居民小區(qū)遠(yuǎn)程分析的論文

　摘要：該文通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出直接利用低壓電力線構(gòu)成與低壓電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的用戶電能表終端＋配變集中器組網(wǎng)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程抄表居民小區(qū)低壓擴(kuò)頻載波

　　長(zhǎng)期以來(lái)，供電企業(yè)電能數(shù)據(jù)的抄算都是基于電能表的手工作業(yè)方式，即每月定期派人到各用戶那里抄錄電能表的用電數(shù)據(jù)作為電費(fèi)計(jì)算和收繳的依據(jù)。隨著電力負(fù)荷的急劇增長(zhǎng)，一戶一表和直供到戶等營(yíng)銷舉措的不斷深入，用電企業(yè)紛紛將家屬宿舍的用電管理業(yè)務(wù)交還供電企業(yè)，致使供電企業(yè)的電量抄錄的工作量急劇膨脹。白銀供電公司在城網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)改造結(jié)束后，僅市區(qū)居民直供用戶將達(dá)到9萬(wàn)戶，就地分散的手工抄表根本無(wú)法適應(yīng)用電管理的需要。因此，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)勢(shì)在必行。

　　1、遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其特點(diǎn)

　　我國(guó)研究和開發(fā)的集中遠(yuǎn)抄系統(tǒng)都是單臺(tái)配變下的小區(qū)集中遠(yuǎn)抄系統(tǒng)，其典型的組網(wǎng)拓?fù)浯笾氯缦拢?/p>

　　用戶電能表+單元子區(qū)數(shù)據(jù)采集器+配變集中器+營(yíng)業(yè)站抄算主機(jī)

　　一般情況下，一個(gè)家屬樓單元有14~18塊低壓電能表，單元子區(qū)數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)采集其下屬的電能表電量數(shù)據(jù)，配變集中器則負(fù)責(zé)收集配電變壓器下面的所有單元子區(qū)采集器的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌瓤?，其組網(wǎng)方式有：兩級(jí)純專線組網(wǎng)方式、兩級(jí)混合組網(wǎng)方式、兩級(jí)載波組網(wǎng)方式。

　　從組網(wǎng)拓?fù)涞慕嵌戎v，只要在用戶電能表、單元子區(qū)采集器、配變集中器采用專用信道通信，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的纜線工程量就非常大，有線專用信道的維護(hù)也有一定困難。鑒于這種情況，各科研單位和廠商都在努力做到取消單元子區(qū)采集器，實(shí)現(xiàn)用戶電能表與配變集中器的直接低壓電力線載波通信，這樣就大大減少了纜線工程量，而且數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)慕M網(wǎng)拓?fù)渑c低壓配電網(wǎng)保持一致，有利于系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)和用戶數(shù)量的模數(shù)化擴(kuò)展。這種拓?fù)湟笠粋€(gè)用戶終端，不但要實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的編碼、解碼、載波收發(fā)等功能。可以構(gòu)成完全基于低壓電力線信道的載波電能表+配變集中器+營(yíng)業(yè)站主機(jī)的組網(wǎng)拓?fù)?。?shí)踐證明：目前市場(chǎng)上已經(jīng)開發(fā)出來(lái)的窄帶調(diào)制的低壓載波表和配變集中器很難保證電量或控制數(shù)據(jù)的可靠傳輸。主要原因是低壓電力線載波信道的特性隨機(jī)性、時(shí)變性很大，非常地不穩(wěn)定。因此，低壓電力線載波技術(shù)是直接通過(guò)電力線組網(wǎng)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸。

　　本文就是致力于開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擴(kuò)頻載波用戶終端，如果一旦開發(fā)成功，抄算系統(tǒng)就可以使用簡(jiǎn)單明了的用戶終端+配變單元+營(yíng)業(yè)站抄算主站的組網(wǎng)拓?fù)洌⒊蔀閲?guó)內(nèi)主流的抄算系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

　　2、試點(diǎn)居民小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)方案

　　在為試點(diǎn)居民小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)做的總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，本文遵循三條基本原則：

　　（1）在試點(diǎn)小區(qū)的配電變壓器和小區(qū)住戶之間不敷設(shè)任何專用有線信道，數(shù)據(jù)的上行或下行傳送必須使用現(xiàn)成的低壓電力線作為數(shù)據(jù)媒介。

　?。?）只在配電變壓器和住戶地點(diǎn)對(duì)應(yīng)安裝數(shù)據(jù)的收發(fā)裝置，建立起各用戶電能表終端與配變集中器的直接數(shù)據(jù)鏈路，中間不安裝任何硬件上的中繼或第二級(jí)集中轉(zhuǎn)發(fā)裝置。

　?。?）用戶電能表終端除了記錄電量外，它還應(yīng)該執(zhí)行就地保護(hù)和遠(yuǎn)方監(jiān)控功能。

　　2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)由營(yíng)業(yè)站用電管理主機(jī)、配電變壓器集中器、接在配電變壓器低壓電力線上的多個(gè)用戶電能表終端（接于A相的A1~Ap終端、接于B相的B1~Bm終端、接于C相的C1~Cn終端）和通信信道組成。配電變壓器集中器和用戶電能表終端分別與配電變壓器、用戶一一對(duì)應(yīng)并就地分布式安裝。用電管理信息只能在系統(tǒng)的上下級(jí)之間傳輸。其中用電管理主機(jī)到配電變壓器集中器的信息傳輸媒介采用擴(kuò)頻無(wú)線信道或公共電話網(wǎng)（第一級(jí)信道），配電變壓器集中器到用戶電能表終端的信息傳輸媒介利用低壓電力線載波信道（第二級(jí)信道），詳見圖1。顯然，整個(gè)系統(tǒng)與配電變壓器下面的電壓電力網(wǎng)一樣呈樹形分布結(jié)構(gòu)，可隨用戶發(fā)展和負(fù)荷增長(zhǎng)任意擴(kuò)展。

　　本系統(tǒng)的任務(wù)在于實(shí)現(xiàn)低壓用戶電量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和抄算，對(duì)低壓電力用戶的負(fù)荷和用電進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　由于使用了分布式安裝結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)建設(shè)上與集中抄表箱用電系統(tǒng)相比，無(wú)須龐大繁瑣的纜線工程，施工難度將會(huì)大幅下降。系統(tǒng)的'擴(kuò)展將隨用戶或配變數(shù)量的遞增而模數(shù)化擴(kuò)展，就象增加一個(gè)用戶增加一塊電能表那樣簡(jiǎn)單。因此，系統(tǒng)擴(kuò)展極具伸縮性，不會(huì)象集中式系統(tǒng)那樣新建時(shí)資源閑置，用戶發(fā)展時(shí)容量又不夠。應(yīng)該說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)比較符合營(yíng)業(yè)用電管理系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。

　　2.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的選擇與研究

　　在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，信道共享技術(shù)已經(jīng)比較成熟。一般可分為兩類，即受控接入和隨機(jī)接入。

　　隨機(jī)接入共享信道的特點(diǎn)是所有用戶都可以根據(jù)自己的意愿隨機(jī)地發(fā)送信息。實(shí)際上就是爭(zhēng)用接入，征用勝利者才能獲得總線，從而發(fā)送自己的信息。典型的隨機(jī)接入是載體偵聽多重訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）網(wǎng)絡(luò)，其為總線型結(jié)構(gòu)，如圖2所示。后文重點(diǎn)介紹的基于CEbus的擴(kuò)頻載波線性掃頻信號(hào)（Chirp）由于具有自相關(guān)性，所以適用于CSMA網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合電力線的傳輸特性，綜合比較各種網(wǎng)絡(luò)，在本文所要開發(fā)的遠(yuǎn)抄系統(tǒng)中選用CSMA協(xié)議應(yīng)該是比較合適的。CSMA協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，如時(shí)延不確定、重載時(shí)效率下降，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量較小的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)來(lái)講，并不是值得考慮的問(wèn)題。

　　2.3用戶電能表終端的總體設(shè)計(jì)

　　用戶電能表終端由AC/DC開關(guān)電源模塊、電量傳感器模塊、故障保護(hù)模塊、計(jì)量模塊、負(fù)荷控制模塊、LED顯示模塊、MCU系統(tǒng)模塊、低壓擴(kuò)頻載波通信模塊構(gòu)成，圖3是用戶電能表終端硬件電路框圖。

　　多輸出開關(guān)電源負(fù)責(zé)為用戶電能表終端供電，它輸出DC+5V0.5A和DC±15V0.5A電源各一組，其交流輸入的設(shè)計(jì)范圍為AC220V±20%。為了降低電源模塊的體積，采用TOP2XX脈寬調(diào)制功率開關(guān)為核心器件，構(gòu)成單端反激式電路。