1、自動(dòng)抄表系統(tǒng)中通信方案的現(xiàn)狀與展望 1 引言 自動(dòng)抄表系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱AMRS（Automatic Meter Reading System），是一種不需要人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)就能完成抄讀用戶消耗電能的智能化管理系統(tǒng)。近年來，這一技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展非常迅速。為加強(qiáng)用電管理，提高供電效益，使其適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需要，供電部門實(shí)行電度表自動(dòng)抄表的用電的監(jiān)控需要，供電部門實(shí)行電度表自動(dòng)抄表和用電的監(jiān)控管理是非常必要的。因此，自動(dòng)抄表系統(tǒng)（AMRS）將是未來發(fā)展的主要方向，這對(duì)于提高電力部門的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益無疑有著十分重要的意義。配電網(wǎng)中的自動(dòng)抄表系統(tǒng)是用電營業(yè)管理自動(dòng)化的一個(gè)重要手段和組成部分，它的最終

2、目的是：自動(dòng)、集中、定時(shí)地抄錄各用戶的用電量；按用電的峰、平、谷時(shí)間和季節(jié)自動(dòng)高速復(fù)費(fèi)率去核算每個(gè)用戶的電價(jià)；通過銀行向各用戶自動(dòng)完成轉(zhuǎn)帳收款、電費(fèi)結(jié)算、打印收據(jù)；為電力部門提供有效的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是邁向配電自動(dòng)化的第一步，并有助于提高電力系統(tǒng)用電管理的現(xiàn)代化水平。2 現(xiàn)有方案的構(gòu)架及特點(diǎn) 我國的電能計(jì)量方式采取的是一戶一表制，這就決定了抄表系統(tǒng)主要具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：其一，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多，成千上萬，數(shù)據(jù)量大；其二，系統(tǒng)是一個(gè)覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò)（采集點(diǎn)具有分散性）。目前的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的通信信道主要包括用電管理中心與集中器的通信信道和集中器與采集器的通信信道。一般來說，幾乎所有AM

3、RS系統(tǒng)的整體都采用分布式體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)分上下兩層：上層（用電管理中心與集中器之間）數(shù)據(jù)的采集采用星型結(jié)構(gòu)；底層（集中器與采集器之間）數(shù)據(jù)的采集采用總線型結(jié)構(gòu)。 2.1 上層星型通信方案 星型通信系統(tǒng)是以安裝在供電局管理中心的系統(tǒng)工作站為中心點(diǎn)，以發(fā)散的形式分別通過通信信道與分散于各臺(tái)變區(qū)域的集中器連接，形成1對(duì)N的連接形式。在這種方式下，信道的通信數(shù)據(jù)量較大，要求有一定的傳輸速率和帶寬。根據(jù)信道的介質(zhì)可分為光纖、電話線和無線三種模式。 2.1.1光纖通信網(wǎng) 光纖通信具有很多優(yōu)點(diǎn)，如頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，以及高抗干擾性等特點(diǎn)，非常適合上層通信網(wǎng)的要求。因?yàn)楣饫w本身難以實(shí)現(xiàn)T形

4、連接，不能實(shí)現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)（除非采用光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)），因此特別適合于星型連接。由于目前星型連接節(jié)點(diǎn)造價(jià)高，安裝費(fèi)用也比較高，在ARMS系統(tǒng)中無法采用。隨著光纖技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，不久以后在ARMS系統(tǒng)中借用其它現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)進(jìn)行上層通信將是一種很好的選擇。2.1.2電話線網(wǎng) 由于電話網(wǎng)在城鎮(zhèn)的迅速普及，利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方案。利用電話通信，只需在數(shù)據(jù)集中器和管理中心主機(jī)各加裝調(diào)制解調(diào)器（Modem）即可，其通信速率可達(dá)2.4kbps、9.6kbps甚至56kbps。主機(jī)對(duì)集中器的呼叫可通過撥號(hào)由交換機(jī)自動(dòng)完成，也可以租用專線，但費(fèi)用較高。租用電話線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，線路續(xù)

5、接（包括呼叫應(yīng)答等）時(shí)間較長，通常需幾秒到幾十秒。這一方面使得管理中心無法對(duì)用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控；另一方面當(dāng)集中器數(shù)目N較多時(shí)，租用電話線路多，其租用費(fèi)用也很可觀，因此不適合大容量系統(tǒng)。 2.1.3無線通信網(wǎng) 利用無線電波進(jìn)行無線通信，對(duì)于范圍廣、布局分散的集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，是一種較好的選擇。其特點(diǎn)是傳輸頻帶較寬，通信容量較大（可達(dá)幾千臺(tái)），通信距離長（一般幾十公里，還可通過中繼站延伸到更遠(yuǎn)）。在進(jìn)行通信時(shí)，管理中心主機(jī)控制無線電臺(tái)發(fā)出呼叫命令，各集中器收到命令后進(jìn)行地址對(duì)比，如正確則發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，完成數(shù)據(jù)鏈路的建立，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。使用這種通信方式，安裝調(diào)試方便，主要缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，如果

6、頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰兩個(gè)信道會(huì)產(chǎn)生相互干擾。一般情況下，小型無線電臺(tái)的通信速率較低，常用600bps或1200 bps，且設(shè)備及安裝成本較高，所以這種通信方式的使用場(chǎng)合有一定的限制，多用于大用戶電力負(fù)荷的無線電監(jiān)控及用電管理系統(tǒng)中。 2.2底層總線型通信方案 總線型通信系統(tǒng)是為克服星型連接的不足而采用的，這種方式以一條串行總線連接各分散的采集器或電度表，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的互連。這種方式下，信道上節(jié)點(diǎn)較多，傳輸速率不很高（與通信介質(zhì)有關(guān)），傳輸距離短，不超過2000 m，因此一般用于底層電能數(shù)據(jù)的采集。常用的模式有低壓電力線載波通信、RS-485網(wǎng)和儀表總線等。 2.2.1 RS-485網(wǎng) EIA R

7、S-485是CCITT標(biāo)準(zhǔn)化V.11/X.27兼容的平衡式電氣特性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)采用集成電路，在一對(duì)平衡的互連電纜上傳送差分信號(hào)，在接收端用差分接收器進(jìn)行信號(hào)判決。這種接口是具有抑制共模干擾的能力，因此抗干擾性能很好，信號(hào)發(fā)送頻率最高可達(dá)10MHz。在使用雙絞線，信號(hào)速率小于100kbps時(shí)，傳輸距離可達(dá)1200m。RS-485接口在一個(gè)通道上可進(jìn)行半雙工通信，所以只需兩根線便可雙向通信，并可方便地構(gòu)成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或多點(diǎn)之間的相互通信網(wǎng)絡(luò)，一般使用雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)總線?？偩€上掛接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)因選用的接口驅(qū)動(dòng)芯片而異，最多可接128個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)要求較高的系統(tǒng)可考慮選用帶光電隔離的、抗雷電及抗靜電放電的沖擊

8、的收發(fā)器，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮這些因素。 2.2.2低壓電力線載波通信 利用低壓電力線作為AMR系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)通道運(yùn)行成本低，無疑是非常經(jīng)濟(jì)的方案。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。信號(hào)頻帶一般為50300kHz，峰峰值電壓不超過10V，因此不會(huì)對(duì)電力線路造成不良影響。此高頻信號(hào)經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗剑邮諜C(jī)通過耦合電路將高頻信號(hào)分離出來，濾去干擾信號(hào)后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。低壓電力線載波通信網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同RS-485系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用總線結(jié)構(gòu)。在同一變壓器區(qū)域下，一個(gè)集中器采集若干個(gè)采集器或電度表的數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個(gè)總線型

9、圖。但是，利用低壓電力線作為傳輸信道還存在許多問題。 首先，電力線上的干擾非常大，特別是在用戶線路上。例如：用戶家用電器、開關(guān)電源等產(chǎn)生的高次諧波，各種用電設(shè)備的通斷產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖干擾，各種大功率開關(guān)器件的開關(guān)產(chǎn)生的寬頻譜的駐波干擾等等。因此，如何抑制干擾，提高通信的可靠性是首要考慮的。其次，不同地方的線路特性可能完全不同，使用線路的種類及線路上的負(fù)荷情況都會(huì)對(duì)高頻信號(hào)在電力線上的傳輸特性產(chǎn)生很大的影響。即使是同一段電力線路，其傳輸特性也會(huì)隨各種電力負(fù)荷的投切而改變，所以通信設(shè)備的穩(wěn)定性和適應(yīng)不同線路的能力也很重要。當(dāng)前市場(chǎng)上應(yīng)用于電力線上的調(diào)制解調(diào)器一般是基于移頻鍵控（FSK）調(diào)制方式的，由于傳輸速率低（一般不超過2400bps），而且抗干擾性能差、傳輸距離短，所以基本上已經(jīng)被淘汰，而被廣泛使用的是擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器。擴(kuò)頻系統(tǒng)分發(fā)端和收端兩部分，收端可簡(jiǎn)化為調(diào)制和擴(kuò)頻兩個(gè)模塊。在發(fā)送端，信號(hào)首先對(duì)某個(gè)載頻進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制器輸出的窄帶已調(diào)信號(hào)再送及擴(kuò)頻器進(jìn)行二次調(diào)制，輸出的信號(hào)為寬帶已調(diào)信號(hào)。由于擴(kuò)頻器是利用一高速偽隨機(jī)碼（PN）序列對(duì)發(fā)射信號(hào)調(diào)制，因此獲得的輸出信號(hào)的譜密度大大地降低了。接收端由解擴(kuò)和解調(diào)器構(gòu)成，在接收端，利用與發(fā)端相同的