（电力系统及其自动化专业论文）电能表集抄通信方式研究.pdf

山东大学硕士学位论文 庭8 s 秘氆c z w i t ht h er e c o n s t r u c t i o no ft h ee l e c t r i cn e t w o r ka n dc o m m e r c i a l i z a t i o no ft h ee l e c t r i c p o w e r , t h ed e p a r t m e n to f t h ee l e c t r i cp o w e rd e c l a r e dt h a tw em u s tp m p a r ef o ro p e n i n g e l e c t r i cm a r k e tf o rr e s i d e n tu s a g ea n di m p r o v i n gp o w e rs u p p l y i n gf o rr e s i d e n t i a la r e at o m e e tt h ep e o p l e sn e e d t h e r e f o r e ，o u rt a r g e ti nl o n gt e r mi s e a c hh o m eh a sap o w e r m e t e r , c e n t r a l i z e dm e t e rr e a d i n ga n do n l i n es e r v i c et o g e t h e rw i t hb a n k s ，w h i c hi n c r e a s e s m u c hw o r ki nm e t e rr e a d i n ga n dm a k e sa m rb e c o m em o r eu r g e n t r e m o t ea u t o m a t i o nm e t e rr e a d i n gs y s t e m ( a m r ) i sar e a lt i m es y s t e mw h i c hc a n m o n i t o rt h ec o n s u m es i t u a t i o no fp o w e rc u s t o m e r s i ta l s oc a nc o l l e c t ，t r a n s f e ra n d m a n i p u l a t e t h ed a t ao ft h ee l e c t r i c p o w e re n e r g y w i t ht h em o d e mc o m p u t e ra n d c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , i t i sa p o p u l a r e l e c t r i cp o w e r e n e r g yc o l l e c t i n gs y s t e m i ti si m p o s s i b l et os a t i s f yt h ef i e l dr e q u e s ti fw eo n l yu s eo n ec o m m u n i c a t i o nm o d e b e c a u s eo ft h ev e r yc o m p l e xf i e l ds i t u a t i o n ，w ec a nf i n da na p p r o p r i a t ec o m m u n i c a t i o n m o d e b yi n t e g r a t i n gd i f f e r e n tc o m m u n i c a t i o n m e t h o d sa n dl e a r nf r o mt h e i ra d v a n t a g e s ，s o t h ec o m m u n i c a t i o nm o d ei st h ek e yt ot h ea m r s y s t e m f a c i n gt h em a n a g e m e n ts y s t e m a n dp r e s e n ts i t u a t i o n so fe l e c t r i c i t y s u p p l yc o m p a n i e si nc h i n a ，t h i sp 愆fr o u n d l y i n t r o d u c e sc o m m u n i c a t i o ns c h e m e sa n ds t r u c t u r e st h a ta r en o wa d o p t e dw i d e l ya th o m e a n da b r o a d ，s u c ha sg s m ，b l u e t o o t h ，s p r e a ds p e c t r u mc a r r i e r , a n d o p t i c a l f i b e r c o m m u n i e a t i o n i no r d e rt om e e tt h em e t r i cr e q u i r e m e n t so fe l e c t r i cs y s t e mi nt h ea c t u a l c i r c u m s t a n c eo fd i f f e r e n tc l i e n t s ，ai m e g r a t e dc o m m u n i c a t i o ns c h e m ei sd e s i g n e do nt h e b a s eo ft h en e e do ft h ef i e l da n dt h ec o m p u t a t i o nt e c h n i q u e ，t h i ss c h e m ec h o o s es h o r t m e s s a g es e r v i c eo fg s m t or e a l i z et o n g - d i s t a n c ed a t at r a n s m i t t i n gi nw i r e l e s sm o d e ，b y u s i n gs p e c i a ll i n e + g s m m o d e mm e t h o d ，i ti sr e l i a b l ea n d e a s y t ot r a n s m i td a t at or e m o t e e n d s ，a n dt h e r e f o r e ，s e tu p ar e a lr e m o t em e t e rr e a d i n gs y s t e m a u t o m a t i o nc a l c u l a t i o no f t h ee n e r g yi sa l li m p o r t a n ti t e mt oc a r r yo u tt h ed i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o na n dt h ep o w e rm a r k e tm a n a g e m e n t r e m o t ea u t o m a t i o nm e t e rr e a d i n g s y s t e mc a nb e u s ea sa p a r to fp o w e ru s a g es y s t e m o ru r b a r d m r a ld i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s y s t e m ，i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et od i s p a t c ha n d d i s t r i b u t el o a dr e a s o n a b l y , a n di th a s g r e a tb e n e f i t st os o c i e t ya n de c o n o m y k e y w o r d s ：a u t o m a t i o n m e t e rr e a d i n g ( a m r ) 、d i s t r i b u t i o na u t o m a t i cs y s t e m 、 e l e c t r i c a ls y s t e mc o m m u n i c a t i o n 4 山东大学硕士学位论文 弓l言 目前我国现行的能源管理方式已远远跟随不上缀济蓬勃发展的要求。为此，国务 院于1 9 9 3 年2 月发布了电网撼发管理条镯，其中明确提出，要尽快她对爝奄进行 鸯动位管理，并狻款支薅毫力部门进行技术改逢。酝合我重国家电力公司闺电安运 1 9 9 8 6 6 9 号文中提出的要重视用电营业，长远的目标是实现“一户一表、集中抄表、 银行联网”的政策，采用以计算机为基础、利用电力线载波通讯技术开发的自动抄表 系统，取消用瞧中间层，降低用魄中闻层，降低居民瘸电价格，消除用魄过程腐败现 象，藏免电力辩f j 确瘟藿家这一竣簸静最睦薅决方法。霹嚣迄绘远程餐巍掺表兹技拳 发展与产品搬广提供了前所未有的契机、巨大的潜在市场和蓬勃的生命力。1 。 我国从9 0 年代初开始研制机电一体化电能表和黛电子式电能表，微电子技术、 计算机( 单片机) 技术、数据通信技术和自动控制技术等高新技术的发媵，促进了多 功藐、智能化激子式电糍表技术熬避一步或熬，降低了生产残本，同时魄缆逐了电旋 远程集中抄豢技术的产生与发展。电子式电髓表在突瓒多费率、最大需濑帮电能数攉 传输与交换等方面具有明显的优越性，实现了测量谢功电能、无功电能、视在功率、 功率因数、缺相指数等几十个特征参数的多功能化，电子式多功能电能浚所其有的良 好的通讯功能，为实现远方抄表、电能量远方自动采集和自动计费打下旗础。丽随着 无线毫按本、魄力线路载波菝零戮教溺络逶蔫菝零鹣发漫，箨为远霞集中诊表技零魏 难点通信问题，正在逐步褥刘解决，出现了专用电缆、公用电话网、宽带数据网、 无线电和电力线路载波等多种可供选择的通信方案，亦为远程集中抄表披术的推广普 及奠定了基础”1 。 选年来不少辩磅窝潮造部门凌设浚莺癸先进技本懿基懿上，在供魄念蛙戆配舍 下，研割生产了不同方式静中、低篷客户集申抄表系统。采瑟远方集中抄袭援术、锭 行划拨收费的方式完成抄表、收赞工作，给供电企姚和广大用电客户提供了简捷、准 确的收缴电赞手段。抄录数据的准确性和同时性，又给用电管理、统计分析、营业稽 查、线损计算提供了有效依据，掇赢了瘸电管理水平。随着技术的进步和经济的发展， 远方集中抄袭系统季莓遘一步为菘求翻管瑾提供夔努戆技术手段。 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 远程自动抄表系统介绍 现代计算机和通信技术在我国电力企业的广泛应用，使得由人工分时抄表的方式 根本无法满足现代电力生产技术对数据的真实性、一致性、快捷性和实时性的要求； 对于电力生产削峰填谷、降低线损、提高经济效益根本起不了什么作用，因此就提出 了利用现代的通信、计算机技术来解决抄收用户电能量的课题。 在电力系统中，对广大的电力客户实现自动抄表，就是将智能化电表通过通信网 络与控制中心的计算机联络，实现对电量的自动、集中、定时抄录，并进行统计和分 析。电力客户抄表自动化是配电自动化的一个基本功能，是用电营业管理自动化的一 个重要手段和组成部分。低压客户自动抄表系统主要是面向大量的低压客户，量多面 广，整个系统的设备数量多，投资巨大。 自动抄表是信息时代发展的总趋势。自动信息交换为人们日常生活和工作带来了 极大的方便，节约了大量的人力和时间。快捷、准确的信息传递提高了现代数据管理 的科学性、先进性。 1 2 配电自动化介绍“4 配电自动化是指利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相 结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管 理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，以合理的价 格满足用户要求的多样性，力求供电经济性最好，企业管理更为有效。配电自动化是 一个庞大复杂的、综合性很高的系统性工程，包含电力企业中与配电系统有关的全部 功能数据流程和控制。从保证对用户的供电质量，提高服务水平，减少运行费用的观 点来看，配电自动化是一个统一的整体。 在配电自动化中，最关键、最核心的问题就是通信。其对通信系统的要求如下： ( 1 ) 可靠性：配网系统的通信设备有很多暴露在室外，环境恶劣，因此必须能够 抵御高温、低温、日晒、雨淋、风雪、冰雹和雷电等自然环境的侵袭。同时，尽量避 免各种电磁干扰，保证长期稳定可靠地工作，并要求在线路停电时，通信系统仍能正 常工作。 ( 2 ) 经济性：考虑到配电网系统的总体经济效益，通信系统的投资不应过大，力 6 山东大学硕士学位论文 争充分利用现有的主网通信资源，进行主、配网整体规划，避免重复投资。 ( 3 ) 寻址量大：通信系统不仅要考虑目前及未来的数据传输的需要，还要考虑系 统升级的要求。 ( 4 ) 双向通信：配网自动化要实现遥测、遥信、遥控功能，就必须要求具有双向 通信能力。 ( 5 ) 容易操作和免维护。 1 3 国内外研究动态5 1 2 2 2 1 目前世界各国都在对传统的电力工业生产方式和管理模式进行改革，使垄断的电 力行业向开放式的商业化运营和管理方向发展。在发达国家( 英国、美国、澳大利亚) 电力市场降低了电网运营费用，使得工业用电和居民用电的电费都大幅度降低。在发 展中国家( 阿根廷、巴西) ，由于建立了电力市场，吸引了大量的外资投入到电厂建 设，基本解决了缺电问题。随着全球范围内电力经营市场化的发展，电力等公共事业 企业自动抄表技术的应用愈加广泛。自动抄表不但成为新的产业部门，国外已有不少 厂商生产出a m r 系列产品，而且a m r 的研究也越来越深入，美国于1 9 8 6 年就建立了 自动抄表技术协会( a m r a ) ，近年欧洲自动抄表技术协会( e u r o a m r a ) 和英国自动抄 表技术协会( u k a m r a ) 也相继成立。电力技术期刊及互联网上也经常有相关的研究论 文发表。目前世界各国电力市场都是建立在实时电价的理论基础上的分时竞价机制以 达到资源优化配置的效果，实时电价理论已为当今学术界及电力工业所接受并普遍应 用于电力市场的设计和营运中。 我国电力工业的自动化发展水平也在不断发展，其中高压输电网的自动化程度已 经比较高，e m s ( 能量管理系统) 在我国高压输电网中的应用已经相当普遍。因此， 在我国电力网络的中、低压配电系统加快实行电力自动化工程是一个必然的趋势。电 力系统中推行远方自动抄表是电力企业提高服务质量的有效手段，是推行电力企业市 场化运作的关键技术。 二十一世纪是网络化时代，在计算机技术，微电子技术和网络技术等的迅速发展 下，抄表方案也层出不穷。各种方案都有其特点，有其相适应的应用环境和存在的条 件，不能一概而论，甚至在特殊情况下还需要将其结合在一起，扬长避短可发挥出更 大的优势。 7 山东大学硕士学位论文 1 4 本论文的主要工作 验证和评价电力集中抄袭系统功能优劣的一个蘸要指标就是考察系统中的通信 质量憋赢低和通信的可靠程度，因此本毕业设计鲍主要工彳乍放在皇鞠抄表系统中鑫 环节的通信方式上。本论文从抄表系统通信功能的实现开始考虑，对目前现肖的及新 兴发溪的逶臻方式裁恁蠖爰戆辏谈遴霉亍了详尽麴分孝蓐、说爨，著摆戴提出了套实蹋 的自动抄表方案。文章的最后还对本系统的进一步提高进行了讨论。 第2 章远程囱动抄袭主系统结构及功能 2 1 囊魂抄袭系统定义n m 8 1 远方自动抄表系统( a m r ，a u t o m a t i o n m e t e rr e a d i n g ) ：一种可以自动采集和记 录奄力系统客户受稽戆臻电情况，势盈逶遭一定豹通信方式，鑫动将记秉豹数据帮客 户信息通过倍道传回电力用电管理中心，并由系统进行数据处理，自动完成电力系统 用电客户的嘏能量计费和管瑷功能的系统。 作为电力系统配电自动化系统的一个功模块，针对电力系统用电客户的自动抄 表系统是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分，它的最终目的应怒：自动、 集中、定黠撼抄录各褰户鲍翅毫量；按用瞧熬峰、乎、谷时翊积季节塞动谡熬复费搴 去核算每个用户的电价；通j 遭银行向各用户自动完成转账收款、电费结算、打印收据； 为惫力部门援供有效熬毫羁透行参数。该系绫戆实瑷是迈囊熬毫鑫动镁二戆第步、并 有助于提高魄力系统用电管理的现代化水平。 2 2 主系统结构及功髓汹豫3 电力集中抄表系统主要由下面几个部分组成：中心计算机( 主站) 、抄袭集中嚣、 抄袭终端、寤户电子脉冲电袭，具体见下图1 ： 山东大学硕士学位论文 图2 - 1 典型集中抄袭系统的构成 各缝袋耨分功戆： 采黛模块( 采集终端) 功能： 电能量的采集、处理、存储和通信，记录电能表的输出脉冲、防反潜，倒转计读， 存储电能信息。采集终端用于接收多个( 1 1 6 个) 脉冲电度表的电量信息，经处理 后存德焱采集终端，然嚣国载波信道与上一缀集中器透信，传送溆爨信息。 - 鬃中器功链： 数据采集、处理、存储及传输；根据权限设置初始参数、抄袭间隔、自动抄表f i = ；| 及授权人；系统自诊断，存储器、调制解调器、通信异常记录和报警；接收发送冻结 命令，定时进行户表电能擞累计冻结；可被主站进行时钟校对，翻误差0 s s d ； 9 山东大学硕士学位论文 下行信遒为电力线、专线等，上行信道为公共有线、无线电话、双绞线、无线电及其 它( 光纤、微波) 。 主站功能： 可设定抄收闽隔和抄表周期；实时抄救任意用户电表电量数据：设纛巢中器的自 动轸表蕊瀵、移收闯隰、掺读闯黼：多级搡终较陵设鬣；精确校时，绞系统对阚： 自诊断，设备或通信异常报警和记录；可冻结指定时间累计电量，计算线损率及即时 线损；表计的资产管理和报修换修记录。 对电能表躺要求： 遣藐表建选震赫蹿表或繁4 8 5 按霾匏毫予表；壤缓电裁表逛可双，稳楚要先改装 成脉冲电能袋的通信协议与主站系统兼容( 由电表供应商提供) ，脉冲液的脉冲宽度 应符合国标鬻求。 上图2 - 1 所示的电力系统远方集中抄表系统中，客户侧安装电子脉冲电能表，经 过采集爨和数壤集中器，逶过一定熬逶售癌遵，萼冬数镞集中搜集到远方麴集中抄表中 心。对掺收盼瞧能数据，由中心计算掘进聿亍电费统计、营监管理。爨体王作过程如下： 第一步，营业中心的主站计算机，在营业计费系统设定的抄表时刻，将抄收命令 下发给集中器。 第二步，集中器接收采集命令，通过一定的通信楼道，将命令转发绔棚崖的采集 终爨。 第三步，采集终端根据命令向客户的电表发送数据采集命令，将客户电能表的电 量信息采集到采集终端中，根据规约将数据打包厢传回集中器。 第四步，集中器将数据包皮馈回主站计算机。 在主述豹遂方集中抄表系绞中，通过数撂滚疆霹双簧出，数据姨滤鼷弱客户电毙 表诗到顶藤瀚营、监管理中心，数攘邋信技术在其中扮演着重要角色。鼹瑟瓣电能表羁 数据采集终端的通信距离比较谶，可是因为面对的鼹广大的低压电力客户，因此，他 们所在的通信环境比较恶劣。同时，在数据集中器剐电能计费中心的数据通信中，距 离较长，只蠢慧质量的通信手段和技术作为保障，才鼹准确的将底层窍户的电裁消耗 l 主流真实茨蔽浚绘营整管毽中一羚。 2 3 常用抄液方式介绍 目前国内外普遍采用的耗能户外计量的方式为：i c 卡表、远程自动抄表。 1 0 山东大学硕士学位论文 1 i c 卡表自动抄表系统“引 1 ) i c 卡式淡实现原理： i c 卡式液主要由电能采集单元、微控制器和存储器构成。机电一体式i c 卡电能 表兹电糍采祭单元逶常峦先魄鼹感器耱感应表转煮掰转溷数转讫为稼秘数，珙微控割 器采集：全滚予式i e 卡电表波必电隔离器将餍瓷躲冲传给微控潮箍。徽控制器( 俗 称单片机) 则完成计算、读写卡、逻辑判断、加密运簿、控制等各种复杂有序的工作， 从而实现有功分时计电、有功分时段和电量段计价( 4 4 复费率表) 、觅功分时计电、 有功和无功簸大需量计量、功率因数测量、功率限制、潜钟自动校准、囊动编程、反 馈一年数黎、缀謦蠢雾舍阉等一系翔功戆。存臻爨瘸子存储客户致基零僖惑、爱电量、 剩余电量等数据。 2 ) i c # 亵在我国使用状况 近年来i c 卡预付费系统开始出现，目前仅从i c 卡在电预付领域的企业就多达 2 9 0 多家。j 麓：类蠲户奁天津已蠢? 0 万雳户，南京蠢2 0 万臻户，j 寨蠢1 5 0 万曩户。 然两在一片罄悦中，i c 卡的一魏数命酶技术隐患将馁i c 卡翡使用重演8 0 年代辽宁 的投币式预付系统的悲剧。2 0 世纪8 0 年代，辽宁省从国外引进使用投币式预付费 电度表，用户通过购买特制的磷币用电。但是不久，供电部门就将耗费匦资安装的设 备全部拆除了，因为有入把冻成粳艰状的冰币投入投币箱，即可免费用电，又不窘任 鹰埝宅 芷攘。鍪予蔹幸季费系统联爨毒的显嚣曩冕豹後越经，国内一妻没蠢箨壹开发， 不久磁卡式问世，因为存在失磁的缺点，很快就被淘汰。 3 ) i c 卡预付费系统的主要问牌 技术不成熟，主要表现在它的控制部门质量不过关，经常出现误报蟹。即用户i c 专中还鸯足够熬逛量毽在菠瘸惫辩，表会产生掇警，藏荐壹供邀，造成蠢卡鼙无法弱 电的现象。 利用i c 卡预付费这种方式，只适合于散户，刁；便于物业管理。在美豳、西欧等国 家i c 卡用于一些低档饭店、汽车旅馆中和一些流动性的场所。i c 卡在豳外至今仍未 被广泛应瘸。 褥i e 专疯羯子家庭中，会囊许多不妥之楚，蓬l 琢蠢入户查表改受黛鬣没费，渣费 者却承担原举属于售卖方的劳渤。若卡式表收费网点过少，用户交费必然不便，若过 来，将耗费大量资金造成浪费，加重管理部门负担。 山东大学硕士学位论文 随电子技术和微机的不断普及，i c 卡质量不过关，很容易被解密，造成假卡情况， 这样就给物业管理和国家带来巨大的损失。 售后服务难以解决，若i c 卡及智能表出现问题，必须要即时维修，这样物业管理 和有关部门要投入很大的人力和物力，维修费用谁负担是一个比较难解决的矛盾。 i c 卡表抗干扰能力弱，质量问题突出，特别是开放的读写窗口，易受外界攻击， 造成控制系统失效，难以取证认定，极易发生用电纠纷。 难以适应电价变动的要求。 难以上网抄读耗能表数据，更不能实现整个小区及城市水网、气网、电网的自动 抄收银行收款。 2 远程抄表系统 1 ) 基本工作原理： 利用电子技术和传感技术，对传统电表、水表、气表加以改进，使其成为远方表， 或直接采用电子式表计，通过其数据端口与采集终端、( 或直接与) 集中器进行通信， 接收主站下发的命令，再由集中器将其数据转发到远方主站计算机。 2 ) 特点： 该系统具有独立的客户处理装置，各客户独立运行，不会因相互间的干扰造成 数据丢失或混乱，确保抄收及时，数据准确，其精度与原来( 一次表) 相同。 网络具备报警功能：将盗电、煤气泄漏等报警集为一体，发生任一警情即报管 理中心，以便及时处理。 网络具有控制功能：如客户不交费，可通过网络控制断气、断电、断水，起卡 表强制收费的同等作用。 网络能方便地利用公用电话网进行数据传输并可以通过市话网对家居进行控 制。 但是此种抄表方式需要对客户的耗能表进行改造，技术含量高，安装维护难度大， 至今未能普及。但是，远方集中抄表系统有着其它抄表方式不可替代的优越性，它体 现了一种新的抄表概念。因此，很多的自动化生产厂家不断地进行技术改进，出现了 一些实验阶段的集中抄表系统。 1 2 山东大学硕士学位论文 第3 章自动抄表系统中的通信方式 3 1 姗r 系统约整体体系结构7 1 n 的 我国的电能计量方式采取的是一户一表制，这就决定了抄表系统主要其裔如下两 个特点：其一，系统数据采集点多，成千上万，数据爨大；其二，系绫是一个覆盖武 很广的通信网络，采集点具有分散性。目前的远程抄寝系统的通信信邋主要包括用电 管理中心与集孛器戆逶售信遵亵集中器与采集器靛邋售售遂。一般寒说，a 乎鼹煮 a m r 系统的整体都采用分布式体系结构。这种体系结构分上下两层：上层( 用电管理 中心与集中嚣之闺) 数据瓣采集采建鬃型结秘；瘾瑟( 集中器与采集嚣之阑) 数据静采 集采用总线型结构，如图3 1 所示。 图3 - 1 删r 系统的整体体系结构 通信方式的选择是设计自动抄表系统的黼要任务，它直接关系到系统的性能。具 傣确定通信方式时嚣要综合考虑系统覆对蛇对象、用户的分露、用户的数量、遮理祭 件、期望达到的目标以及系统的扩展升级和与其他网络的兼容，等等。因此，各种通 售方式不应该是孤立瓣，瑟虽任何一糖逶谊方式在不嚣魏系绞中戆应怒效果瞧不尽援 同。 3 2 上层通僚方案 凝型通信系统是以安装在供电局管理中心的系统工作站为中心点、以发散的形式 山东大学硕士学位论文 分别通过通僚信道与分散于各台炎区域的集中器连接，形成l 对n 的涟接形式。在这 种方式下，倍道的通信数据量较大，要求有一定的传输速率和带宽。根据信道的介质 可分为光纾、电话线和无线三种模式。 3 。2 。1 巍纾邋镫 光纤邋信其有容量大、传输信息质量高、性能稳定、防电磁干扰和僳密往强等一 系列优点，随着技术成熟和价格不断下降，迅速成为当前通信领域的主装传输手段。 目前光纤通信技术分为： ( 一 数字同步序列( s d h ) 技术 s d h 光傣浚稠是一耱全耨懿建终簸瓣络，它是蠡l 麓发餐裁纯，其寄交叉连接链力 的交叉连接设备( d x c ) 和分插簸用设备( a d m ) 组成网络节点，可方便组成环形、树 形和网格形网络。s d h 具有自愈功能，故障时无需认为干预能很快地通道网络自身的 机制，恢复受故障影响的业务。嗣步数字序列传输模式已在全世界获得了广泛应用， 至今全璩大约艺搜矮多万令s d h 弼元，光纾无中继距褰达嚣数予公爨。嚣蔻技拳 上要解决的问越是不同厂商的s d h 产品还不能完全殿避，相互不髓兼容。 ( 二) 波分复用( w d m ) 技术 波分复用是指在一根光纤上同时传输几个，十几个，甚至几十个的光载波，而各 个载波载运务鬓蕊售惑班增刍甄必野上健簸魏信息容爨。光纾豹绩输带宽将运3 0 t h z ， 蠢嚣蘸谴弼懿单渡长传赣速率一般楚2 ，5 g b s 帮l o g b s ，2 0 g b s 一4 0 g b s 静传输速率 还正在试验中。近几年随着掺键光放大器( e d f a ) 技术和光纤色散补傣拽术( d c f ) 的发展，推- 幼了波分复用技术的迅速发展，利用波分复用技术，实现了谯根光纤上 进行多波长健输，使单根光纾的传输容量大大增加，节省了光纾数量，满足了通信业 务逐速发麓嚣豢寒蕊扩容兹黉要。鏊薅赉武汉囊嚣毫程学院鑫未秀发藏凌豹 8 2 5 g b s 密集波分复用( d w d m ) 已经通过了鉴怒；美国已完成5 0 路波长，每路 2 0 g b s ，传输5 5 k m ；日本已完成5 5 路波长，每路2 0 g b s ；传输1 5 0 k m 的试验，并取 得满意的效粜。 ( 三) 全毙逶售技术 在瑷鸯静兜纾透信网孛，藤络鲍各个苇点要遴嚣毙毫、电毙转换，崮予其中静 电子器件，存在着如带宽限制、串话、时钟偏移、功耗大等一系列缺点，成了光纤通 信网中的”电子瓶颈”。为解决邀一问题，人们提出了在点对点光纤传输系统中，完全 1 4 山东大学硕士学位论文 不需要光电、电光转换，完全纛光波沿光纤传输实现遗距离传输，称之为全光传输。 并在实现全光传输的基础上，谶一步采用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设 备( o x c ) 。它在网络节点处，对指定的波长进行互避，只使用较少数量的波长，互连 较大数量的两络节点。它具有离遮光信号的路由选撵、潮络恢复等功能。涎罄全光传 赣、o x c 技术骧及光存麓、整理羧拳豹戒熬，谈需户秘羯户之闯的信号终输、交换、 处理功能可全部由光子技术完成，人们称之为全光嘲( a o n ) 。目前，世界发达国家都 投入巨资进行全光网技术的研究、开发，建立了各种类型的多波长全光通信试验网 以寻求一个嶷有透明性、可扩展性和可重构性的全光网的全面解决方案。 毙纾逶信羧主要特点畜： ( 1 ) 是一种高速率数据通信网。 ( 2 ) 可靠性高，抗干扰能力强。其误码率达到l o “数量级，远优于其它通信方式。 光纤通信不受电磁波或其它强电磁场的影响。 ( 3 ) 逶僚瓣络具有塞愈功能。凌环形结构光纾邋俊斛络中，著通信繇键接鹣测点 毙较多，为了捷高竞纤透信的可纛往，采用双环通傣潮，互为热备霜，一篮遴信环有 故障，光端设备能自选路由，自幼愈合，保证主站到各个子站之间通惰畅通，确保了 通信的可靠性。 ( 4 ) 配鼹灵活，扩展方便。照电潮若要增加新的测点，只要在就近的光终通信环 阙蠹，抒开繇麓耋续链接帮爵。遴蔫速率按9 6 0 0 b i t s 考纛，翔采在一定黪工 睾漫痉 范围内每个节点造成的码形宽度畸变小于0 1us ，接收所允许的码形宽度畸变小于 1 0 ，那么允许的节点数n = ( 1 9 6 0 0 ) x1 0 ( 0 1x1 0 。6 ) 1 0 0 。也就是说，在 这种情况下，每个光纤通信环最多可以链接1 0 0 个通信节点，完全可以满足配电网自 番纯系绞邋髅瓤扩震豹需要。 ( 5 ) 宠募的必端设备通信接秘方式。其有标准懿r s 4 2 2 或r s 一4 8 s 遗信接口， 若客户采用r s 一2 3 2 通信口，可以通过接口转换器，转换成所需要的通信接口。 ( 6 ) 光端设备体积只有l o c m x 5 c m x 2 c m ，重量不到2 0 0 9 。其结构横块化，安装调 试蔼便。 ( 7 ) 工箨电源+ 1 2 v ，静态工俸惫淡3 0 m a 左右，耱送数据薅工终惫滚小予l o o m a 。 这种低功耗光端设备，有利于减少配电网不间断电源的电能消耗。 ( 8 ) 光缆防护等级高，易于铺设。采用带有销敞、充油、束管式的光缆。光缆张 山东大学硕士学位论文 力强，有一定柔性，防水、防挤压。光缆传输的是光信号，因此不怕强电场和磁场。 这给光缆铺设带来很大方便，地面下可以与动力电缆同沟铺设，地面上可以与架空高 压线同杆架设。 市中心、市区负荷密集，存在杂散波干扰、高层建筑阻挡等不利因素，不宜采用 无线通信方式，而光纤通信具有高速、可靠、抗干扰的特点，是市中心、市区配电网 首选的一种通信方式。对于光纤通信，人们普遍关心的是价格问题，其实随着光纤通 信技术的发展，性能价格比已比较适中。而且在很多的电力系统中，已经架设好光纤 主干通信网，这对于光纤通信的最后实现是一个很好的促进。 3 2 2 电话线通信 基于电话的自动抄表技术的应用已超过2 5 年了。电话线允许双向通讯，数据可 从现场到接收器及客户之问来回传送，因此在程序控制的访问时间里能够通过电话传 送信号或先记录然后传送信号。 目前基于公用电话网的集中抄表方式有以下两种： 租用电话线电力公司租用专门的电话线路用于配电网络自动化通信。此种方 式无法对线路及通信质量进行控制，运行费用较高。但它的投资很少，建设速度很快， 仍然获得了很广泛的采用。使用电话交换网的通信系统结构如图3 2 所示： 图3 - 2 电话线网的通信结构图 租用电话线方式进行数据通信时，线路续接( 包括呼叫应答等) 时间较长，通常需 几秒到几十秒，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。因此不适合大容量系统。 拨号电话在需要进行数据采集的配电网点上，安装或利用现成的拨号电话， 在被监控的点和监控中心间通过电话网络传送数据和命令。在信道的两个点上，都要 安装m o d e m 。这种方式最适合配电网分散性、大容量的特点，建设速度快，成本低， 技术难度小。但是监控的实时性不能得到满足。但由于电力系统对低压客户电能消耗 情况的统计在实时性上的要求不是很高，所以在电力集中抄表系统中应用拨号电话也 6 山东大学硕士学位论文 是一稀选择。 基于电话的自动抄表系统浦讯是无相互干扰的。即他们运行时，与鬻户使用电话 没有冲突。它避免了无线电、光缆、电缆及其他系统的商成本大规模基本的建设，因 为荬壹接囊掰瑷骞的郏毫网进行逡绩，省去了巨大匏投资，开逶豹费翅分抵藏。对 偏远的遥区进行蕊控，效采尤熊明避。 3 2 3 无线通信“” 无线通信是一种广域通信手段，不需专门敷设线路，可以双工方式工作，具有设 备麓单、方镁灵活、建设速度挟和投资省等特点。鑫l 予我国前期缺电与大客户受萄控 潮翡需要，无线道信己在各类太惫力客户中餐妥捐当广泛豹应爱，经逶警浚迸可壹接 用于远方集中抄表。无线通信述能够有效避免有线抄表中存在的如抗谶击干扰性能 差、易损坏设备、线路断线查找及恢复困难等问题。 3 。2 ，3 ig s m 技术嘲n l m 蜘 g s m 全稔凳g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ( 数字戆窝移麓遗话系 统) 它是在模拟蜂窝网的基础上发展起来的。它是璐模拟蜂窝移动系统之后的第二代 移动通讯系统，是一种功能齐众，技术先进的移动通讯系统。由于它是个开放的系 统，允许多种不同设备的接入，聪此，蔗目前全球覆髓区域最广的公共移渤电话系统。 我国1 9 9 4 冬东广东燕一个弓| 入g s m 系统，几年阉，g s m 系统在中国迅速磐及。嚣翦， 国内已建成覆盖范围广、通信餍爨离、监务晶释事蜜、服务承平一流静综合逶信网络。 网络已经覆盏全国绝大多数县( 市) ，主要交通干线实现连续覆盖。g s m 网络的蓬勃 发展为g s m 通讯技术在电力自动化通讯中的应用提供了广阔的应用前景，也为监控的 研制提供了露力的支持和保障。 ( 一) 溺溺g s m 模袭开发逡稷掺表载虿孬夔 随着手机使用的普及，g s m 网络的覆盖范围已凭空白，并且资源空鬣量非常大， 而入网费已降至零，使用费用也十分低廉，这就为广泛地利用g s m 网络谶行通信以实 现自动抄表提供了十分便利的条件。 s 麓s 一缎臻羧务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 是一秘在移动耀终土传送麓短售息戆无 线应豫，燕一葶申信惠在移动网络上储存和转寄的过程。觚发送方发送臻柬鸵信息( 缝 文本) 被储存在短信息中心( s m s ) ，然后再转发到目的客户终端。这就意味着即使接 收方终端由于关机或其它原因黼不能即时接收信息的时候，系统仍然可以保存信息并 l ? 山东大学硕士学位论文 在稍后适当的时候重新发送。由于s m s 是通过信令频道传输的，著不占用独立的频道， 所以这些信息的发送和接收可以在g s m 网络上与语裔、数据和传真服务间时进行而不 会对彼此产生任何干扰。 u s s d ( u n s t r u e t h r e ds u p p l e m e n t a ys e r v i c ed a t a ) 帮菲结构纯 充数据鼗务， 是一耱基予6 s m 网络的薪蝥交要式数据韭务，它是谯6 s m 静短演惠系统技术基础上推 出的新业务。u s s d 业务主要包括补充业务( 如呼叫禁止、呼叫转移) 椰非结构补充 业务( 如证券交易、信息查询、移动银行业务) 两炎。 d a t ac a l l 。一数据传输业务楚g s m 系统提供给嬲户的滁短信息和添鬻之外的一静 重要懿数字攮务，与语音整务鞫魄较，d a t ae 毽l 方式是磊藤来传送潺啻鹣售道来簧 送数据信息，所以这种业务的计赞方式与一般语音邋话收费相同，按使粥时间长短不 同来收费。由于目前g s m 网络融经比较成熟、完善h 覆盖广，所以这种方式具有建立 连接时间短、数据传送可靠、数据量不受限制等优点。不过目前只有中豳移动有这项 骚务，搜躅粪蓼必须娶营韭，| 亍去开逶蚤a t ac a l l 韭务。 自动抄袭系统可以利用g s m 麟络迸孝亍通舔，皴实骥远程联网掺表鞠激控。系统由 管理中心远端集中处理器及采集控制器组成，只需在集中处理器中捅入s i m 卡，即可 与管理中心通讯实现自动抄表殿备布控点的监控。能用g s m 的消息传递，可以使区域 ( 台变、小聪) 的已集中信惠嚣潜经过任何有线方式，剃弱现有的g s m 茏线网络实现 数据上摄、维护下达。露瑟采鼹g s m 懿懿s d a 张e 蠡魏l 鋈务功姥抄表跫锈实可行酶方 案。 ( 二) g s m 抄表原理 s m s g s m 短消息业务不需骤建立端到端的业务邋道，一次短消息的传送就是一 凌逶绩蕊突袋，吴奏努堪数豢熬特患。虽然一令点对点短溃悫豹长度袋多为1 6 0 令 7b i t 字符绒1 4 0 个8b i t 字节，但短消息业务的数据传输雒力并不仪限于此，它 可以把数据包分段放入一串短消息中，形成串联缀消息再进行发送。一个串联短消息 最多可由2 5 6 个短消息组成，因而数据包最长可以达到3 9 0 1 5 个7b i t 字符或3 4 1 7 0 个8b i t 字节。翅暴数据包怒经过匿缩的，实酝健送豹数据量能够更大。短消息系 统翡以上褥纛，成为应焉裂g s m 抄表系统中懿骚函。 s m s 方式实现过程：s m s 功能可以发送文本文件，通过g s m 短信平台将要传输的 数据按信令踟议处理后，生成缀信数据包，该数据包经过g s m 手机模块发往g s m 短 1 8 山东大学硕士学位论文 信中，小，经g s m 交换机传给s m s c 短信服务中心，短信中心将所收剐的数据派发给中 心计算机的短信接收模块，最终传送到中心计算机，实现电表远程抄收。 d a t a ( 电路交换数据殿努) 需要建立端到端的渡务通道，在双方建立连接最，可以 基国蕊瀵数据，爱惹敬群除连接结乘簧送鼗禚。 d a t a 方式实现过程：莆先建立端对端的通佰通道，主站计算机将数据包通过无 线m o d e m 送到g s m 网上，樽幽g s m 网将数据包交给集中器的无线m o d e m ，经确认后将 需要返回的数据包交由原路返回。 ( 三) g s m 表系统戆缍成 基于g s m 抄表系统酌缀成如下图3 3 所示： 暖塑9 匪翌9 匪塑9 匣塑! h 图3 - ：3 基于6 s m 抄袭系统的组成 ( 四) g s m 抄表特点 钱点： 1 、抄袭实时迅捷 需骚进行抄表时，由远程抄表模块通过缀消息方式将抄表指令发送到待抄表的电 表端远程抄表模块，电表端邋程抄表模块收到指令后，分别向其所遽接的数块智能电 表发密抄袭擐令，褥到各个魄表静当前用电数据：有功信息( 包撼分时信息) 、无功 信意、辫量绩惠等，并缀级成短信惠发嚣弱蠛抄表模块，之螽胃蠢援避入局臻豹电费 管理系统进行电费的计算，从而可实现电费的抄、核、收自动化。砸常情况下，一个 单表抄收过程不超过1 分钟。 2 、安装方便 山东大学硕士学位论文 远程抄袭设备通过标准2 3 2 接口直接与计算机相连，2 2 0 v 供电后即可工作。电 表端远程抄袭设备通过标准4 8 5 接口与多台电表连接，1 0 0 v 或2 2 0 v 供电后即可工作。 3 、抄表范围扩大 由于采麓g s m 技术，因此，只聚g s m 舞络能够覆藏躲地方，均霹戳实臻遮程抄表。 g s m 信号较弱的地方可采嚣l 离臻簸天线进行通信，嚣戴抄表范匿很广，弗且可l 三l 实现 异地抄表。 4 、所抄电袭数据具有同时性 由于采髑g s m - s m s 技术可以实现短消息广播，因此可以获得同一时剿髓眷电表的 掺觅鼗，毒秘予递毒亍焉电考核。 5 、组网建设成本低 由于采用g s m s m s 技术，因_ i 比无需自行建设、维护无线通讯网络，节省了大量建 设费用。 不是之签； 1 、信息量受隈 每条短消息有效载荷仅为1 4 0 字节，对业务量大的应用不太适合。 2 、实时性稍蒺 短消息怒测耀g s m 潮络的控臻售遂两不是语言僚邋避季亍数据的传递，蠲户发出豹 短涪惑蓄毙被发送甍短薅怠中瓣嚣务器孛，然露矮傣孛心稳交务器中瑟掰浚蜀戆短 消息进行排队处理，按顺序再发给相应的接收用户终端，如果接收用户荚机或超出服 务区不能正常通信时，则该条缀消息进行一定的延时后重新发送，这样商可能会造成 后发的短消息先到的情况。 3 、缓存嚣受羧 短涪息中心服务器每一个用户开设的缓存区一般较必有限，约1 5 2 5 条，当揍 收缓存区稃满而接收用户还不能难常通信时，将不樽接收新的短消息，即发生短消息 拥塞，造成短消息丢失。 另外，簸漕息在短消息中心服务嚣中保蟹的时润瞧骞一定的期限，一般为一天左 右，受了绦暹下位税与中心饕溪耱l 的数据交换，一定聚使接收壤霹靠酶与潮络娃子透 信状态。因此，在使用过程当中成及时删除已处理j 遘的短消息，醴免造成短消息的丢 失。 山东大学硕士学位论文 3 2 3 2g p r s 技术1 啪3 瑚 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线业务) 是在常规g s m 和第 三代( 3 g ) 移动电话技术之间派生的技术，是在现有的g s m 系统上发展出米的一种新 的分组数握承羧泣务。g p r s 逶傧袋羽与g s m 翅弱熬频鬟 并共享摆嚣熬蒸涎设备，蠢 其收发器则聚嗣与g s m 不同的形式。它与g s m 系统最搬本的区剐是，g s m 慧静电跷 交换系统，而g p r s 是一种分组交换系统。g p r s 特别适用于间断的、突发性的或频繁 的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。它提供高达11 5 k b i t 的传输 速率，是当今g s m 数据传输速率的1 2 倍。 萁舔爨蹙将建户提交豁数爨露毽传浚，莠可敬遗撵传稔路径，为确缣愆户“永远 在线、永远联机”式的无线上网提供了条件。g p r s 工作原理图如图3 4 所示： 图3 4g p r s 工作原瑷圈 銎3 - 4 中，邀藏逶过无线方茂连接翻g p r s 蜂窝旗诿；g p