（电气工程专业论文）低压远程集中抄表系统.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t l o w - p r e s s u r ec e n t r a l i z e dr e m o t em e t e rr e a d i n gs y s t e mi so n e s y s t e mt h a tm a i ns t a t i o nc h a n n e lc o p i e sc o n c e n t r a t e dr e a d i n gd a t e ( p o w e rl i n ec a r r i e r ，u t i l i t yc a b l e ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k , e t c ) b ya l l o c a t i n g u n d e rt h ev a r i o u st y p e so fv a r i a b l ee l e c t r i c m e t e r i n ge q u i p m e n tt a b l eo rt h ee l e c t r i ce n e r g yv a l u eo ft h e i n f o r m a t i o nr e c o r d e d t h es y s t e mi sm a i n l yc o l l e c t e df r o mu s e r so f e l e c t r i cp o w e re n e r g yf o r m so fi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e r m i n a l s ， c o n c e n t r a t o r , m a s t e rs t a t i o n ，c o m m u n i c a t i o nc h a n n e la n do t h e r c o m p o n e n t s ，d a t aa c c e s s c a nb et r a n s m i t t e dt or e m o t e m a s t e r c o m p u t e r , a n da d o p tc o r r e s p o n d i n gi n t e r f a c ew i t ht h em a r k e t i n g s y s t e mt oa c h i e v es e a m l e s sc o n n e c t i v i t y , r e a l t i m et r a n s m i s s i o no f d a t a ，p r o v i d i n ga n a l y s i st op u tf o r w a r du n d e r l y i n gd a t as o u r c e sf o ra c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fe n e r g yc o n s u m p t i o n c o m b i n a t i o nw i t h c h i n a s p o w e rm a r k e t w i t ht h es t a t l l sa n dd e m a n d so ft h e m e t e r - r e a d i n gs y s t e m ，t h ef o l l o w i n ga s p e c t sw e r es t u d i e da n d a n a l y z e di nt h i sp a p e r ： f i r s t ，b a s e do na n a l y s i so fs e v e r a la s p e c t s o fn e e d so f u s e r s ， t h e p o w e ri n d u s t r ym a r k e t ，l a w sa n dr e g u l a t i o n s ，a n dp o w e r m a n a g e m e n ta n dd e v e l o p m e n t ，i tc o m e so u tt h a tc o n c e n t r a t e d m e t e r - r e a d i n gs y s t e m w i l lp l a ya ni r r e p l a c e a b l er o l ei nt h ef u t u r e a p p l i c a t i o no f t h ee l e c t r i c i t yf i e l dw i t hv e r yg o o dp r o s p e c t s s e c o n d l y ，b yt h ec o m p a r eo fd i f f e r e n tf o r m so fa u t o m a t i cm e t e r r e a d i n gs y s t e m s ，i n c l u d i n gt h et e c h n i c a la n de c o n o m i cc o m p a r i s o n ， t h e i rr e s p e c t i v ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa r es u m m e d u pi nt h i s p a p e r a c c o r d i n gt o d i f f e r e n te n v i r o n m e n t ，n e e do fu s e r s ，i ti s n e c e s s a r yt oa d o p td i f f e r e n tc o m b i n a t i o n so fs y s t e ma st oa c h i e v e t h ep u r p o s e so f c o n s e r v a t i o no f r e s o u r c e sa n di m p r o v i n ge f f i c i e n c y 1 1 浙江大学硕士学位论文 1 1 1 i r d t h ep a p e r a n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ep o w e r i n d u s t r ya n ds t a t u so f t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ；i np a r t i c u l a r ，i nt h e c o n d i t i o no f g e n e r a lu p g r a d i n ga n dt r a n s f o r m a t i o no fc u r r e n tp o w e r i n d u s t r ym a r k e t i n gs y s t e m ，r e q u i r e m e n t so f m e t e rr e a d i n gs y s t e m m u s tb ea l s oi nt h es i m u l t a n e o u sa c c e s s i nt h ed e s i g no f m a i np o i n t s ， f o c u so nt h ef u n c t i o n a l i t yd e l i v e r e do p t i m i z a t i o n ，a n db ys u b - m o d u l a rd e s i g ni d e a s ，d e e pr e s e a r c ha n ds t u d yh a sb e e nc a r r i e do n t h es t r u c t u r eo f s y s t e ma n dd e s i g no f t h ed a t a b a s ea n ds oo n ，s ot h a t t h ed e s i g nh a sh i g hr e l i a b i l i t ya n dp r a c t i c a lv a l u e w i t ht h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fd i s t r i c ti n t e l l i g e n c ea n d c h a n g eo fp e o p l e sc o n c e p t ，t e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n so fl o w - p r e s s u r e c e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n gn o to n l ys o l v e st h ed i f f i c u l t yo fm e t e r r e a d i n gd e p a r t m e n t ，c h a r g i n gt h a tf a v o r sas e r i e so fi s s u e ss u c ha s m e t e rr e a d i n g ，b u ta l s oi tc a nm a k et i m e l ya c c e s st oe l e c t r i c i t y ， e n e r g yd e m a n da n d1 0 a d c u r v ei n f o r m a t i o no ft h el o w - p r e s s u r e t i m e s h a r i n gu s e r s ，u n d e r s t a n d s t a t eo fl i n e s ，r a t i o n a l i z eo ft h e d i s t r i b u t i o no fe l e c t r i c i t y ，a n dr e d u c i n gl i n el o s s e s t h e r e f o r e ， r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fl o w - p r e s s u r ec e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n g ， n o to n l yp r o v i d e daf a v o r a b l et e c h n i c a lm e a n sf o ru s e r so fl o w p r e s s u r e ，b u ta l s ob r i n gh u g ee c o n o m i cb e n e f i t s f o rt h ep o w e r i n d u s t r y w i t hav e r ys t r o n gs e n s eo f p r a c t i c a l i 够 k e y w o r d s ：c e n t r a lm e t e rr e a d i n g ，t h em a i ns t a t i o n ，c o l l e c t o r ， c o n c e n t r a t e ，c h a n n e l ，m a r k e t i n gs y s t e m l i 浙江大学硕士学位论文 第一章前言 随着电力工业的飞速发展和深化改革，我国将在2 0 0 0 2 0 1 0 年实现全国联 网、统一调度、厂网分开，完成城网和农网改造，实现全国城乡电网同网同价， 建立竞争有序的电力市场，与国际先进的电力工业管理体制接轨。 城乡电网改造工程为我国电力工业改革，调整电力结构奠定了坚实的基础， 为实现全国城乡电网同网同价，提高居民生活用电量及全国电网互联提供了前提 条件。大电网的互联是世界各国电网发展的共同经验。美国、日本、西欧等发达 国家早已实现了电网互联。印度这样严重缺电的发展中国家也在实施全国联网。 我国实现联网将获得诸如错峰、水火调剂、跨流域补偿，降低备用容量等巨大的 经济效益。但同时和网问电费的商业结算交日益复杂，原有的人工抄表，人工采 集处理数据的手工方式显然不能适应商业化电网电费结算的需要，必须采用抄表 自动化系统，随着电网自动化管理的逐步实施，除了网间采用自动化抄表系统， 各网对大用户和居民小区逐步采用抄表系统，因为人工抄表效率很低，不利于电 力系统减员增效工作的进行。在这种情况下，采用方便实用的远程集中抄表系统， 通过电力线、电话线、宽带网或专用通讯线路，利用高科技手段实现快速、准确 远抄或集抄工作对用电管理部门来说意义十分重大。 为满足居民对生活用电的需求，不断提高供电服务质量，电力企业正在对城 填居民用户实施一户一表工程，以提高用户用电的安全可靠性和收费的准确、合 理性。一户一表的实施给电力企业增加了大量的工作量，一个中等城市户表数可 达数十万台之多，除配电线路改造外，更有大量的抄表收费工作。如靠抄表员每 月登门抄表既要化费大量的人力和时间，给用户带来诸多不便，而且抄录的数据 在时间上离散性大、准确度低，给用电管理带来很大困难。人工抄表不但工作量 大，也不便于电力管理部门进行全面准确的生产经营的统计、分析、线损计算、 电量平衡、负荷率计算等。随着电力市场化改造的深入，电力系统的安全经济运 行已进入一个新的阶段，供电企业的生产经营活动，各行管理工作的现代化水平 直接影响到企业的效益，成为供电企业超一流企业的标志。目前大量存在的人工 抄表提供原始数据的方法，已远不能适应现代化管理的需要。由于电作为一种特 殊产品，其产、供、销都是即时发生，夜晚用电低谷时采取降低电费的措施以鼓 浙江大学硕士学位论文 励多用电，有助于发供电量平衡，浙江省电力公司发文，无论农村还是城市居民 从2 0 0 7 年6 月1 起均可安装峰谷电表，实施峰谷分时电价。中国已逐步执行居 民用户峰谷分时电价，而集中抄表系统在不增加其他设备投资情况下，就能分时 记费。国家电网公司在有关城网改造的工作会议上多次提出了“要大力推行一户 一表，集中抄表，服务到户、收费与银行联网的要求”。为此就提出了远程集 中抄表的要求以提高电能管理自动化水平，促使电力营销工作迈入新的台阶。 1 1 低压集中抄表系统的现状 随着国家电力系统两网改造工作渐近尾声，“一户一表，管电到户”政策的 贯彻，用电网络急剧膨胀，使得供电企业对用电网络的管理任务日益加剧。如何 把庞大且分散的居民用电量及其它数据及时有效而且准确无误地收集、统计及分 析，成为供电企业一个迫切需要解决的问题。如果仅凭抄表工人挨家挨户地抄表， 不但会造成工作效率低，而且由于人工抄表所带来的漏抄、误抄、估抄，甚至抄 表人员同用电户合伙作弊，给供电企业带来不可估量的损失，因此供电企业需要 一种投资较少，安装及维护方便，通讯可靠，计量准确的电能表远程集中抄表解 决方案。 目前，我国有不少自动抄表系统已投入运行，但规模都不大，技术也在应用 中不断改进完善，主要有以下几种： 车载自动抄表系统：主要有抄表主机、发射天线和接收天线组成。用户端的 电表有自己唯一的编号，每个编号有两部分构成：一部分是该电表所在区域的编 号，另一部分是其在区域内的编号。抄表车按一定的线路行使，到达某一抄表区 域时，发出唤醒信号，被唤醒的该区域的所有电表便与此主机传送数据。传送完 毕后，主机再唤醒下一组电表。显然，这样的无线通讯方式最多只需两个频率通 道，一个做唤醒下一组电表n 。显然，这样的无线通讯方式最多只需要个频率 通道，一个做唤醒信号，一个用来传送数据。具有一定的局限性。 采用载波通讯技术通过输电线路实现通讯是电力系统持有的通讯方式，具体 又分电力线载波通讯、配电线载波通讯和低压用电线载波通讯等。在抄表系统中， 低压载波通信必须是双向的，这是因为：通信中继的需要，低太电网上丰富的噪 声是客观存在的，对载波信号所呈现出的阻抗也是动态的，而且在用电负荷很大 2 浙江火学硕士学位论文 时，阻抗是很小的。因此，设计通信时必须面对这个客观现实。再加上其它因素 的影响，数据通信的成功率会受到较大的影响，有时甚至会造成从集中器到表端 设备通信的持续性失败，这种情况下就需要系统有中继的功能，而切实可行的中 继方法是表端设备( 采集模块或采集终端) 在集中器的干预下进行中继3 ，这 就要求从集中器到表端的载波通信必须是双向的，否则将会影响数据的完整性， 有时会因为通信的原因迫使用户更换采集模块，其麻烦程度和经济损失是不言而 喻的。 在这样的自动抄表系统中，每个用户装设的电子式电度表就近与采集模块相 连接，采集模块采集的电量经交流电源线送出，抄表中心站的主机则定时通过低 压电力线路以载波通讯方式收集用户电表测得的电能数据信息。这类系统中具有 代表性的是英国远程自动抄表公司开发的低压电力载波通讯系统p o w e r n e t 。 该系统具有自动抄表( a m r ) 用户管理( d s m ) 和配电自动化( d a ) 等功能。 近年来，低压集中抄表系统以低压电力载波为主的技术发展迅速，一批科研 单位和生产企业积累了丰富的经验，已经是相对成熟的技术，并形成了一定的开 发、生产规模。为了促进该技术在低压集中抄表系统中得到规范使用和健康发展， 电力行业电测量标准化委员会发靠了d l , t6 9 7 - 1 9 9 9 低压电力用户集中抄表系 统技术条件，设立了低压电力载波检测站，制定了入网检测制度。但由于技术 的成熟性、人们的认识程度、各地区用户的数量、地理分布、系统的扩展兼容、 所期望达到的目标，通讯方式的选择与建设等方面的因素n “，低压集中抄表 系统一直没有得到电力公司大范围的推广应用。 1 2 经济效益分析 目前，我国的供电营业部门普遍采用的抄表方式为人工抄表，不可能做到对 所有电能用户抄收同一时刻的电能表读数和总电能表的计数，无论准确计算电网 的线损和表损，也很难进行负荷控制，对个别用户的窃电行为难以及时的发现并 加以有效的控制。 人工抄表工作流程如下。 1 人工抄表：各抄表员抄收责任区内每户电能表的计数，每名抄表员负责3 0 0 至5 0 0 户，抄收工作力时约5 至1 0 天： 2 擞据集中：班长将所有抄表员抄收的用电数据整理并汇总； 浙江大学硕士学位论文 3 数据库生成：录入员将汇总后的用户用电数据输入计算机，生成规定格式 的用户用电数据库； 4 统计核算：营业中心根据原始用户数据库、电价数据库和用户用电数据库 计算用户本月的电费，打印输出每户的电费收据，并进行电损计算以及相关的统 计工作； 5 、收费：各抄表员根据打印的电费收据逐户收缴电费。 在实际工作中，为减少工作量和缩短工作周期，抄表人员一般将上述1 和5 结合在一起完成，即每次入户收缴上个月电费的同时抄收本月的用电量。 供电营业部门使用上述传统的人工抄表方式存在诸多弊端，集中体现在以下 几个方面。 1 人工抄表工作需要大量的抄表人员，与当前我国电力部门正在推行的“减 员增效”方针相矛盾； 2 抄表周期长( 5 至1 0 天) ，效率低下，很难实现复费率分时电价的政策： 3 缺乏有效的监督机制，抄收准确率没有保证； 4 彳艮难实现预购电量和预付费，严重妨碍电力的正常商业化运行； 5 电损估算误差大，负荷控制困难。 因此，供电行业为了适应新形势下电能用户对供电服务质量的高要求和提高 自身的工作效率，采用现代化的管理手段，提高供电服务质量已势在必行。 自动抄表技术( a u t o m a t i cm e t e rr e x t a d i n g ) 是将数据的自动采集和传输与计 算机强大的数据处理功能结合在一起的一项新技术“3 ，而电力自动抄表就是 将自动抄表技术应用于供电营业的抄表工作中，变传统的人工抄表为计算机自动 抄表，其特点如下。 l 、物力资源的充分发挥。自动抄表系统投入使用后，可以随时获得用户的 各种运行数据，及时了解各个用户家电的运行情况和工作情况，从而对整个线路 和变电设备出现的故障及时进行维修，可以减少不必要的电量损失( 包括线损或 其他损失) ，它带来的不仅限于直接经济损失，实际上，其所带来的隐含的、间 接的经济利益则远高于直接带来的经济效益。比如线损一项，电力公司平均每年 约有几十万甚至上百万元的电力资金损失，如果再考虑到由此引起的设备损坏， 其数额就更大了，这主要是线路情况复杂，由于不能及时分析汇总各种线路运行 4 浙江大学硕士学位论文 数据，不能及时了解线损的情况和程度，影响了对线损情况的监督，因而未能及 时进行调度。根据其它电力局的经验，使用计算机进行信息管理后，可以减少线 损l o 以上。 2 、自动抄表系统的实施，可以节省人力的效益。自动抄表系统可节省几十 名至几百名工作人员，被如每个抄表员每月抄表1 0 0 0 户，每人年薪1 5 万元。 自动抄表系统可直接经济效益达几十至几百万元。 3 、自动抄表系统的实施使得电力公司的思维观念产生了改变，并提高了企 业管理的内在素质，从而对企业的生产、管理、经营的树立产生了良好的影响。 最早的电量统计都是由变电所手抄，并在月底上报调度，再形成各种形式的 电量报表，最后送到有关领导的手中。这种形式的电量统计消耗了大量的人力、 物力，电量数据也不及时，而且经常有人为错误。使用计算机收集、加工、存储、 传递生产经营管理信息可以完整、准确、及时地为企业提供决策依据，并改变了 手工处理速度慢、易出错、数据不统一、信息利用率低、信息流动滞后于生产经 营活动等情况，使宝贵的信息财富能够在生产经营中发挥重要的指导和控制作 用。 4 、辅助决策系统发挥重要作用。使用自动抄表系统，可使公司领导及时了 解全公司的生产经营状况，并借助专家辅助决策信息，有效地把握全公司发展方 向，指导全公司工作。管理人员主观能动性得到充分发挥。使用自动抄表系统改 善了管理人员的工作条件，减轻了工作强度，使他们可以利用更多的精力研究企 业管理方面的高层次问题，发挥主观能动性，不断提高管理水平和劳动生产率， 这是对人们传统管理观念进行的一次变革。 5 、充分发掘人力、物力和财力资源。使用自动抄表系统可以对设备、物资、 资金、人员进行管理，可以充分发挥资源优势，人尽其才，物尽其用。规范化管 理有益于企业的发展。管理信息系统本身的逻辑联系实际上是实际业务的过程的 反映，它以规范的、预定的程式运行，使业务处理过程标准化，避免了人主观的 随意性对企业管理产生的危害，对企业规范化管理有重大意义。 1 3 集中抄表系统的扩展和完善 随着社会主义市场经济的发展，电力市场的变化，用电结构也发生了相应的 浙江大学硕士学位论文 变化，给集中抄表工作提出了新的要求，供民企业要适应市场变化的要求，就要 加强配电和用电管理自动化，实现“营配合一”工作。作为技术管理手段之一， 集中抄表系统应该从以下几方面进行了扩展和完善： ( 1 ) 功能上实现远方抄表，实现电能表缺相、最大需量、功率因数、电压、 电流等参数的实时监控。 ( 2 ) 公用配电变压器、配电线路的各种运行参数( 开闭锁、线路上开关) 的监视控制。 ( 3 ) 配合计划用电做好削峰、填谷、负荷监控、负荷分析、负荷预测和负 荷平衡工作。 ( 4 ) 用于电价预测和电量的结算，配合电费电价计算，方便用户预购电量。 ( 5 ) 为报装提供所需运行资料，为配网运行管理提供数据，为用户需求侧 管理服务。 只有为用电管理部门和电力用户提供及时可靠、准确、完善的信息，才有充 分发挥集中抄表系统的作用。 浙江大学硕士学位论文 2 1 用户需要 第二章需求分析 身；一旱 斋水万忻 近几年，无论新建小区还是老社区改造，智能化程度都在不断提高，封闭式 物业管理、智能门警系统，个人私密性意识、安全意识的加强，都不希望受到陌 生人的打扰。一些不良分子假借抄表员、检修员名义，进入小区，踩点行窃，入 室抢劫，给广大业主带来心理恐惧。推广与普及低压集中抄表系统，深受千家万 户的欢迎。 2 2 市场需要 一户一表、农网改造已经结束几年了，人民生活水平的不断提高，房地产的 开发，使许多有条件的家庭拥有了第2 套、第3 套住房，居民用户在不断增加， 电力基础设施的建设，已经使电力供应由买方市场向卖方市场过渡，分时电价的 实施，使得电能量数据采集量成倍增加，电力营销部门迫切需要有效的手段，准 确、快捷地获得用户用电数据，低压集中抄表系统有着巨大的潜在市场，成功的 开发与推广，可以发展成为一个新兴的产业。 2 3 法律法规的要求 电力行业电测量标准化委员会发布了d l t6 9 7 1 9 9 9 低压电力用户集中抄 表系统技术条件，并设立了低压电力载波检测站，制定了入网检测制度，为低 压集中抄表系统提供了规范性要求，统一了产品的标准和入网管理制度，为该行 业的健康发展保驾护航。 低压集中抄表系统，可以根据需要设定日数据统计等功能，根据历史日数据， 能够自动判断异常用电信息，对违反电力法故意窃电的用户，无疑是增加了 一只监控眼。 7 浙江大学硕士学位论文 2 4 企业管理的要求 ( 1 ) 提高数据采集效率，降低营销成本，提高经济效益； ( 2 ) 实时采集数据，监控线路运行状况，及负荷曲线； ( 3 ) 通过数据统计，线损计算，为线路改造提供决策依据； ( 4 ) 通过数据统计，需量计算，为线路配变配电提供数据依据； ( 5 ) 通过用户信息统计，对逾期欠费的用户，可采取远程告警或断电操作； ( 6 ) 根据需要，可以预先设定，读取电能量数据之外的表计其他存储数据： ( 7 ) 避免人为因素造成的估算、错算、少算以及人情帐等； ( 8 ) 按时采集，避免超过结算期。 2 5 企业发展的要求 企业的良性发展取决于科学决策、现代化管理与持续增长的经济效益。 随着电力基础设施的建成运行，电力供应已经由买方市场向卖方市场过渡， 企业之间的竞争只是迟早的事，优质的产品、优质的服务将成为企业竞争的主要 内容之一。 电能量系统，可以提供各种统计数据和报表，为企业的科学决策，提供真实 有效的原始素材。采集数据的高准确性，可以与用户之间减少纠纷，提高服务质 量，同时节约人力资源，为企业的发展创造后劲。 综上所述，低压集中抄表技术已经得到很大发展，越来越成为电力行业实现 远程、实时用电管理、监控必不可少的手段。 浙江大学硕士学位论文 第三章集中抄表系统的运用及发展 3 1 集中抄表系统介绍 目前比较成熟的系统网络结构见图3 1 ，系统组成情况见表3 1 图3 1 系统网络结构拓扑图 浙江大学硕士学位论文 表3 1 典型的低压电能量集中抄表系统组成情况表 名称数量 配置方案 备注 前置机1p 4 标准配置 g p r s 、c d m 、无线数据电台、p s t n 、光 非远程自动采集系统， 通讯信道1 纤、以太网、r s 4 8 5 等任意一种可以省略 手持终端 n l 按每人1 台或每1 万用户l 台现场采集 按通讯信道配置上行 集中器n 2按每台片1 台 通讯接口 上行通讯信道与集中 采集终端n 3按每单元1 台，独立单户1 台 器配合 其他 n 5 附属设备接口转换设备等 3 1 1 集中抄表系统各部分主要通讯方式与功能描述 ( 1 ) 主机：安装运行电力营销系统软件( m i s 系统) ，负责相关的业务处理。 ( 2 ) 前置机：安装运行主台软件，管理用户表计信息和数据采集任务等， 采集后的数据转换、处理和初步分析，并与业务主机联网，能够通过各种信 道与集中器建立数据通讯，如：g p r s 、c d m a ，无线数据电台等无线信道，p s t n 、 光纤、以太网、r s 4 8 5 等有线专用信道。与手持终端可通过r s 2 3 2 交换数据。 ( 3 ) 手持终端( 抄表机) ：可以通过r s 2 3 2 直接与前置机接口通讯，从前 置机下装用户信息，现场可通过r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、无线射频、红外等，自动采 集集中器、采集终端、表计电能量数据，也可以人工输入电能量数据，具有 数据的统计、初步分析与处理，并将采集的数据传给前置机。 ( 4 ) 集中器：保存台片下的用户信息，下行通道与采集终端或表计( 总表) 建立通讯信道( 电力线载波、下行r s 4 8 5 、无线射频、宽带等) ，按任务采集 台片下的表计电能量数据，并具有一定时间段内的数据保存能力。上行通道 通过各种信道( g p r s 、c d m a 、无线数据电台、p s t n 、光纤、以太网、上行r s 4 8 5 等) ，可与前置机建立通讯信道，进行数据传输，与手持终端可通过r s 2 3 2 、 上行r s 4 8 5 、红外等) 进行通讯，交换数据，与手持终端通讯，可通过r s 2 3 2 、 r s 4 8 5 、红外等方式。多台集中器之间可以通过上行r s 4 8 5 连接，共享同一 1 0 浙江大学硕士学位论文 上行信道，与前置机或手持终端通讯。 ( 5 ) 采集终端：有独立的记忆单元和c p u 数据处理单元，可保存单元用户 信息，下行通道( r s 4 8 5 等数字接口) 与各种表计建立通讯信道，直接采集 表计电能量数据，也可以采集表计脉冲输出，转换为电能量数。上行通道通 过电力线载波、r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、红外等，与集中器或手持终端建立通讯信道， 输出单元用户表计电能量数据，采集终端在掉电情况下数据可长期保存。采 集终端具有中继功能。采集终端具有用户用电控制管理功能( 扩展) 。 ( 6 ) 其它设备：各种接口转换设备，如电流环转r s 4 8 5 ，r s 2 3 2 转r s 4 8 5 等。 3 1 2 电能量集中抄表系统功能 ( 1 ) 系统主站基本功能 主要包括抄收、校时功能、自诊断功能、事件日志等功能。 ( 2 ) 系统主站基本管理功能 主要包括授权管理、设备管理和参数设置、用户资料管理、采集管理、电量 管理、数据库管理、统计分析、异常监测、查询管理等功能。 随着电力营销管理现代化的需要，可以预见今后的集中抄表( 管理) 系统将不再 是一个单独的数据抄表系统，更应该是一个营销管理与实时监控集成的系统，这 一点在目前世界各国的抄表系统发展中都已经得到证明。 3 2 低压集中抄表系统主要技术指标 3 2 1 数据采集成功率 ( 1 ) 载波方式：一次抄读成功率不小于9 5 ( 与当地电网环境、操作时间 段有关，一般夜间抄读成功率远远高于白天) ； ( 2 ) g p r s c d m a ：一次采集成功率不小于9 8 ( 与当地g s m 网络环境有关) ； ( 3 ) 有线方式：1 0 0 ；采集数据准确率：不小于9 9 。 3 2 2 电表兼容性 系统能接入不同厂家不同类型的电能表，主站、集中器具有兼容不同类 型表计的能力，根据现场需要和表计不同，提供合适的采集终端。 浙江大学硕士学位论文 3 3 系统各部分接口分析 3 3 1 采集终端 ( 1 ) 与表计的下行接口；采用r s 4 8 5 或脉冲信号，成熟可靠，方案简单 可行。 ( 2 ) 与集中器的上行信道：采用电力线载波通讯、r s 4 8 5 、无线射频、小 区宽带网等。从经济成本、施工方面考虑，选择电力线载波通讯最合适，通 讯信道不需要建设。 ( 3 ) 我国是一个幅员辽阔，地域分散，经济发展高低参差不齐的国家， 因为经济、地域等原因，在很长时间现场可能都会有多种类型表计存在，安 装方式和位置也会各不相同- 9 1 。根据现场表计类型和安装位置不同，采集 终端和表计之间主要归纳为以下几种接口形式，如下图所示： ( 脉冲表：一表一采集模块) cr s 4 8 5 接口袭：一表一采集模块) 图3 - 3 1 分散型用户接口形式 ：里l 里l 垦 ( 接层均为r s 4 8 5 耪口襄= 一寰一采l 穰块， 垦l 里l 垦 ( 接层为混合表= 一衰一采集谯块， 图3 3 2 分层独立安装的用户接口形式 圈圈 浙江大学硕士学位论文 图3 3 3 集中安装的用户接口形式 3 3 2 手持终端( 抄表机) 采用r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、红外通讯等。对安装在防盗门内或位置较高的采集 终端、集中器，红外通讯具有优势，不需要接通讯电缆线，通讯距离远，但 在阳光直射的场合下，红外通讯的可靠性会大幅度下降。 3 3 3 集中器 同一台片下，一般安装一台集中器。 ( 1 ) 与采集终端的下行信道：等同采集终端与集中器的上行接口。 ( 2 ) 与手持终端的上行信道：等同采集终端与手持终端的上行接口。3 3 与主台直接通讯的上行信道：可选择g p r s 、c d m a 、无线数据电台等无线网络、 或p s t n 、光纤、以太网、上行r s 4 8 5 等有线线路。多台集中器可以通过r s 4 8 5 连接后，共用同一个上行信道与主台连接，采用r s 4 8 5 连接组网，集中器必 须采用防雷击技术，以增强系统适应不同季节、不同地域的能力。 集中器与主台通讯的上行信道，选择很多，不同信道之间的性能差别也很大， 目前主要采用p s t n 、g p r s 、c d m a 等方式。p s t n 方式工作最可靠，使用也最为广 泛。但是最近几年随着移动和联通网络的不断完善，g p r s 和c d m a 通讯方式已经 得到越来越多的应用，相对于无线数传电台工作方式，g p r s 和c d m a 方式充分利 用现有的移动网络，无需硬件维护，安装方便灵活，无需较大费用投入，随着无 线应用越来越广泛，数据通讯费用也越来越低廉”“3 。随着i p 时代的到来和 将来3 g 网络的建设，无线传输方式将会得到更加广泛的应用。 浙江大学硕士学位论文 3 4 低压集中抄表系统的分类 目前，投入使用的低压集中抄表系统，最常见的有以下几种： 3 4 1 上层通讯 按通讯信道分，有无线通讯和有线通讯两种。 ( 1 ) 无线通讯最常见有g p r s 、c d m a 、无线数据电台三种。 g p r s 、c d m a 是基于g s m 网的数字蜂窝移动通信网络，通讯速率高达 1 1 5 k b p s ，网络已覆盖全国，无需重建基站，技术成熟，投资少，已被广泛 使用，但通讯的成功与可靠性，受g s m 网络商的资源限制( i p 资源) ，运行 成本按通讯流量计算，如选择“永久在线”方式长期运行。”冽，费用也是一 个问题。 无线数据电台，需要建立固定或移动基站，并申请频点使用权，前期投 入费用较大，但除了设备维护外，基本不需要其他通讯费用。在我国许多地 区的电力部门，都已经有了专用的无线通讯基站和频点，如江苏电力公司。 无论g p r s 、c d m a 还是无线数据电台，对于分散或偏远的集中器，利用 无线方式进行数据通讯是一种合理的选择。使用这三种通讯方式的集中器， 硬件成本基本差不多。 ( 2 ) 有线通讯最常见有p s t n 、光纤两种。 p s t n 是利用现有电话网+ m o d e m 方式进行数据通讯，由于电话在城镇 的已经十分普及，资源丰富，传输速率可达5 6 k b p s ，投资最少，在低压集中 抄表系统中，曾被广泛使用。但需要申请固定电话，在部分偏远的地方，没 有电话线路，加上固定电话只能被动应答，费用特低，电信部门往往不感兴 趣，目前使用p s t n 的方式，已经越来越少。 光纤通讯具有频带宽、传输速率高、传输距离远和抗干扰能力强的特点， 许多要求比较高的通讯，都使用光纤方式。但敷设光缆的成本高，工程量大， 在低压集中抄表系统中，一般都是利用现有的光纤线路，特地敷设光缆的情 况不多见。 3 4 2 底层通讯 按通讯式方分，有总线和电力线载波两种。 目前采用的总线方式主要有4 8 5 总线，c a n b u s 总线，l o n w o r k s ，m b u s 浙江大学硕士学位论文 总线、自制总线等。采用专用总线通讯信道稳定可靠，可以不受台交限制， 数据传输速率较高，数据安全性较好，但是需要架设专用线路。 电力线载波是以电力线作为通讯线路，各分散的终端设备以电力线为传 输载体进行数据传输。通讯信道节点多，虽然传输速率不高，但是安装方便 简单，适合同一台变下各终端设备之间的连接。 由于电力线本身就属于电力部门，电力线载波不需要再投资铺设通讯线 路，可节约资金投入，具有维护量小、通讯接口简单等特点，被广泛采用。 3 5 电力线载波 3 5 1 低压电力线的基本传输特性及通信技术 简单的说，影响电力线载波传输质量主要有两个因素：一个是电力网络的阻 抗特性及其衰减，另一个是噪声的干扰。第一个因素制约着信号的传输距离，第 二个因素决定着数据传输的质量。 低压电力网的噪声干扰主要由配电变压器和用户装置产生。噪声基本来源 为：通用交、直流两用电机，带有可控硅的调光装置，电视接收机等。这些设备 产生的背景噪声包括：随机噪声、平滑频谱噪声以及工频谐波噪声等。 以上可以看出，载波传输系统所处的环境是很恶劣的，所以应采取某些措施 消除噪声，特别是脉冲噪声对数据传输的影响。 到目前为止，国内厂家生产的载波采集模块大部分是基于f s k 调制技术的， 部分厂家使用的是扩频技术。 相对于采用扩频技术的模块而言，基于f s k 调制的采集模块的优点是成本 较低，实现比较容易，但其缺点也比较明显，即抗噪声干扰和抗谐波能力相对较 差。 对于采用扩频技术的采集模块，由于采用具有宽带传输特征的扩频通信技术 3 - 2 ”，使得系统在抗干扰能力方面有了较大幅度的改进，使得抄表系统的可 靠性得到了一定程度的提高。 实践证明，为适应不同电网结构、不同居民区、以及不同时间剧烈变化的负 荷的实际要求，不论是f s k 调制，还是扩频调制的电力线载波系统，都必需针 浙江大学硕士学位论文 对具体情况，通过接力或加大功率( 在允许的范围内) 等措施延长传播距离和提高 传输可靠性，以实现全天候可靠的电表数据抄收。 3 5 2 单表载波模块的载波抄表系统 单表载波模块的载波抄表系统指每块表内均安装一块载波采集模块，每个采 集模块完成电量的数据采集计算，并通过低压电力线与设在变压器副边侧的集中 转发器进行通信。系统由主站、信道、载波集中器、载波电能表构成。 主信道( 上行) 一般采用公用电话网( p s t n ) ，集中器与载波电能表之间( 下行) 采用低压电力线载波。该载波电能表是由电能表加载波模块组成。其主要优点： 充分利用电力线资源，无需重新布线，技术先进，是抄表技术的发展方向。 主要缺点： 高频载波信号只能在一个台区内传输，无法跨台区传送信号，必需借助其 它通信手段将电表数据从集中器送到电表抄收中心或营业中心。 由于低压电力线本身的介质、结构和负荷的影响，载波信号易受干扰，全 天候的电能表可靠抄收比较困难，必需通过中继或其它技术手段加以解决。 由于单表模块尺寸和成本的限制，使得在软件和硬件上，很难进一步提高 模块的可靠性和稳定性，这也在一定程度上，影响了系统的性能。 ( 3 ) ”多表一个采集器”的载波抄表方式： ”多表一个采集器”的载波抄表方式类似于4 8 5 总线的抄表方式，多块电能表 共用1 个采集器。唯一不同的是采集终端( 模块) 与集中器之间的通信不是采用4 8 5 双绞线，而是通过低压电力线实现载波通信。 3 5 3 其它特殊自动抄表系统 ( 1 ) 超窄带( u r n ) 载波抄表系统( 跨台区单表载波) ： 该系统适合于城乡分散的居民用户和工业用户抄表，特别适用于对农村配变 电能表的跨台区的抄收。 该系统的技术特点：超窄带技术的传输带宽只有o 0 0 1 h z ，传输功率只需 o 3 m w ，载波单元可直接安装在电能表内，每个载波单元通过编程分配一个不同 的频率，多个载波单元( 目前可接2 8 8 0 个) 与位于变电所的接收器同时进行通信， 6 浙江大学硕士学位论文 通信传输距离长，可达2 0 0 k m 。由于使用极低的频率( 5 9 5 h z ) 进行信号传输， 因此信号穿透力强，可通过变压器、线路和电容器，不需附加任何增益设备，不 受其他设备的干扰，也不干扰其他设备的正常运行。但由于采用超窄带调制技术， 数据传输速率较低，传输一个数据位需要3 3 r a i n ，传送一个完整的电量数据需要 1 6 h ，实时性差。对于抄表系统而言，如果我们能够忍受系统的延迟性( 一个完整 的数据包传送需要十几个小时以上) ，那么出于超窄带传输系统的极高传输可靠 性以及极强的穿透力，完全可以认为此系统是一可使用的实用抄表系统，对此应 当引起我们的重视。 ( 2 ) 红外抄表系统： 系统由主站、红外掌上机、采集器和电能表构成，采集器完成对革一表箱中 的所有电表的电量采集，不设集中器，也不需要通信线路，抄表时由工作人员到 现场，用掌上机抄收采集器中存储的电能表数据，然后返回主站，将掌上机中已 抄的电能表数据通过r s 2 3 2 口，传送到主站计算机。该系统由于省去了集中器 和4 8 5 布线，故工程造价大大降低，缺点是需人到现场，自动化程度有所降低。 适合于城市或农村的电能表已集中的居民抄表。 ( 3 ) 配变抄表系统： 系统由主站、信道、抄表终端和配变总表构成。该系统主要实现对配电变压 器总表电能量的抄收。抄表终端可以直接采集电能表的脉冲信号，也可抄收多功 能电能表的数据，并通过通信线路和设备将所抄数据传送到主站中。信道一般采 用公用电话网口s t n ) ，也可采用其他通信信道，如无线电、光纤、载波等。 ( 4 ) 工频抄表系统 工频抄表系统类似于超窄带抄表系统，不过它使用的是通过工频过零点进行 调制的载波通信技术，相比超窄带抄表系统而言，易受谐波于干扰的影响，且需 要较大的注入功率，但传输速率比超窄带抄表系统高。 3 5 4 电力线载波通讯 由于低压电力线载波信道具有时变性，衰减较大，各种干扰严重等特点， 各种载波通讯芯片还不够完善，在我国，载波通讯技术在低压集中抄表系统 中的应用，还未能取得十分令人满意的结果。 浙江大学硕士学位论文 尽管如此，电力线载波通讯以电力线路为介质，具有通道可靠性高、投 资少、见效快、与电网建设同步等优点，省去了铺线工程，利用载波通讯技 术给低压集中抄