電能自動抄表相關技術

　　引言 　　

　　自動抄表（Automatic Meter Reading-AMR）是指采用通訊和計算機網絡等技術自動讀取和處理表計數據。發展電能自動抄表技術是提高用電管理水平的需要，也是網絡和計算機技術迅速發展的必然。在用電管理方面，采用自動抄表技術，不僅能節約人力資源，更重要的是可提高抄表的準確性，減少因估計或謄寫而造成帳單出錯，使供用電管理部門能及時準確獲得數據信息。由于電力用戶因此不再需要與抄表者預約上門抄表時間，還能迅速查詢帳單，故這種技術越來越受到用戶歡迎。
　　
　　不難理解，電子式電度表及其與抄表主機的通訊是自動抄表系統的關鍵所在。

　　電子式電度表

　　電能計量和管理的需要以及電子技術的發展，使電子式電度表在20世紀70年代就已出現。隨著數字電子技術的飛速進步，電子式電度表的功能逐漸增多并日臻完善。

　　電子式電度表一般由電能測量機構和數據處理機構兩部分組成，根據電能測量機構的不同，又分為機電脈沖式電度表和全電子式電度表兩大類。 機電脈沖式電度表沿用感應系電度表的測量機構，其數據處理機構則由電子電路和計算機控制系統實現，因而，機電脈沖式電度表是一種電子線路與機電轉換單元相結合的半電子式電度表。

　　機電脈沖式電度表技術開發的重點放在有關電能管理的數據處理方面，使之能夠進行本地和遠地的數據傳輸以及遙測和遙控。機電脈沖式電度表以感應系電度表為基礎，繼承了感應系電度表結構牢固、長期運行可靠和價格低廉的優點，因而在民用電能計量領域被廣泛采用。

　　全電子式電度表不再使用感應系測量機構，而是由乘法器完成對電功率的測量。由于它沒有傳統電度表上的旋轉機構，因而又被稱為“靜止式電度表”或“固態電度表”。 近年來，各種新型電子式電度表不斷推出，型號各異，功能眾多，但其基本原理相同，主要功能可歸為三個方面：計量、計費功能，包括分時計量、最大需量計量和預付費等；保護功能，包括過電流、過電壓保護與防竊電等；通訊功能，可以是紅外通訊、無線電通訊或載波通訊等。

　　常見的自動抄表通訊方式

　　（1）按信道介質分，常見的自動抄表通訊有光纖通訊、電話線通訊和無線通訊三種方式。

　　?a）光纖通訊具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠和抗干擾能力強等特點，非常適合上層通訊網的要求。隨著光纖技術的發展和廣泛應用，自動抄表系統中有可能更多地使用光纖。

　　b）由于電話在城鎮的迅速普及，利用現有電話網進行數據通訊是一個經濟有效的方案。利用電話網通訊，只需在數據集中器和工作主站處加裝調制解調器即可，其傳輸速率可達56Kbps。但電話線通訊的線路接通時間較長，一般要幾秒到十幾秒。還有，我國的廣大鄉村、小城鎮還沒普及電話。
　　
　　c)對于分布分散的集中器，利用無線方式進行數據通訊是一種較好的選擇。目前我國已有車載無線通訊自動抄表系統投入運行。但無線通訊方式需要慎重選擇頻點，并需申請頻點使用權。

　　（2）若按連接方式分，則自動抄表系統的通訊方式主要有星型和總線型連接方式。

　　?a）星型連接通訊是以工作主站為中心，以星型發散的形式分別通過通訊信道，與分散于各地的集中器連接，形成1對N的連接形式。這種方式下信道通訊數據量大，要求有一定的傳輸速率和頻寬。

　　b）總線型通訊以一條串行總線連接各分散的采集器或電度表，實行各節點的互連。這種方式下，信道上節點多，傳輸速率也不會很高，一般用于底層的電能數據的采集。常見的有RS-485總線網和低壓電力線載波通訊網。由于電力線完全由電力部門控制，如果用電力線實施載波通訊，不需要再投資鋪設通訊線路，不僅可大大節約資金投入，且還具有維護量小的特點；否則，用低壓電力線作通訊信道可以實現靈活的“即插即用”。尤其是近年來擴頻通訊技術的較成功應用，使得低壓電力線載波通訊越來越多地用于自動抄表系統。利用低壓電力線作為自動抄表系統的底層數據通道，成本低、方便準確。

　　通訊方式的選擇是設計自動抄表系統的首要任務，它直接關系到系統的性能。具體確定通訊方式時需要綜合考慮系統面對的對象、用戶的分布、用戶的數量、地理條件、期望達到以的目標以及系統的擴展升級和與其他網絡的兼容，等等。因此，上述的各種通訊方式不應該是孤立的，而且任何一種通訊方式在不同的系統中的應用效果也不盡相同。

　　?典型自動抄表系統簡介

　　目前，在我國有不少自動抄表系統已投入運行，但規模都不大，技術也需在應用中不斷改進完善。這里介紹兩種較適合我國國情的自動抄表系統。

??? （1）車載自動抄表系統由包括抄表主機、發射天線和接收天線等的車載端與用戶端兩部分組成。用戶端的電度表有自己唯一的ID，每個ID由兩部分構成：一部分是該電度表所在區域的編號，另一部分是其在區域內的編號。抄表車按一定的路線行駛，到達某一抄表區域時，發出“喚醒”信號，被喚醒的該區域的所有電度表依次向主機傳送數據。傳送完畢后，主機再喚醒下一組電度表。顯然，這樣的無線通訊方式最多只需兩個頻率通道，一個作“喚醒”信號用，一個用來傳送數據。由于對一個區域只需發射一次“喚醒”信號，所以抄表速度會很快。同時，因為分成了不同的區域，故可較有效地避免數據的多次傳送和數據傳送沖突。

（2）采用載波通訊技術通過輸電線路實現通訊，是電力系統特有的通訊方式，具體又分為電力線載波通訊、配電線載波通訊和低壓用電線載波通訊等。這種通訊方式的突出特點是能進行雙向通訊。在這樣的自動抄表系統中，每個用戶室內裝設的電子式電度表就近與交流電源線相連接，電度表發出的調制脈沖信號經交流電源線送出，設置在抄表中心站的主機則定時通過低壓用電線路以載波通訊方式 收集各用戶電度表測得的電能數據信息。這類系統中具代表性的是英國遠程自動抄表公司開發的低壓電力線載波通訊系統POWERNET。該系統具有自動抄表（AMR）、用戶管理（DSM）和配電自動化（DA）等功能，它包括中央控制器、局域控制器、網絡耦合器、調制解調器、數據集中器和專用電度表等。

??? 電網的運行要實現自動化，載波通訊的應用是必須的。然而，載波通訊，尤其是低壓配電線載波通訊傳輸性能較差，主要表現為高噪聲、低阻抗、損耗大、波動大、易受外界干擾等。

　　近年來，信事情處理技術的進步，尤其是擴頻通訊技術的應用對推動低壓載波抄表技術的進步起到了推動作用[1-2]。

??? 所謂擴頻通訊技術，就是展寬頻帶，使之遠大于傳送信號所必須的最小帶寬，以擴展頻譜的方法換取信噪比的提高。頻帶的展寬是通過編碼及調制的方法實現的，與所傳送的信號數據無關；在接收端則用相同的擴頻碼進行相關解調來解擴，恢復所傳送的信號數據。擴頻通訊以寬帶寬換取高信噪比，亦即用寬帶寬來換取低誤碼率，并提高通訊的抗干擾能力、增強通訊的隱蔽性。理論上講，擴頻通訊技術具有抗干擾能力較強、隱蔽性好和抗衰落等良好性能，可在一定程度上彌補普通低壓電力線載波通訊技術之不足。

??? 在日本，利用載波通訊與電話網通訊相結合的方式，很好地解決了偏遠山區的抄表難問題。我國也已研制出了零相載波模式的電度表和基于零相載波的自動抄表系統。

??? 在我國一些低壓配電網，負荷變化很大且缺乏規律性，各種干擾十分嚴重，將擴頻通訊技術應用于電能的自動抄表，也未能取得滿意的效果。在這樣的場合，據說有人改用超窄帶通訊技術，使抄表成功率有所提高。

??? 但應該客觀地說，到目前為止，在我國將載波通訊技術應用于電能的自動抄表還未能取得十分令人滿意的結果。面對我國許多地區和地方低壓電力線負荷接線雜亂、負荷變動性大、各種干擾嚴重等不利的載波通訊線路條件，現在所采用的國外引進、國內開發的用于制作載波電度表的各種芯片還存在這樣或那樣的缺陷和弱點；在有些地方，通過再加裝中斷器或調整集中器的裝設位置或直接采用電度表作中斷器等，可提高抄表的成功率，但會增加投資和人力開銷，且改善的效果也并非令人滿意。

??? 盡管如此，利用載波通訊技術給自動抄表領域初步帶來的便捷、安全和高效，使不少人都對該項技術應用于自動抄表的前景十分看好，這從而也激勵著致力于提高我國電能自動抄表技術的一些專家和工程技術人員，正在積極改進并著手開發性能更好、更適合我國低壓電網條件下使用的載波通訊芯片，旨在使載波通訊技術在我國的電能自動抄表等領域能發揮出更大的作用。

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