率無線技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點在于以下幾點：①在空曠地帶也可以實現(xiàn)與距離傳輸；②很容易覆蓋整個小區(qū)；③信息傳遞速度快，組網(wǎng)便捷；④相關(guān)設(shè)備安裝便捷，維護方便；⑤比較容易受到外界電磁場的影響。

2.3 RS485總線技術(shù)

通常情況下，在實際應(yīng)用中，RS485總線通訊電纜可以使用雙絞線，如果施工要求比較嚴格，則為了確保通訊的安全性和可靠性，可以使用屏蔽電纜。在具體的施工過程中，對于主站和從站之間的連接，可以使用如圖1所示的連接方式。在接線作業(yè)中，應(yīng)該堅持通訊信號“正接正、負接負”原則。通常情況下，主站指的是上位機，而從站可以設(shè)置多個設(shè)備，包括PLC、智能儀器等等。值得注意的是，如果使用屏蔽電纜進行通訊連接，則要求屏蔽電纜一端接地，另一端懸空處理。

RS485總線技術(shù)的有點在于以下幾點：①RS485總線的邏輯值為“1”時，正、負 2 根信號線之間的電壓差為+（0.2～6）V，電平信號電壓較低，不會對接口芯片電路構(gòu)成破壞；②在實際應(yīng)用中，信息數(shù)據(jù)的傳輸速度較快；③具有特殊的接口電路，使其具備較高的抗干擾能力；④信息傳遞距離較長，而且可以設(shè)置多個從站。

3 智能電能表用電信息采集方案

3.1 方案1：全載波方式

全載波方式主要適用于具有載波功能的智能電能表中，在實際應(yīng)用中，還應(yīng)該安裝有帶載波模塊Ⅰ型集中器，目前，該技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。通過電力線載波，智能電能表能夠與Ⅰ型集中器進行通信作用，電力線載波通信距離約為1km，通過無線公網(wǎng)GPRS設(shè)備，Ⅰ型集中器可以與采集系統(tǒng)主站實現(xiàn)通信作用，具體的通信方式如圖1所示。

圖1 全載波通信方式示意

全載波方式結(jié)構(gòu)形式簡單、安裝便捷、在實際應(yīng)用中維護設(shè)備較好，而且不容易受到外界環(huán)境因素的干擾，因此應(yīng)用范圍廣泛。但是，隨著電器使用年限的增長和不斷老化，載波通信效果可能會受到不良影響。

3.2 方案2：全無線方式

全無線方式主要適用于具有無線功能的智能電能表中，在具體的應(yīng)用中需要安裝有無線模塊的Ⅰ型集中器設(shè)備。通過微功率無線技術(shù)，可以實現(xiàn)智能電能表與Ⅰ型集中器的通信，通過無線公網(wǎng)GPRS設(shè)備，Ⅰ型集中器能夠與采集系統(tǒng)主站實現(xiàn)通信作業(yè)。

全無線方式具有通信速率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷、通信穩(wěn)定等有點，但是在實際應(yīng)用中，需要引出天線，所以要加強對于天線的檢查維護，采取有效措施進行遮擋。

3.3 方案3：半載波方式（采集器＋電力線載波）

半載波方式用電信息采集需要采集器以及帶載波模塊設(shè)備的輔助。通過RS485，電能表可以與采集器實現(xiàn)通信，而采集器可以通過電力線載波以及Ⅰ型集中器進行通信，其中，Ⅰ型集中器又可以通過GPRS與采集系統(tǒng)主站實現(xiàn)通信，通信方式如圖2所示。

圖2 半載波通信方式示意

與全載波方式相比，半載波方式的采集成功率更高，但是在實際安裝過程中，由于其需要與RS485總線以及采集器相連接，因此，安裝要求較高，而且后期維護也比較復(fù)雜繁瑣，同時還會受到設(shè)備的使用情況以及使用時段的影響。

在實際應(yīng)用中，低壓電力線載波通信距離最高可達1km，而通過RS485進行通信時，其點對點的最高通信距離也約為1km，然而，隨著RS485線路中節(jié)點數(shù)量的逐漸增多，最高通信距離也會逐漸縮短至300m以內(nèi)。

3.4 方案4：半無線方式（采集器＋微功率無線）

半無線方式用電信息采集需要采集器、帶無線模塊設(shè)備的輔助。在實際應(yīng)用中，智能電能表可以通過RS485與采集器之間形成通信，而采集器可以通過微功率無線與Ⅰ型集中器進行通信，Ⅰ型集中器則可以通過無線公網(wǎng)GPRS與采集系統(tǒng)主站實現(xiàn)通信，具體的通信方式如圖3所示。

圖3 半無線方式示意

與全無線方式相比，該方案可以的采集成功率更高，但是安裝工序復(fù)雜、維護難度較大，微功率無線通信最遠距離為1km，而RS485的最高通信距離為300m以內(nèi)。

3.5 方案5：Ⅱ型集中器

Ⅱ型集中器方案需要無交采功能設(shè)備，通過RS485，智能電能表可以與Ⅱ型集中器進行通信，通過無線公網(wǎng)GPRS以及采集系統(tǒng)主站，Ⅱ型集中器可以實現(xiàn)與采集系統(tǒng)主站之間的通信。在實際應(yīng)用中，Ⅱ型集中器的覆蓋半徑約為300m。與半無線方式以及半載波方式相比，該方案的通信效率更高，但是由于需要大量的集中器設(shè)備，因此信息采集成本較高。

4 采集方案比較分析

上文所述5個方案的比較結(jié)果如表1所示。

表1 智能電能表信息采集方案比較

在上述方案中，方案1、3應(yīng)用范圍最為廣泛，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)用電信息采集應(yīng)用中，而且技術(shù)也比較成熟，缺點在于在實際應(yīng)用中，比較容易受到電網(wǎng)質(zhì)量、通信塑料等因素的制約。方案2、4的通信成功率較高，因此建議可以在農(nóng)村平底等地區(qū)設(shè)立試點工作。方案3、4、5主要使用RS485通信方式，信息采集率較高，而且方案5還可以省略采集器和集中器之間的通信，通信速率較高，但是所需的集中器數(shù)量也較多，因此日常維護難度較大。

5 結(jié)語

綜上所述，依據(jù)智能電能表的通信方式的不同，本文主要分析了電能表用電信息采集的5種方案，即“電力線載波＋GPRS”、“微功率無線＋GPRS”、“RS485＋電力載波”、“RS485＋微功率無線＋GPRS”以及“RS485＋GPRS”。5 種方案各有優(yōu)缺點，因此在實際應(yīng)用中，應(yīng)該綜合考慮電能表的實際運行情況以及施工環(huán)境，統(tǒng)籌規(guī)劃，并且積極探索用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)新途徑。

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