（电气工程专业论文）重庆市低压电能用户自动抄表系统应用方案研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着中国市场化进程的不断深入。对电能管理的现代化水平要求越来越高。 自动抄表系统( a u t o m a t i e m e t e r r e a d i n g ，a m r ) 采用通信和计算机网络等技术， 通过专用设备，自动读取和处理电能计量点电能表数据。它从根本上克服了传统 的人工抄表模式的弊端，开启了电能管理现代化的新局面。目前，国内的自动抄 表系统正处在由试点向大规模推广应用的转型阶段，自动抄表系统将在电能计量 管理、监测和测控等方面发挥越来越重要的作用。 本课题主要研究重庆市低压电能用户自动抄表系统应用方案。本文首先阐述 和分析电能自动抄表系统的基本原理，包括系统原理框架、基本应用方式、特点 以及关键的技术问题。然后对试运行的重庆市电能自动抄表系统迸行详细的包括 系统地区、厂家、系统、工程施工，运行维护等全方位的介绍，进而进行技术经 济比较、总结和评价，或根据理论技术结合工程实践推出重庆市自动抄表系统在 应用中存在的细节问题，以及需要注意的问题，或根据工程实践推导证明自动抄 表中应用与重庆市的关键理论的正确性，为应用方案的构建打下理论与实践结合 的基础，并得出重庆市自动抄表系统大规模建设已经具备技术基础的结论。再基 于上述介绍，不断的构建重庆市自动抄表系统的应用原则、指导思想，并结合试 运行的重庆市自动抄表系统加以诠释。然后以应用原则、指导思想为基础，进一 步细化了应用于重庆市的因地制宜的自动抄表方案，得出框架方案。最后通过弓 入表均价的概念，计算分析证明了重庆市自动抄表系统大规模应用已经具备经济 基础，得出重庆市自动抄表系统所需投资概数，完善了重庆市低压电能自动抄表 系统的框架方案。 关键词：自动抄表系统、电能管理、应用方案 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a st h ec o n t i n u o u s l yt h o r o u g h g o i n go fc h i n am a r k e t sp r o c e s s ，t h em o d e r n d e m a n do fp o w e rm a n a g e m e n ta r eh i g h e ra n dh i g h e r a m ra d o p t st h et e c h n i q u e ss u c h a sc o m m u n i c a t i o na n dc o m p u t e rn e t w o r k , i ta u t o m a t i c l yr e a d - o u ta n dp r o c e s sd a t ao f e l e c t r i cm e t e r i tb a s i c a l l yc o n q u e r st h ed i s a d v a n t a g e so ft r a d i t i o n a lm a n - m a d e h a n d c o p i e dm e t e r , o p e n i n gu pan e wp r o s p e c to fm o d e md e m a n do fm a n a g e m e n t a t p r e s e n t , d o m e s t i ca m r i so nt h es t a g eo ft r a n s f e r - p a t t e r n , a m rw i l lp l a ym o r ea n d m o r ei m p o r t a n tr o l ei ne l e c t r i c i t ye s t i m a b l ea d m i n i s t r a t i o n , m o n i t o ra n do b s e r v a t i o na n d c o n t r 0 1 t h i st o p i cm a i n l ys t u d i e sa p p l i c a t i o np l a no fl o wv o l t a g ec h o n g q i n g se l e c t r i c i t y l l s e l s a m r t h i sa r t i c l ef i r s t l ye x p o u n da n d a n a l y s i sb a s i cp r i n c i p l eo f a m r , i n c l u d i n g s y s t e m a t i cp r i n c i p l ef r a m e ，b a s i ca p p l i c a t i o nw a y , c h a r a c t e r i s t i ca n de s s e m i a lt e c h n i c a l p r o b l e m t h e nt h e a r t i c l ei n t r o d u c e s d e t a i l l y t h ea m ro fc h o n g q i n gi n c l u d i n g s y s t e m a t i ca r e a s ，f a c t o r i e s ，s y s t e m s ，p r o j c o tc o n s t r u c t i o n ，o p e r a t ea n dm a i n t a i n ，e t c d o i n gt h i si ss ot h a tm a k i n gt e c h n i c a le c o n o m yc o m p a r i s o n , s u m m a r ya n da p p r a i s a lf o r t h a t o rw ec a ni n f e rt h ep r o b l e m st h a te x i s t i n gi na p p l i c a t i o no fc h o n g q i n g sa m r a c c o r d i n gt ot h e o r yt e c h n o l o g yc o m b i n i n gt o g e t h e rp r o j c o tp r a c t i c e ，a n dt h ep r o b l e m s t h a tn e e dt ob ep a ya t t e n t i o nt o ：o rr e f e ra n dp r o v et h ec o r r e c t i o no fa p p l i c a t i o no f c h o n g q i n g sa m ra n dc h o n g q i n g sk e yt h e o r y d o i n gt h i si s i no r d e rt od ot h e g r o u n d w o r k o ft h e o r ya n dp r a c t i c e ，a n da t t a i nt h e t e c h n o l o g y c o n c l u s i o no f c h o n g q i n g s a m rs y s t e m i na b o v ef o u n d a t i o n , w e c o n t i n u o u s l yc o n s t r u c t a p p l i c a t i o np r i n c i p l eo fa m ri nc h o n g q i n g ，g u i d i n gi d e o l o g y , a n dp e r f o r mt h e a n n o t a t i o nt oa m ro fe x p e r i m e n t a lm o v i n g t h e nt h ea r t i c l ef u r t h e ri n t r o d u c e st h e c o r r e s p o n d e n ta m rp l a nt h a ta p p l i e di nc h o n g q i n g ，a n do b t a i n sf r a m ep l a n f i n a l l yi t a n a l y s i s e sa n dp r o v e st h a tt h ef o u n d a t i o no fw i d e s p r e a da p p l i c a t i o nh a sb e e np o s s e s s e d t h r o u g hi n t r o d u c i n gt h ec o n c e p to fm e t e r sa v e r a g ep r i c e ，a b t a i n i n gt h ei n v e s t m e n t a l r o u n dn u m b e rt h a tc h o n g q i n g sa m r , a n dc o n s u m m a t e st h ef r a m ep l a no f l o w v o l t a g e a m ri nc h o n g q i n g k e yw o r d s ：a m r p o w e rm a n a g e m e n t a p p l i c a t i o np l a n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽厶堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 粮做作者虢名海岔签字隰“钏月3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重迭盍堂 ：存关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家囱关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重瘥太堂町以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位沦文。 保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位做作者签名：名汪霞导师繇 掺宁曰刿】：1 m 6 年rf 月3 日签字日期： 、，年 秽t 弋 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 自动抄表系统的发展状况及前景 电能是目前世界各国能源消费的主要形式之一。用户对电能需求的不断增长， 只有通过电力工业本身的基本建设以不断扩大电力系统规模才能满足。要满足国 民经济发展的需要，电力工业必须先行【l j 。为适应市场经济发展的要求，打破电力 行业垄断，电力市场化改革势在必行。我国电力市场化改革是由政府推动的。电 力工业的体制改革经过了集资办电、政企分开、厂网分开、竞价上网的试点阶段， 正在逐步进入实质性的市场化改革阶段h 。 电力体制改革日益深化，电力市场竞争日趋激烈，这一点在入世后的中国电 力市场表现尤为突出，与国外一流企业相比，国内企业除了在技术开发、管理水 平方面存在较大的差距外，在服务方面的差距更是不容忽视的。对电力企业来说 彻底转变传统的垄断体制下用电管理思想，树立“以优质服务求市场，以优质服 务求效益，以优质服务求生存”的营销思想，不断完善服务机制，拓展服务领域， 更新服务内容，改变服务方式，已成为赢得生存和发展的必然选择i j 】。 随着电力市场化改革的深入，现阶段我国电力行业不断进行技术改造，电力 用户的数量迅速增加，对配电系统的要求也不断提高，从以前的满足用户用电的 需要逐渐到满足用户对电能质量的要求。城网、农网技术改造就是为适应目前需 要，电能自动抄表是其中一项重要的技术p j 。 自动抄表系统( a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g ，a m r ) 是指，采用通信和计算机网 络等技术，通过专用设备，自动读取和处理电能计量点电能表数据。它从根本上 克服了传统的人工抄表模式的弊端，开启了电能计量管理现代化的新局面p j 。 长期以来，电度表的抄表方式基本采用人工现场抄表、手持便携抄表器现场 半自动抄表。由于电能表分布多、广，而抄表人员少，造成抄表时间及准确率得 不到保证，错抄、漏抄、估抄的现象时有发生。这与电力系统逐步建立市场化电 力企业管理系统，实现从“生产型”向“以客户为中心”的经营型模式的转变的 总体改革目标非常不协调p j 。为加强用电管理，提高供电效益，使其适应市场经济 的需要，供电部门实行电度表自动抄表和用电的监控管理是非常必要的。因此，自 动抄表系统是未来发展的主要方向，这对于提高电力部门的管理水平和经济效益 无疑是有着十分重要的意义。配电网中的自动抄表系统是配网管理自动化的一个 重要手段和组成部分，它的最终目的是：自动、集中、定时的抄录各用户的用电 量；按用电的峰、平、谷时段和丰、平、枯期间自动调整复费率去核算每个用户 的电价：通过银行向各用户自动完成转账收款、电费结算、打印收据；为电力部 重庆大学硕士学位论文l 绪论 门提供有效的电网运行参数。该系统的实现是迈向配电自动化的第一步，并有助 于提高电力用电管理的现代化水平v j 。 目前，美国等发达国家已将自动抄表技术广泛应用于配电网的现代化管理。 1 9 8 6 年美国就建立了自动抄表技术协会( a m r a ) ，近年又成立了欧洲自动抄表技术 协会( e u r o a m r a ) 和英国自动抄表技术协会( o r a m r a ) 。在这些发达国家自动抄 表技术应用己成规模。根据a m r a l 9 9 9 年的报告，美国已安装和投用超过1 0 0 万 单元自动抄表系统的电力公司有a t n e r eu e 公司( 1 2 0 万单元，固定无线电方式) 、 p r e p a 公司( 1 3 0 万单元，配电线载波p l c 方式) 、n s p ( = l 方电力公司) 和p e c o 公司、 n e w c e n t u r ye n e r g i e s 公司( 1 5 7 万单元车载及固定无线电方式) 。问卷调查还表明自 动抄表系统在北美电力公司中4 5 已安装，1 6 在试点，2 3 已列入计划p 1 。 国外的自动抄表也趋向于以电力线载波方式为主，且根据不同的用途国外载 波方式载频范围变化很大( 我国大多为载频1 0 0 k h z 左右) 。根据a m r a 的报告， 1 9 9 9 2 0 0 0 年间全美有1 2 0 万自动抄表单元投运，其中9 8 是电力线载波方式。 该方式尤其是低压载波抄表由于无需投资布线、成本低廉和运行可靠而倍受关注 【9 】 o 在我国，由于现代电子技术、通信技术及计算机网络技术的飞速发展和电力 市场营销管理的不断需求，电能表自动抄表系统的技术研究、产品开发、系统设 计和试点运行工作日益引起电力营销管理部门、电能表制造企业及相关行业的关 注和投入，因此，虽然我国自动抄表的研究起步较晚，但发展较快。 电能集中抄表系统由管理信息系统、数据采集系统两大部分组成，其管理信 息系统包括主站通讯单元、计算机、管理软件等，数据采集系统包括集中器、采 集终端、电度表等。如何选择自动抄表抄表方式，是自动抄表系统在我国应用的 重要问题之一，目前的自动抄表方式主要有：无线电通讯方式、总线方式、电话 线拨号方式、低压电力线载波方式、短消息方式等。自动抄表系统的通信包括两 部分内容，下行通道( 指集中器与采集器之间) 一般利用低压载波或总线的通讯 方式，上行通道( 指集中器与管理中心之间) 的通信根据信道介质不同有电话线、 电力线载波、光纤和无线等多种方式。 目前，车载无线抄表、电力线载波抄表、近地集中抄表和远程控制抄表等各 种形式的自动抄表系统已在我国各地进行了试点运行h 。在我国经济较发达地区， 如广州、上海等地自动抄表系统大规模的投入计划已提上日程。 随着计算机技术、通信技术、网络技术和微电子技术的飞速发展，自动抄表 技术水平将不断得到提高，自动抄表的成本会臼益降低，抄表的效率、可靠性和 准确度会进一步提高。完全有理由相信，电能自动抄表系统将在电能计量管理、 监测和测控等方面发挥越来越重要的作用l l 。 2 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 1 2 重庆市低压电能用户自动抄表系统概述 为适应电力企业走向市场的需要及商业化运营的要求，国家电力公司要求电 网经营企业建立适应商业化运营的电力营销自动化支持和决策系统，努力提高企 业经济效益。远程集中抄表系统是电力营销自动化支持与决策系统中最基础的一 部分，是供电公司为提供可靠决策依据、适应生产管理和经营管理的要求以及将 来电力商业化运营要求扩展功能而构建的一个基础平台。 基于形势需要，到目前为止，在许多供电企业组建了多样抄收方式且规模不 等的自动抄表系统。据了解，现有或建设中的抄表系统可谓有成有败，有的系统 达到了预期的建设效果，推动了供电企业科技营销的步子，提高了企业劳动生产 率；而有些自动抄表系统建设效果欠佳，运营状况较差，使投入产出比大打折扣j 。 随着重庆电力市场化改革的深入，市场意识逐渐加强，现代化的营销理念要 求电力营销部门不断提高工作效率和降低成本。为此，重庆市电力公司积极寻求 先进的计量设备、高效而经济的抄表手段和分析统计模式，其中建设自动抄表系 统无疑是一项重大举措。 重庆市地形地貌复杂，气候季节性变化较大，拥有居民3 1 4 4 2 3 万人，因此 其低压电能用户的特点主要表现为：用户类型复杂、用电量季节性差异较大、用 户数量巨大。目前重庆市低压电能用户抄表仍然以人工为主，而重庆市低压电能 用户的特殊性恰使人工抄表的种种弊端凸现出来，特别是对于电能相对紧缺而低 压电能用电量又占相对较大比例的重庆地区而言，人工抄表不准确、不及时的特 点，线损不能准确统计，发电和用电的平衡工作很难开展。 重庆市低压电能用户自动抄表系统的建设有一定的复杂性和难度。主要表现 在：首先，低压电能用户数量巨大，自动抄表系统的建设或改造需要大量的资金； 第二，重庆市地形地貌复杂，在自动抄表系统所采用的通讯方式上必须合理考虑 各种制约因素。 但上述原因并不足以构成制约重庆市电力公司建设自动抄表系统进程的因 素。针对上述问题做如下简要分析： 首先，重庆市固定资产的投资尽管在国家宏观调控的背景下增速有所回落， 但国家投资的基础设旌建设仍然有2 5 5 的较高增长。同时全国各电力公司包括重 庆市电力公司正处在市场化改革大潮的浪尖，若想大展宏图必然要面对和适应市 场，企业求生存发展，投资来源的多样性必不可少可。除国家对电力基础设施的 投资以及电力公司自筹资金外，可适当考虑自动抄表系统的招商引资、借用外力 建设和运营自动抄表系统。解决资金问题，一靠政策，二靠观念。 第二、目前，自动抄表系统地的通讯方式很多，各有优缺点和适用范围，有 足够的选择空间供电力公司选择因地制宜的抄表方式，形式多样的自动抄表系统 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 只要配合完好、相得益彰，将使系统更加稳固可靠。 同时应该清楚的认识到现代自动抄表系统的特点及优势： 第一、提高工作效率及优质服务水平。由于自动抄表系统可靠性、稳定性、 准确性较高，能够有效保证用户计费档案的及时性和准确性，避免了错钞、漏抄、 估抄的现象，使服务水平登上一个新台阶。 第二、为领导决策提供有利的依据。现运行的自动抄表系统多为在线抄表， 并具备各种查询及统计功能，有关领导可随时监督检查抄表情况，查询用户信息， 进行用电电量、线损管理及电量收费统计、分析，准确掌握市场信息，从而为领 导决策提供有利的依据。 第三、支持配电自动化系统。配电自动化系统是一个集保护、安全监控、负 荷监测、自动计量、用户信息等于一体的实时监控系统，自动抄表系统的建成可 有力的支持配电自动化。 基于以上考虑和认识，重庆市电力公司于2 0 0 3 年开始酝酿构建全市的低压电 能用户自动抄表系统，并于同年成立了重庆市自动抄表系统建设项目领导小组。， 为保证系统建设的可靠性，为今后推广普及工作积累经验，重庆市电力公司已先 后在沙坪坝、渝中区、南岸区等地建成试点性质的低压电能用户自动抄表系统数 套，并投入运行。 沙坪坝区供电局1 0 k v 线路自动抄表试点工程采用通讯方式最多( 电力线载 波、g p r s 、电话线、无线电) 、规模最大、用户类型多样。该系统于2 0 0 4 年2 月 竣工，经验收合格，投入运行至今。 城区供电局自动抄表试点工程通讯方式采用公网g s m 及r s 4 8 5 总线方式， 规模较小，主要用户为居民用户。该系统于2 0 0 4 年5 月竣工，经验收合格，投入 运行至今。 南岸区供电局自动抄表试点工程通讯方式主要采用公网g s m c d m a 、 m b u s 总线及短距离的无线电方式，规模较大，用户类型多样。该系统于2 0 0 4 年4 月竣工，经验收合格，投入运行至今。 试点的三套自动抄表系统系统采用的通讯方式灵活多样，系统规模适中，可 为重庆市未来的自动抄表系统建设提供了有效的研究模型。通过对该三套系统进 行分析、比较、评价，可分析、总结重庆市电能自动抄表系统地指导思想、应用 原则和框架方案，具有十分重大的意义。 1 3 本文研究内容及意义 为使重庆市自动抄表系统的实施能够因地制宜、科学合理和安全实用，本文 将对重庆市电能远程自动抄表系统的应用方案进行分析论证。同时，重庆市地形 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 地貌复杂，低压电能用户类型复杂多样，通过对重庆市低压电能用户自动抄表系 统的研究，必然对全国自动抄表系统的推广应用具有重要意义。 本文的主要工作内容如下： 1 、详细阐述和分析电能自动抄表系统的基本原理，包括系统原理框架、基本 应用方式、特点以及关键的技术问题。 2 、较为全面地分析目前主要的几种抄表方式的特点和应用，包括载波方式、 总线方式、无线电方式、电话线方式以及g s m g p r s 抄表方式等。 3 、对试运行的自动抄表系统进行详细的技术经济比较、总结和评价。 4 、探索重庆市电能自动抄表系统的指导思想、应用原则和框架方案，为重庆 市以至全国的电能自动抄表系统的广泛应用提供有价值的参考 重庆大学硕士学位论文 2 自动抄表系统基本原理 2 自动抄表系统基本原理 2 1 自动抄表系统的构成 自动抄表系统是以各种通讯方式作为载体的客户信息采集系统，对不同用户 的用电数据自动采集、存储、传输、统计及综合分析的系统i 坦j 。自动抄表系统主 要由电能表、采集器、集中器、数据传输通道、主站系统构成，通过网络可以和 供电局的营业收费系统相连，实现抄表收费一体化。图2 1 所示为一典型的自动抄 表系统的结构图。 基波 集中墨 i 挣电蛰袅直f 琳袭嚣r 冲电戆袭疽机麓袭 图2 1 自动抄表系统结构示意图 f i g 2 1s i g n a lf i g u r eo f a m r sf l a m e 典型的电能自动抄表系统可分解为前端采集子系统、通信子系统和中心处理 子。 l 、前端采集子系统 按照采集数据的方式不同，电能计量自动抄表系统可分为本地自动抄表系统 和远程自动抄表系统两种。 本地自动抄表系统的电能表一般加装红外转换装置，把电量转换为红外信号。 抄表时操作人员到现场使用便携式抄表微型计算机，非接触性地读取数据。而远 程采集系统由电子式电能表或加装了光电转换器的机电脉冲式电能表构成系统的 最前端，集中器通过各种方式采集电能表电能数据。 2 、通讯子系统 通信子系统是把数据传送到控制中心的信道。为了适应不同的环境条件以及 成本要求，通信子系统的构成有多种方案。按照通信介质的不同，通信子系统主 6 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 要有光纤传输、无线传输、电话线传输和低压电力线载波传输等。 按照抄表系统线路连接结构的不同，通信系统可分为星型通信系统和总线型通 信系统两种。星型通信系统是一种以中心处理工作站为中心点，以发散的方式分 别通过通信信道与集中器连接，形成一对多的连结构架。信道通信要求数据量较 大，要求有一定的传输速率和带宽。一般光纤、无线和电话线通信都采用该连结 方式。总线型通信系统以一条串行总线连接各分散的采集器或电能表，实现各结 点的互连，其特点是信道上结点较多，传输速率低，传输距离短，因此一般用于 底层( 采集器、集中器层) 电能数据的采集。低压电力线载波以及各类现场总线网是 常见的总线型结构。 3 、中心处理子系统 中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个电能计 量自动抄表系统的最上层，所有用户的用电信息通过信道汇集到中心站，管理人 员利用软件对数据进行汇总和分析，作出相应的决策。如果硬件允许，还可直接 向下级集中器或电能表发出指令，从而对用户的用电行为实施控制，如停、送电 远程操作。 由于抄表要处理的数据量大，因此要求中心工作站的硬件必须有一定的运算 和存储能力，软件上要求操作系统稳定可靠，抄表软件必须具有处理大量数据的 能力。典型的抄表软件具有如下功能：远程设定抄表集中器和采集器内的参数； 抄收整个系统中所有电能表的数据；使中央控制站可远程地对用户电能表进行断 电和送电控制；运行数据库可生成用电量日报、月报，进行电费结算；使系统可 进行查询管理，对异常用户给予告警提示等【l 。 2 2 自动抄表系统的特点、基本功能和性能指标 2 2 1 自动抄表系统的特点 l 、方便抄表工作。远程自动抄表实现了电能表数据抄录的计算机管理，抄表 人员足不出户就可以对电能表的数据及时准确地进行抄录，极大地方便了抄表工 作。 2 、系统运行稳定可靠、采集数据迅速准确。主站系统在抄表时，对数据采集 处理装置进行校时，使各采集装置所抄录的电能表数据的时间保持一致，从两保 证了区域电量平衡、母线电量平衡、线损统计准确、可靠：由于剔除了人工现场 抄表的不利因素，使得抄录的电能表数据的准确性从技术上得到了保证；主站系 统能随时对电能表的数据进行采集，对采集到的数据进行统计分析，可随时对计 量装置的运行情况进行监测，及时发现异常情况，及时处理，以避免为企业带来 经济损失，同时，也为电量分析和电网商业化运营、实现即时结算提供了可靠的 7 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 技术支持。 3 、原始数据的唯一性。网络系统在设计上，严格遵循电能量数据唯一性、安 全性以及不可修改性的原则。抄表工作站的操作要经过严格安全检查和登录操作， 抄回的数据定义为只读不可修改，其余工作站的数据处理来源于抄表工作站抄回 的数据信息，各工作站的任何操作均不能改变原始的数据信息。 4 、可扩展性：该系统可以将用户的电能表表号、电能表指示数生成一数据库， 通过编程很容易实现与电费核算、银电联网电费划拨系统的接轨，从而使抄表、 核算、收费全部自动化。以提高用电管理的现代化水平，加快无笔化作业的进程。 2 2 2 自动抄表系统的基本功能 1 、抄表功能 自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网络读取用户计量仪表中计量数 据，计量数据包括实时计量数据和历史计量数据。 2 、监测功能 自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网络读取用户计量仪表或设备运 行状态，根据运行状态给予报警提示。 3 、参数设置功能 自动抄表系统利用数据交换设备并通过通信网络对( 用户计量仪表中) 运行设 备的参数进行修改和更新。 4 、其它增值服务功能 根据需要在自动抄表系统中添加其它的增值服务功能。可以根据需要自行定 义。 2 2 3 自动抄表系统的性能指标 1 、比特差错率 比特差错率是规定时间内接收的有差错的比特数和发送的比特总数的比值。 2 、残留差错率 自动抄表系统中的残留差错率是规定时间内被错误接收且未被检出的数据块 ( 帧、信息包、报文等) 的数量和发送的数据块的数量的比值。 3 、数据完整性 数据完整性是指保证数据正确的特性，包括实体完整性、域完整性和参照完 整性。 自动抄表系统的数据完整性会因它能避免或检测出数据在传输过程中的错误 而提高。提高数据完整性的基本方法是在发送数据中附加信息，以便接收机检测 纠错。 4 、响应时间 8 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 响应时间是自动抄表系统中要求执行命令时刻和命令执行完毕时刻之间的时 间。 5 、系统平均无故障时间 平均无故障时间是修复产品的可靠性的一个基本参数。其度量方法为：在规 定的条件下和规定的时闯，产品的寿命单位总数与故障总数之比：或者说，平均 无故障时间是可修复产品在相邻两次故障之间工作时间的数学期望值，即在每两 次相邻故障之间的工作时间的平均值，用m t b f 表示，它相当于产品的工作时间 与这段时间内产品故障数之比。 6 、数据抄收成功率 数据抄收成功率可以表现为两种情况，在特定时刻对特定的计量仪表的一次 抄收成功率，或在某一固定时间段内对特定的计量仪表的多次抄收成功率。 一次抄收成功率主要用来考核具体的通讯物理信道的数据传输情况，多次抄收成 功率主要用来考核自动抄表系统数据通讯的稳定性。 7 、电磁兼容性 自动抄表系统中的计量仪表和本地终端设备应该进行电磁兼容试验，应满足 g b t 1 7 2 1 5 中5 5 的规定，同时浪涌抗扰度试验应满足g b t 1 7 6 2 6 5 1 9 9 9 的规定。 特殊终端设备的电磁兼容性测试也可以参照相关的行业标准进行。 8 、气候条件 自动抄表系统中的计量仪表和本地终端设备应满足g b t 1 7 2 1 5 中4 3 的规定。 9 、信息交换的安全性 自动抄表系统中信息交换的安全性是指所有数据必须保证是在合法的设备和 计量仪表之间进行数据交换，并且交换的数据不能够被非法破译、修改和重放。 包括如下两方面的内容： 客户机和服务器的身份验证：身份验证使服务器能够对客户机的身份进行控 制，以便向客户机提供适当的访问权限。如果身份验证是双向的，客户机也能对 服务器进行控制，以便检测设备是否被替换。 身份验证可以是密码( 口令) 验证，也可以是密钥认证。 交互数据的保密性：数据的保密性用于保护交互的数据，以防可能的非授权访问 和修改。它还可以划分为两种方式： 1 、交互数据的机密性保护：通过对交互数据进行加密来完成，保证传输的数 据是密文。 2 、交互数据的完整性保护：对传输的数据附加校验码，只有校验码正确的数 据才能够被接受自动抄表系统可以根据实际需要，设置不同的安全级别。 9 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 2 3 数据信号的采集、传输处理 一个自动抄表系统是否成功，最终取决于其采集、传输的数据是否准确、可 靠【2 9 1 。 传感器、自动化仪表以及集成技术的进步，使得无论是机电脉冲式还是全电 子式电度表已能够较好的满足现今自动抄表技术的需要。对于机电脉冲式电能表， 只需在表内安装光电转换模块和相应的接口，即可实现反映用电量的电信号输出。 这类模块和接口具有成本低廉、小巧且易于拆装等特点，因此对目前仍在大量使 用的感应系电度表的改装是可行且易于实现的。对于全电子式电度表，可直接读 取其脉冲输出。有的新型全电子式电度表本身安装有多种接口，适用于模拟、数 字等各种通信模式。今后相当一段时间内，自动抄表系统的终端采集装置将以上 述两种仪表为主。 再则，汇集数据的采集器和集中器等装置，可通过单片机、存储器和接口电 路等方便地实现，并且已经有了比较成熟的产品。因此，数据采集、处理并不构 成自动抄表系统中的难点【3 l 】。 通信信道的选取直接关系着数据传输的准确、稳定和速度。任何一种传输通 道及链路都不可避免的存在着不同程度的干扰。能否依据所选定的传输通道及通 讯方式的特征，对其信号、数据采取相应的数据传输处理方式和检测方法，将会 直接影响到自抄系统的成败。根据对国内外有关电力线载波通讯技术进展的研究 和试点运行效果的综合分析，可以说，我国在理论和实践上，已经研制成能够适 应我国配电网特点的电力载波微弱信号的数据传输处理方式和检测方法，并取得 比较令人满意的效果。近来，随着对扩频技术研究的深入，低压电力线载波中干 扰大的问题正逐渐解决吲。 我国的自动抄表系统的研究虽然起步较晚，但发展较快，在总体运行环境不 佳的情况下，自动抄表系统数据的采集、传输及处理通过各种技术手段的应用， 基本能够达到准确、可靠的要求。 2 4 自动抄表的通讯方式 通讯方式的选择是设计自动抄表系统的首要任务，它直接关系到系统的性能。 常见的自动抄表通讯方式有以下两种分类方式“： 1 、若按连接方式分，则自动抄表系统的通讯方式主要有星型和总线型连接方 式。 星型连接通讯是以工作主站为中心，以星型发散的形式分别通过通讯信道， 与分散于各地的集中器连接，形成1 对n 的连接形式。这种方式下由于信道通讯 数据量大，要求有一定的传输速率和频宽。 1 0 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 总线型通讯以一条串行总线连接各分散的采集器或电度表，实行各节点的互 连。这种方式下，信道上节点多，传输速率也不会很高，一般用于底层的电能数 据的采集。常见的有r s 4 8 5 总线网和低压电力线载波通讯网，也有采用l o n w o r k s 等现场总线构成通讯网的。由于电力线完全由电力部门控制，如果用电力线实施 载波通讯，不需要再投资铺设通讯线路，不仅可大大节约资金投入，且还具有维 护量小的特点；再则，用低压电力线作通讯信道可以实现灵活的“即插即用”。尤 其是近年来扩频通讯技术的较成功应用，使得低压电力线载波通讯越来越多地用 于自动抄表系统。利用低压电力线作为自动抄表系统的底层数据通道，成本低、 方便准确u w 。 2 、按信道介质分，常见的自动抄表通讯有电力线载波通讯、电话线通讯和无 线通讯等方式。下文将就此一一详述。 2 4 1 电力线载波方式 在自动抄表系统的通讯系统中，上行信道一般采用无线传输、专用电缆传输 或电话线传输等方式。下行通道数据是在集中器到采集器之间进行传输，传输范 围在一个供电台区内，其传输距离短、分散，而且传输数据量小。选择低压电力 线载波实现下行通道数据的传输具有一定的现实意义，可以大大减少投资和对线 路的维护成本l i ”。由于低压电力载波方式其自身的特点受到广泛的重视。已入网 试运行的低压电力用户抄表系统产品中8 0 为低压电力线载波方式l i o j 。图2 2 所 示为一典型的基于电力线载波的自动抄表系统的结构图。 图2 2 基于低压电力线载波的自动抄表系统结构示意图 f i 9 2 2s i g n a lg r a p ho f a m r sf 1 a n l ct h a tb a s e do l lp o w e v l m ec a r r i e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y 但是电力线载波通讯方式也有其不可避免的制约因素。影响电力线载波传输 质量的主要因素有电力网络的阻抗特性、衰减特性及噪声的干扰。前两者制约信 号的传输距离，后者决定数据传输质量。特别是低压电力线上的信号衰减特性和 重庆大学硕士学位论文 2 自动抄表系统基本原理 干扰特性非常复杂，而且随机性、时变性大。由于在低压电力线上存在诸多载波 信号的信噪比急剧下降的因素，使得载波信号难以在一个供电区域内较好的传输， 就必须采用多种技术措施，才能构造出性能满足实际需要的载波抄表系统”。 常用的电力线载波技术有： 1 、窄带通讯方式( n a r r o wb a n d ) 窄带通讯方式价格低廉并且较易实现。但窄带技术的缺点是抗干扰能力较差， 尽管窄带通信中的接收器具有较窄的带宽，使仅有小部分噪声能进入接收器，但 由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因数，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干 扰，引起它对传输来的信号产生误操作；而使用低品质因数的滤波器又会使通带 带宽加大，令更多的噪声进入接收器，所以窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。 2 、双音多频调制方式 双音多频是利用数字合成技术的一种编码方式，是窄带频率调制的一种，传 输信号的方式不是脉冲而是由两个音频信号组成的混合信号。 3 、线形调频脉冲方式 它是利用一系列短促的、可自同步的扫描频率c h i r p s 作为载体，由于c h i r p s 信号的线形扫描带宽比信号带宽要大得多，其线性加速度也较高，而等幅震荡波 干扰的频率加速度一般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角 加速度的信号，就可以将等幅振荡波干扰排除在外。另外，此种c l 1 i f p s 波形还具 有很强的自相关特性，这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备可 以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形，并且不需要在发送和接收设备 间进行同步。 4 、多载波调制方式( m u l t i e a r r i e rm o d u l a t i o n m c m ) 多载波调制是一种多载频并传体制，其基本原理是将输入信息转换成多路并 行信号，对相互完全正交的一组载波进行调制。由于各载波之间的正交性，就完 全消除了彼此之间的串扰，同时可以在接收端利用相同的正交载波组来恢复原始 信号。利用m c m 本身的并行正交调制特性，可以有效抑制电力线上的脉冲噪声 和窄带噪声。但在实际系统中，由于信道畸变和噪声的存在，各子载波间常常遭 到破坏，因此存在着由于非严格正交产生的子信道间的串扰，在系统设计中不得 不采取措施克服这些干扰。 5 、超窄带通信方式 电力传输线上的电磁干扰都具有一定带宽，其功率虽大但在任意窄带通道内 的值就很小。当信号在一个极窄的通道内传送时，就可以以小功率获得大的信噪 比。 6 、基于数字信号处理( d s p ) 的通信方式 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 由于含有数字信号处理( d s p ) 的接收器内部可以含有多位的接收相关器、 脉冲噪声消除器、失真矫正等数字化处理手段，可以实现比较复杂的差错检验及 矫正算法，这类通信技术可以有效地提高传输的抗干扰性能。例如，使用了前向 纠错技术之后，在电力线噪声的情况下，可以提高通讯性能达1 4 d b 。 7 、扩频通信方式( s p r e a ds p e c t r u m ) 扩频技术中分为：直接序列扩频、跳频扩频、直扩跳频混合系统、时间跳变 系统。扩频技术有如下优点： 1 ) 抗干扰性好。 2 1 扩频系统使用码周期很长的伪随机码，通信保密性好。 3 ) 扩频技术把被传送的信号带宽展宽，从而降低了系统在单位频宽内的电波 “通量密度”，可以解决常规通信拥挤的问题。 4 ) 用扩频技术组成多址网时，网同步易于实现，易于实现随机接入。 5 ) 扩频系统为数字系统，采用新型器件( i c 、s a w 、c c d ) 等，易于实现低 功耗、小体积。 随着低压电力线载波数据通信技术的日益成熟和完善，并在可靠性、通信速 率等方面不断得到提高，我们相信利用低压电力线这一巨大的“网资源”，进行高 速率数据通信，将对通信手段的变革产生深远的影响，并将给电力行业带来巨大 的经济效益和社会效益。 2 4 2 总线方式 同电力线载波方式相似，总线方式是目前国内自动抄表系统采用较多的一种 通信方式，且多被用于下行数据的传输信道。其数据传输速度较快，可靠、稳定， 通信质量较高，一次性安装成功率高，调试维护方便，性能价格比好。但布线工 作大，通信信道易受外界因素破坏，且被损坏后故障排除困难，信道后续维护工 作量大。目前常用的有r s 4 8 5 总线、m b u s 总线和c a n 总线等。 r s - 4 8 5 支持半双工或全双工模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构， 不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串联起来。从总线到每个 节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。 r s 一4 8 5 总线，具有高噪声抑制、宽共模范围、长传输距离、冲突保护等特性，但 还需要考虑合理的应用和网络布局、连续的信号通道、周全的保护措施等，在设 计之初就应有总体规划“。 m b u s ，总线协议为主从结构半双工通讯方式，可进行一主一从或主多从的 操作，网络拓扑结构一般采用总线型拓扑结构。数据传送具有高度的完整性和快 速性【1 9 1 。 c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 即控制器局域网络，属于工业现场总线的范 重庆大学硕士学位论文2 自动抄表系统基本原理 畴。现场总线是一种开放式、数字化、多点通信的控制系统局域网络，是当今自 动化领域中最具有应用前景的技术之一。与一般的通信总线相比，c a n 总线的数 据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计， c a n 总线越来越受到人们的重视。c a n 已经形成国际标准，并已被公认为最有前 途的现场总线之一【2 0 1 。 现场总线种类繁多，应用较广泛的的还有l o n w o r k s 、p r o f i b u s 总线技术等， 原理基本相同，本文将不一一赘述。 2 4 3 无线方式 广义的无线方式包括卫星通信、无线电波、红外线、短消息等技术方式。 l 、卫星通信 利用近地轨道卫星通信系统传送和接收数据信息，可实现远距离异地联网， 以抄读难以超收的计量仪表数据信息。国内还未将这种高效通信方式用于自动抄 表。 2 、无线电波 分为使用小功率无线发射装置的现场手持无线抄表和使用小型大功率无线电 台的远程无线抄表方式j 。前一种方式与红外抄表方式类似，且通信距离更远， 实用性更强。但信号在传输过程中不够稳定，无线发射装置本身也存在功耗问题， 因而目前没有广泛推广。后一种方式覆盖范围广，技术比较成熟，实时性较好， 且成本较低。但通信时需要申请频点使用权，因而对使用场合有一定限制，故实 际中，多用于大用户电力负荷的无线监控及用电管理系统中【2 2 】。无线抄表在发达 国家和地区早已盛行，不少国家已进入实用化阶段田j 。 3 、红外线 在红外可视距离内，能非接触地读取仪表数据，操作简单方便，实现可靠， 且成本较低。但信息传输距离较短，对方位性要求高，且系统的自动化程度较低， 适合在计量仪表相对集中的城市居民区应用。 4 、短消息 该方式在