居民小區遠程分析的論文

　摘要：該文通過對目前國內遠程抄表系統進行分析，提出直接利用低壓電力線構成與低壓電網系統結構相對應的用戶電能表終端＋配變集中器組網的遠程抄表系統。

關鍵詞：遠程抄表居民小區低壓擴頻載波

　　長期以來，供電企業電能數據的抄算都是基于電能表的手工作業方式，即每月定期派人到各用戶那里抄錄電能表的用電數據作為電費計算和收繳的依據。隨著電力負荷的急劇增長，一戶一表和直供到戶等營銷舉措的不斷深入，用電企業紛紛將家屬宿舍的用電管理業務交還供電企業，致使供電企業的電量抄錄的工作量急劇膨脹。白銀供電公司在城網農網改造結束后，僅市區居民直供用戶將達到9萬戶，就地分散的手工抄表根本無法適應用電管理的需要。因此，遠程抄表系統的技術研究和產品開發勢在必行。

　　1、遠程自動抄表系統的現狀及其特點

　　我國研究和開發的集中遠抄系統都是單臺配變下的小區集中遠抄系統，其典型的組網拓撲大致如下：

　　用戶電能表+單元子區數據采集器+配變集中器+營業站抄算主機

　　一般情況下，一個家屬樓單元有14~18塊低壓電能表，單元子區數據采集器負責采集其下屬的電能表電量數據，配變集中器則負責收集配電變壓器下面的所有單元子區采集器的數據。從數據傳輸的角度看，其組網方式有：兩級純專線組網方式、兩級混合組網方式、兩級載波組網方式。

　　從組網拓撲的角度講，只要在用戶電能表、單元子區采集器、配變集中器采用專用信道通信，遠程自動抄表系統的纜線工程量就非常大，有線專用信道的維護也有一定困難。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采集器，實現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，而且數據遠程傳輸的組網拓撲與低壓配電網保持一致，有利于系統的運行維護和用戶數量的模數化擴展。這種拓撲要求一個用戶終端，不但要實現電能計量，還要實現數據信息的編碼、解碼、載波收發等功能。可以構成完全基于低壓電力線信道的載波電能表+配變集中器+營業站主機的組網拓撲。實踐證明：目前市場上已經開發出來的窄帶調制的低壓載波表和配變集中器很難保證電量或控制數據的可靠傳輸。主要原因是低壓電力線載波信道的特性隨機性、時變性很大，非常地不穩定。因此，低壓電力線載波技術是直接通過電力線組網的遠程抄表系統進一步推廣應用的瓶頸。

　　本文就是致力于開發擁有自主知識產權的擴頻載波用戶終端，如果一旦開發成功，抄算系統就可以使用簡單明了的用戶終端+配變單元+營業站抄算主站的組網拓撲，并將成為國內主流的抄算系統網絡拓撲。

　　2、試點居民小區遠程抄表系統方案

　　在為試點居民小區遠程抄表系統做的總體技術方案設計時，本文遵循三條基本原則：

　　（1）在試點小區的配電變壓器和小區住戶之間不敷設任何專用有線信道，數據的上行或下行傳送必須使用現成的低壓電力線作為數據媒介。

　　（2）只在配電變壓器和住戶地點對應安裝數據的收發裝置，建立起各用戶電能表終端與配變集中器的直接數據鏈路，中間不安裝任何硬件上的中繼或第二級集中轉發裝置。

　　（3）用戶電能表終端除了記錄電量外，它還應該執行就地保護和遠方監控功能。

　　2.1系統組成結構

　　系統由營業站用電管理主機、配電變壓器集中器、接在配電變壓器低壓電力線上的多個用戶電能表終端（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、用戶一一對應并就地分布式安裝。用電管理信息只能在系統的上下級之間傳輸。其中用電管理主機到配電變壓器集中器的信息傳輸媒介采用擴頻無線信道或公共電話網（第一級信道），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（第二級信道），詳見圖1。顯然，整個系統與配電變壓器下面的電壓電力網一樣呈樹形分布結構，可隨用戶發展和負荷增長任意擴展。

　　本系統的任務在于實現低壓用戶電量數據的遠程傳輸和抄算，對低壓電力用戶的負荷和用電進行遠程監控。

　　由于使用了分布式安裝結構，在系統建設上與集中抄表箱用電系統相比，無須龐大繁瑣的纜線工程，施工難度將會大幅下降。系統的'擴展將隨用戶或配變數量的遞增而模數化擴展，就象增加一個用戶增加一塊電能表那樣簡單。因此，系統擴展極具伸縮性，不會象集中式系統那樣新建時資源閑置，用戶發展時容量又不夠。應該說，這個系統比較符合營業用電管理系統發展的主流方向。

　　2.2網絡通信協議的選擇與研究

　　在計算機網絡中，信道共享技術已經比較成熟。一般可分為兩類，即受控接入和隨機接入。

　　隨機接入共享信道的特點是所有用戶都可以根據自己的意愿隨機地發送信息。實際上就是爭用接入，征用勝利者才能獲得總線，從而發送自己的信息。典型的隨機接入是載體偵聽多重訪問/沖突檢測（CSMA/CD）網絡，其為總線型結構，如圖2所示。后文重點介紹的基于CEbus的擴頻載波線性掃頻信號（Chirp）由于具有自相關性，所以適用于CSMA網絡。結合電力線的傳輸特性，綜合比較各種網絡，在本文所要開發的遠抄系統中選用CSMA協議應該是比較合適的。CSMA協議網絡的缺點，如時延不確定、重載時效率下降，對數據傳輸量較小的遠程抄表系統來講，并不是值得考慮的問題。

　　2.3用戶電能表終端的總體設計

　　用戶電能表終端由AC/DC開關電源模塊、電量傳感器模塊、故障保護模塊、計量模塊、負荷控制模塊、LED顯示模塊、MCU系統模塊、低壓擴頻載波通信模塊構成，圖3是用戶電能表終端硬件電路框圖。

　　多輸出開關電源負責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，其交流輸入的設計范圍為AC220V±20%。為了降低電源模塊的體積，采用TOP2XX脈寬調制功率開關為核心器件，構成單端反激式電路。