基于無線中繼的遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)

李春海 陳洪雨 陳 賀 徐國林 常 振 衣忠科（石家莊科林電氣股份有限公司）

基于無線中繼的遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)

李春海 陳洪雨 陳 賀 徐國林 常 振 衣忠科
（石家莊科林電氣股份有限公司）

摘 要：隨著GPRS等無線公網(wǎng)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，無線通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和高效性已經(jīng)得到社會(huì)的廣泛認(rèn)可，但我國的無線公網(wǎng)還未實(shí)現(xiàn)100%全覆蓋，一些偏遠(yuǎn)地方和山區(qū)還存在通訊盲點(diǎn)，還有很多地方存在信號(hào)不好的狀況，致使有很多地方主站與集中器的通信成功率不高，從而致使系統(tǒng)的抄表成功率不高，達(dá)不到自動(dòng)化抄表的預(yù)期效果?；跓o線中繼實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)，采用無線中繼單元和無線網(wǎng)關(guān)，來解決GPRS信號(hào)覆蓋不到，存在通信盲點(diǎn)問題。通過這種策略將集中器抄收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS信號(hào)比較好的地方，使得主站與集中器之間通信順暢。

關(guān)鍵詞：用電信息管理系統(tǒng)；電力線載波；無線中繼；無線網(wǎng)關(guān)；用電管理終端

0　引言

在無線公網(wǎng)信號(hào)覆蓋不到的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程電力抄表，原有的集抄模式基本達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。在多年的開發(fā)理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，推出基于無線中繼遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)有重要意義。

1　基于無線中繼遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框圖

隨著GPRS無線公網(wǎng)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，無線通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和高效性已經(jīng)得到社會(huì)的廣泛認(rèn)可?；贕PRS模塊通信的自動(dòng)化抄表系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的無線通訊基站，不需重新鋪線，且抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率小。而且隨著無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時(shí)伴隨著數(shù)字化程度的提高，基于無線公網(wǎng)的自動(dòng)化抄表系統(tǒng)已經(jīng)成為電力管理的優(yōu)先選擇。

但不可否認(rèn)的事實(shí)是，我國的無線公網(wǎng)還未實(shí)現(xiàn)100%全覆蓋，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和山區(qū)還存在通訊盲點(diǎn)，還有很多地方存在信號(hào)不好的狀況，使得有很多地方主站與集中器的通信成功率不高，從而致使系統(tǒng)的抄表成功率不高，達(dá)不到自動(dòng)化抄表的預(yù)期效果。

由于無線公網(wǎng)信號(hào)缺失或不良導(dǎo)致一些地方的集中器與主站通信效果不好，因此經(jīng)常需要工程人員到現(xiàn)場去排查問題，甚至根本無法解決該問題，因而還需要人工抄表，這樣既嚴(yán)重浪費(fèi)了人力和物力，又無法真正地實(shí)現(xiàn)集中抄表的功能。

由于這些原因，事實(shí)上在很大程度減小了基于無線公網(wǎng)的集抄系統(tǒng)的使用范圍，同時(shí)使一些已經(jīng)使用中的集抄系統(tǒng)根本達(dá)不到其設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了在無線公網(wǎng)信號(hào)覆蓋不到的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)集中抄表，提出了基于無線中繼實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)的方案（見下圖），系統(tǒng)包括用戶電表、采集器、集中器、無線中繼器、主站。主站中設(shè)置無線公網(wǎng)傳輸模塊，系統(tǒng)增設(shè)了無線中繼單元和無線網(wǎng)關(guān)，集中器和中繼單元中設(shè)置無線傳輸模塊，無線網(wǎng)關(guān)中設(shè)置無線傳輸模塊和無線公網(wǎng)通信模塊；集中器與中繼單元、中繼單元之間、中繼單元與無線網(wǎng)關(guān)通過無線傳輸模塊聯(lián)接，無線網(wǎng)關(guān)與主站通過無線公網(wǎng)通信模塊聯(lián)接，集中器經(jīng)過一個(gè)或幾個(gè)中繼單元以及無線網(wǎng)關(guān)與主站聯(lián)接。

圖 基于無線中繼遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

2　功能實(shí)現(xiàn)

2.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層的功能實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層作為系統(tǒng)最基本的部分，保持現(xiàn)有基本模式，采用采集器或者是電力載波表。

采集包括正向有功的尖峰、峰、平、谷電量，組合有功、電壓、電流、功率因數(shù)、剩余金額、剩余電量等信息，為主站系統(tǒng)提供足夠的電能量信息作分析與統(tǒng)計(jì)之用。

2.2 通訊層的功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)用電管理終端附近的GPRS信號(hào)無法滿足通信要求時(shí)，原有的設(shè)計(jì)就無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集功能，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，提出了采用無線中繼來作為通信介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。2.2.1 中繼器的選擇

微功率無線技術(shù)是當(dāng)前廣泛使用的技術(shù)，其特點(diǎn)主要有不受電力線干擾、通信相對(duì)距離長、穿透力強(qiáng)以及穩(wěn)定性好等。大多數(shù)情況下，集中器需要傳輸?shù)木嚯x不是很遠(yuǎn)，因此優(yōu)選采用微功率傳輸模塊進(jìn)行傳輸。當(dāng)需要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可以使用數(shù)傳電臺(tái)。

2.2.2 中繼單元的搭建

目前廣泛使用的微功率傳輸模塊有WiFi模塊、藍(lán)牙模塊、zigbee模塊等，WiFi傳輸距離相對(duì)更遠(yuǎn)些，本實(shí)施例中使用WiFi模塊。GPRS是最早應(yīng)用的公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，雖然傳輸速率不及3G和4G技術(shù)，但電力抄表本身傳輸?shù)男畔⒘坎欢啵緦?shí)例中，無線公網(wǎng)通信模塊使用GPRS通信模塊。

系統(tǒng)設(shè)無線中繼單元和無線網(wǎng)關(guān)，集中器和中繼單元中設(shè)置無線傳輸模塊，無線網(wǎng)關(guān)中設(shè)置無線傳輸模塊和無線公網(wǎng)通信模塊；集中器與中繼單元、中繼單元之間、中繼單元與無線網(wǎng)關(guān)通過無線傳輸模塊聯(lián)接，無線網(wǎng)關(guān)與主站通過無線公網(wǎng)通信模塊聯(lián)接，將通信無線延長到了GPRS信號(hào)能夠滿足通信要求的位置。

該應(yīng)用多在邊遠(yuǎn)偏僻地區(qū)，中繼單元和無線網(wǎng)關(guān)大多工作在室外，供電線路需要另行鋪設(shè)，增加施工難度和成本。所以本實(shí)例中，中繼器和無線網(wǎng)關(guān)配套太陽能發(fā)電設(shè)備。中繼器和無線網(wǎng)關(guān)由于采用微功率傳輸模塊，并且不需要連續(xù)工作，因此功耗都不會(huì)太大，使用太陽能發(fā)電設(shè)備可以滿足使用要求。但太陽能發(fā)電設(shè)備不穩(wěn)定，發(fā)電量及蓄電池的儲(chǔ)電量隨天氣變化很大，因此增加蓄電池電量檢測單元，當(dāng)設(shè)備需要工作時(shí)檢查電量，判斷是否滿足功耗需求來決定是否開啟設(shè)備，避免傳輸中斷等情況的發(fā)生。有些情況下，只需要一個(gè)中繼單元和無線網(wǎng)關(guān)，如集中器位于地下室，將信號(hào)從地下傳到地面即可，因此可以將無線中繼單元和無線網(wǎng)關(guān)設(shè)置為一體。

無線網(wǎng)關(guān)設(shè)置在GPRS信號(hào)良好的位置以保證與主站的通信，中繼單元設(shè)置在既能保證與集中器通信又能保證和無線網(wǎng)關(guān)通信的位置。當(dāng)中繼單元在保證與集中器通信的情況下不能與無線網(wǎng)關(guān)通信時(shí)，可以設(shè)置多個(gè)中繼單元，中繼單元的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境來決定。最終將集中器抄收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS信號(hào)比較好的地方，這樣才能使得主站與集中器之間通信順暢。

2.3 系統(tǒng)主站層的功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主站層是頂層設(shè)計(jì)，采用模塊設(shè)計(jì)。主站通過GPRS向無線網(wǎng)關(guān)下發(fā)命令，無線網(wǎng)關(guān)收到從主站下發(fā)的命令之后通過微功率傳輸模塊將該命令向中繼單元轉(zhuǎn)發(fā)，而中繼單元收到數(shù)據(jù)幀之后不對(duì)數(shù)據(jù)幀做處理即轉(zhuǎn)發(fā)出去；集中器通過微功率傳輸模塊進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)幀。信息的上傳與上述路徑相同，方向相反。

3　結(jié)束語

基于無線中繼遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)是在GPRS通信無法完全覆蓋的實(shí)際情況下最好的實(shí)現(xiàn)方案，可以有效地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和管理水平，能夠更好地服務(wù)于國家電力。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張建華, 金廣峰. 基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)[J]. 科技廣場, 2007(3).

收稿日期：（2015-04-28）