1、 基于“RobuNet無線自組網”的自動集抄以及GPRS通信網的配網自動化系統RobuNetTM Wireless Self-forming Network，Automated Meter Reading and Distribution Automation System 11一、對比現有其它技術，無線自組網是中低壓用電管理的優(yōu)選方案 我們一直在不懈努力實現計量管理的自動化，從而解決目前存在的一系列用電管理難題，如線損高、人工抄表效率低、電費結算實時性差，中小動力用戶的監(jiān)控、防竊電、限電、對關口及配變計量的監(jiān)測，等等。一套滿足我們要求的自動集抄和配網自動化系統是解決上述難題的關鍵。該系統應具

2、備： 高可靠的通信信道（包括當前可靠性和未來可預見的可靠性）； 網絡化，智能化； 集抄和監(jiān)控系統應同時囊括小區(qū)中小動力三相多功能表和單相表； 高的抄收成功率； 實時的系統抄收響應； 依供電部門要求, 通過網絡可實現表計遠程斷送電和遠程預付費功能； 低的差錯率（殘余差錯率趨向于零）； 符合使用國際的技術標準； 非常便利的施工安裝； 便于供電部門的資產管理； 優(yōu)異的性能價格比； 自動集抄和配網自動化系統由智能表計、配網終端、主站后臺管理和數據庫以及通信信道裝置組成。對通信信道而言，又分為上行信道（主站與配網終端之間）和下行信道（配網終端與數量龐大的表計之間）。當前主站后臺管理系統、數據庫及智能表計

3、已趨于成熟 。而且隨著2.5G 移動數字網的大量應用，基于“通用分組無線業(yè)務”GPRS（General Packet Radio Service）或CDMA通信網的上行信道已邁入實用化階段。但“l(fā)ast mile” 即最后一公里的下行信道成為瓶頸。從集中器到用戶的表計，直至不久以前，下行信道尚無真正可行的解決方案。由于“l(fā)ast mile” 面臨用戶數量大，現場環(huán)境復雜（有些甚至相當惡劣），通信媒介質量低，成本壓力大等一系列難題。目前市場上可獲取的方案包括：有線RS485、電力線載波（PLC）以及無線點對點（手持無線PDA或無線抄表車）等。有線RS485或MBUS作為一種專用有線通信信道，其通

4、信可靠，但要作為一種通用方案，要求將所有表計用導線連接起來，這類似新建一個全國范圍有線網，從工程施工的角度來看，幾乎不可行。PLC技術雖然利用現有的低壓供電網，無需鋪設新線，但目前PLC的應用還存在許多問題： 抄收成功率低。PLC在低壓電網上面所面臨的主要問題包括：高衰減（有高達130dB 的記錄）、低阻抗、諧波干擾和污染嚴重（尤其是大量 的變頻負載）、幾乎不可預測的拓撲結構， 等等。使得PLC技術在國內的應用步履維艱。即使采用有序擴頻、跳頻、多載波調制、正交調制、鏈碼自適應調制、糾錯、跳時、拓撲自適應中繼等技術措施，PLC仍然無法提供實時可靠的抄收。 未來低壓電網特性的不可預見及不可控，是P

5、LC難以逾越的另一個 障礙。目前，尚無完備的國家規(guī)范來約束低壓電網的干擾源，而且干 擾偵測困難。即使PLC系統在初期驗收時能夠正常工作，但并不能保 證未來電網有新的用電設備加入后，PLC產品仍能成功抄收無線手持PDA走抄和無線抄表車，因為沒有根本解決實時和效率的問題，也很難成為主要的解決方案。許多世界其它國家，包括發(fā)達國家及中等發(fā)達國家，都已開始試裝或正式列裝無線自組網技術及產品，例如，澳大利亞四大供電集團Energy Australia, Powercor, Citipower及SP-AusNet；美國南加州Edison 供電公司等?；跓o線網狀網絡的自組網技術，用于電能數據自動收集，監(jiān)控及

6、遠動，具有許多傳統技術不具備的優(yōu)勢：極高的抄讀可靠性（經RobuNet無線信道的一次抄讀成功率優(yōu)于99.5%, 真正滿足對于數據的實時性要求，是控制線損和實時監(jiān)控的技術基礎）；足夠的數據帶寬（可將大數據量的三相多功能電表囊括在同一網絡內，實現對其的重點監(jiān)控。而低數據率的現有載波技術，無法完成這一任務）；可實現先進而可靠的用電管理手段，如：無卡遠程預付費（基于可靠的信道，購電金額從后臺直接下發(fā)至表計，可取消難以管理的各類電能卡）；遠程斷送電。Robulink Technology 銳拔科技針對業(yè)界現狀，深入研究對比所有可能的技術方案，包括世界前沿短距無線通信發(fā)展趨勢，獨創(chuàng)地開發(fā)出RobuNet短

7、距無線自組網技術，并成功將其應用于自動抄表，監(jiān)控及遠動系統。銳拔科技作為核心成員之一, 已開始參與國家標準社區(qū)能源計量抄收系統規(guī)范的起草, 將為此國家標準的制定提供建議。 國內采用RobuNet無線自組網技術進行試裝或正式列裝，包括已決定試裝的供電局有：蘇州市太倉供電公司，廣東肇慶供電公司，山東濟寧供電公司等，該技術的現場運行表現優(yōu)異。澳大利亞供電公司Powercor 和Citipower也正在對RobuNet無線自組網技術進行最后評估。二基于RobuNetTM 無線自組網的自動集抄以及GPRS通信網的配網自動化解決方案 1系統總體構架 如圖1所示。一個典型的RobuNet無線自組網自動集抄及

8、配網自動化系統由以下各部分組成: 內嵌RobuNet無線模塊的各種電子式電能表, 如單相表, 內置遠程通斷繼電器單相表, 內置遠程通斷繼電器單相預付費表, 三相多功能表, 內置遠程通斷繼電器三相預付費表等。內嵌RobuNet無線模塊的遠程通斷繼電器單相預付費表，和內嵌RobuNet無線模塊的小區(qū)內三相多功能表混合組網的模式為優(yōu)選方案。帶遠動功能的預付費用電模式，以及小區(qū)周圍中小動力用戶三相表的集抄和監(jiān)控，將給供電部門帶來巨大效益。對現有小區(qū)進行自動集抄及配網自動化改造, 可采用RL224D型RobuNet無線采集器, 經RS485與單相或三相電能表相連，如以臺變?yōu)橛秒姽芾碜泳W，則同一臺變的全部

9、RobuNet無線采集器與所屬RobuNet無線集中器自動組成網絡。 RobuNet無線集中器, 作為RobuNet短距無線網的網關, 通過下行信道對網內各類電能表進行抄收, 管理, 和遠程通斷等操作, 并經上行GPRS信道與后臺主站相連。為適應當前配網自動化的發(fā)展趨勢, 本方案采用PBT2-C2W型三合一配網終端 (包括RL124D型RobuNet無線集中器, 配網管理及上行GPRS模塊, 和配網電能表, 后兩部分由深圳浩寧達以及深圳銀駿科技提供)。用戶側前置機 (或稱網關, 經GPRS與配網終端相連), 以及電能管理后臺數據庫主站 (深圳銀駿科技提供)。系統一旦上電，RobuNet無線集中

10、器會依后臺主站數據庫下發(fā)的設備號，和全部內嵌RobuNet無線采集模塊的各類電能表（或RobuNet無線采集器）自動組網（或由主站下達組網命令）。待組網完成后，即可開始抄表 （包括單抄、透抄、集抄）。除自動抄表外，系統還具備一個完整的AMR系統所應擁有的全部功能： 自動上傳報警 (如三相多功能表過載和表殼開啟, 預付費表遠程送電故障, 等)； 自動網絡維護、自診斷； 下傳購電量 (針對預付費電能表)； 遠程拉合閘 (針對內置通斷繼電器電能表)； 電量凍結； 網絡校時； 加裝新的表計, 等；2RobuNet無線自組網“l(fā)ast mile”最后一公里解決方案 鑒于以下理由，無線信道是最有前途被選為

11、AMR“l(fā)ast mile” 的通信媒介： RobuNet短距無線自組網技術的突破性進展，改變了無線抄表僅限 于點對點或點對多點的局限，使得網絡化、智能化、低功耗、低成本、 高可靠、實時性強的集中抄表成為現實。 國家無線電管理委員會于2005年10月1日頒布實施的微功率（短距離）無線電設備的技術要求，規(guī)定470-510MHz可作為民用無線電計量儀表使用頻段。從法律上保證了無線AMR的頻率資源及技術條件，使得所有符合此標準的無線AMR產品在具備自適應能力的基礎上，安全工作于指定的無線頻段。 無線集成電路的最新發(fā)展，在技術上為低成本高集成度應用系統的研 制，提供了條件。 無線方案極大降低了安裝施工

12、的工作量和費用。 無線方案與復雜的低壓電網特性無關，優(yōu)化設計的無線AMR系統，具有適應各種現場環(huán)境的能力。單相電能表單相或三相電能表RobuNet無線采集器RobuNet無線采集器臺變B專用光纖控制指令VPN專線具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的三相電能表臺變AWEB服務器通信工作站通信工作站接入交換機WEB服務器通信工作站10KV線路防火墻CDMA/GPRS上行信道配變終端RobuNet 無線集中器CDMA/GPRS上行信道配變終端RobuNet 無線集中器具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的單相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的單相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊

13、的單相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的單相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的三相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的三相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的三相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的三相電能表具有RobuNet表內嵌無線采集模塊的三相電能表10KV線路圖1 基于RobuNetTM 無線自組網的自動集抄以及GPRS通信網的配網自動化解決方案 無線信道是最佳的四表合一自動抄收媒介，有線接入方案不適于水表、 氣表、熱能表的網絡化集中抄表。為各類表計單獨建設一套網絡化集 抄系統，顯然是資源的巨大浪費。RobuNet AMR系統已預留無線信號

14、接口給水表、氣表、熱能表，下一代RobuNet AMR系統將為四表合一 集中抄表提供完整解決方案。 正如上述背景介紹中所描述，一般點對點，以及點對多點的無線通信技術，并不能解決AMR系統“l(fā)ast mile”的問題。利用銳拔科技（Robulink Technology）RobuNet短距無線自組網技術，能很好解決下行信道難題，在國家規(guī)劃的無線頻段內，提供給用電管理部門一個技術先進、實用可靠的集中抄表和遠動解決方案。三、RobuNet無線自組網集中抄表系統技術優(yōu)勢RobuNet無線自組網技術是在研究了世界范圍眾多前沿無線Ad-Hoc組網理論和系統，包括Zigbee等技術的基礎上，針對網絡化集中抄

15、表復雜的應用環(huán)境，創(chuàng)造性地發(fā)展出來的最新解決方案。它具有技術起點高，環(huán)境適應性強、成本優(yōu)化、穩(wěn)定可靠、響應快、高度智能化、易于安裝等特點。其技術優(yōu)勢包括：1 自適應組網的mesh network：RobuNet是基于mesh network構架的自適應無線網絡。組網過程自動完成，現場無需人工設置參數。mesh network的一大優(yōu)勢是具有冗余的數據傳遞路徑，使得網絡本身具有高可靠性，實現非視距傳輸，并有效降低傳輸功率，減少相互干擾、提高信道利用率。同時，RobuNet還能自動修復那些處于突發(fā)環(huán)境干擾中的網絡路徑。2 高度頻率自適應機制：RobuNet采用智能化的具有前瞻性的無線頻率自適應技術

16、，從設計上保證了用RobuNet組成的自動抄表系統，能夠長期穩(wěn)定工作于國家無線電管理委員會劃定的短距微功率AMR頻段，而且能避免與相鄰小區(qū)其他短距微功率AMR系統之間的干擾。采用RobuNet無線網絡的各相鄰集中器和各相鄰小區(qū)，能夠無互擾地獨立工作。3 良好的魯棒性（robustness）和很高的一次抄讀成功率：RobuNet所有的硬件及軟件的設計考量，都是針對工業(yè)現場環(huán)境，系統內所有電能表，經RobuNet無線信道的一次抄讀成功率優(yōu)于99.5%。4 快速的系統響應： 空中數據速率19.2Kbps，在一個典型的小區(qū)臺變下采用RobuNet技術的AMR系統，單次單表抄讀響應時間典型值為5秒左右或

17、以內。5 快速可靠的信道支持小區(qū)三相多功能表的抄收和表計特殊數據主動上傳功能，如遠程拉合閘，三相表過負載報警等，不僅解決長期困擾的下行信道不可靠帶來的小區(qū)中小動力三相表抄收難題，并且使自動監(jiān)控和遠動等功能成為現實。6 彈性的系統容量：一個RobuNet系統支持的電能表數量從很少直至上千只（例如1016只）。并考慮了未來多個RobuNet系統的級聯，以減少集中器上行信道GPRS的運行費用。7 良好的數據安全性： RobuNet系統空中的無線數據，采用64位DES加密，具有高度的保密性。8 極低的數據差錯率：任一單次通信過程，以及端到端全程數據通信，采用二級32位CRC校驗，使得總的殘余差錯率趨向

18、于零。四、基于RobuNetTM 無線自組網的自動集抄以及GPRS通信網的配網自動化系統性能參數 PBT2-C2W型 具有RobuNet表內嵌無線配變監(jiān)測計量終端內嵌 采集模塊的單相電能表RL124D型RobuNet無線集中器模塊 RL224D型 具有RobuNet表內嵌無線RobuNet無線采集器 采集模塊的三相多功能電能表 1RL224D型RobuNet無線采集器性能參數 A應用參數 互連特性：經RobuNet 無線鏈路自動組網, 并與1至16只具有RS485接口的表計相連 讀表方式：支持實時條件下的集抄、單表透抄、電量凍結、以及報警狀態(tài)主動上傳 B無線參數 工作頻段：470MHz510M

19、Hz 最大發(fā)射功率：17dBm 數據速率：19.2Kbps 接收靈敏度： -112 dBm 0.1%BER 工作占空比：發(fā)射狀態(tài)持續(xù)時間300msec C電氣參數 交流輸入電壓：220VAC, +/-20% 非發(fā)射狀態(tài)有功功率：0.3W/戶 非發(fā)射狀態(tài)視在功率：0.36VA/戶 發(fā)射狀態(tài)視在功率增量：2.0VA 發(fā)射狀態(tài)有功功率增量：1.5W D網絡參數網絡容量：最大節(jié)點數無明確限制的彈性容量方案（取決于每個節(jié)點 所使用的存儲單元容量）。例如，一個典型的RobuNet系統可支持多至1016只表計。 數據加密：64bit DES E機械參數 尺寸：148mm88mm58mm 重量：xxxg F環(huán)境參數 工作環(huán)境溫度：-40+85 工作環(huán)境相對濕度：95%2RL124D型RobuNet無線集中器模塊性能參數 A應用參數 互連特性：下行信道經RobuNet 無線鏈路自動組網，上行信道與配網終端GPRS相連。運行方式：支持實時條件下的無線集中器全部功能 時鐘誤差：0.5秒/天 B無線參數 工作頻段：470MHz510MHz 最大發(fā)射功率：17dBm 數據速率：19.2Kbps 接收靈敏