微功率无线通信技术在低压抄表中的应用

摘要：通信技术是低压抄表系统的关键，电力系统现场情况十分复杂，单靠一种通信方式无法满足各种环境下的抄表应用，只有实地因地制宜，找到最合适的通信方式满足低压抄表要求。本文通过和电力线载波通信方式的比较，总结出微功率无线通信技术在低压抄表中的应用的特点，提出了将微功率无线通信技术应用于城乡结合部、农村地区等用稀疏住宅地区的低压抄表系统，并且提出了微功率无线低压抄表的几种应用方式。

关键词：低压抄表微功率无线自组网电压电力线载波

中图分类号：TN92文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）03-0000-00

1、应用背景

国家电网公司坚强智能电网建设的总体要求，是保证智能电网建设规范有序推进，实现电力用户用电信息采集系统建设“全覆盖、全采集、全预付费”。低压居民户表抄读覆盖范围最广，用户量最大，是目标实现的重点。

低压抄表系统按照抄表通信方式分有两类：有线和无线，主要方案有：RS485抄表系统，低压电力线载波抄表系统，无线抄表系统，混合抄表系统，塑料光纤抄表系统。这两大类抄表系统有其各自的优势和适用领域。近年来，低压电力线载波抄表占据了主流地位，在大规模现场应用和抄通性，稳定性和实时性方面取得了一些成绩，但是存在不足：低压配电网环境复杂，干扰大，低压电力线载波难以保证其抄表的稳定性；对于多台变供电的用电环境，由于载波串扰，不宜实施载波抄表方案；由于载波传输距离有限，需要通过中继方式保证抄表覆盖范围，对于农村、城乡结合部等低密度住宅不能做到全覆盖，实施难度很大；低压电力线窄带载波速率低，实时性差，无法满足远程预付费，远程拉合闸的需求。

微功率无线通信技术可以克服其他通信方式在某些抄表应用场合的不足，施工方便，不需要额外铺设电缆，一般工人都可以方便的进行安装；通信不受限于电网特性，可方便的对跨台区、复杂用电环境快速实施抄表方案；通信速率快，实时性高，方便实施远程预付费，远程拉合闸等应用。

2、微功率无线通信技术在低压抄表中的应用特点

居民表安装位置随着建筑结构的变化有不同，大致分为两种情况：

(1)集中器安装，电能表集中安装在表箱内，此类安装方法在城市高层住宅，公寓，宿舍，写字楼，在北方农村地区常见。

(2)分散安装在户外，一个电表一个安装箱，常见于南方农村地区，城乡结合部，临街店铺，别墅区，低层住宅区。

电能表安装位置固定，没有特殊情况，不会对电能表安装位置进行挪动，集中安装的电能表表箱之间距离较远，间隔几个楼层，农村地区会有几百到一公里的距离。分散安装的电能表安装位置有规律，分布较为均匀。微功率无线技术是面向应用的，结合电力设备安装特性，其在低压抄表应用领域中有如下特点：

(1)由于微功率无线距离短，穿透力弱，并且抄表系统一旦架设完毕，设备都为无人值守状态，如要完成低压抄表应用，其拓扑结构应该是具有主节点的自组织网络，一般集中器上的节点为主节点，采集器、电表节点为从节点，网络是具备自组织，自路由，自恢复，自愈合特点的Mesh网。

(2)电能表可能根据需求增加减少，或者由于环境的影响到节点的通断，在抄表应用中，微功无线网络一定是个动态网络，要求其具有动态的系统可重构性。

(3)电力设备安装环境恶劣，并且可能遭受动物或者认为的破坏，在抄表应用中，微功率无线网络节点数目庞大导致维护困难，要求其软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

(4)在抄表应用中，相邻的两个集中器可能会相互干扰，随意微功率无线网络需要具备自动跳频的机制，各从节点归属的主节点可指定。

(5)由于设备安装位置固定，集中器、采集器、电能表层次分明，从功能上集中器作为主节点，电能表、采集器作为从节点，微功率无线路由建立较标准的无线传感网络简单，网络路由的建立在设备安装调试阶段能人工干预。

(6)微功率无线抄表选用470M频段，和某些地方的有线电视频段有重合，在有线电视线路屏蔽层与地接触不良时，可能干扰到有线电视信号。

(7)集中器、采集器、电能表一般安装在金属箱内，为了达到更好的应用效果，需要把天线外引出金属箱，并且注意天线的防护避免破坏。

(8)取电方便，电能表、采集器、集中器都从电力线取电，微功率无线抄表应用不需要使用电池供电。

3、微功率无线低压抄表系统的架构和适用环境

图1为典型低压抄表系统的架构，采集器、集中器称为都可电能表数据抄读，数据汇总到集中器之后，集中器通过一定的方式把数据交换到主站。微功率无线通信技术主要应用于低压集中器、采集器之间通信，低压集中器和电能表之间通信，按照低压集中器、采集器、电能表之间的搭配方式可分为全无线低压抄表系统和半无线低压抄表系统。

3.1 全无线低压抄表系统

全无线抄表系统适用于电能表安装分散且电能表安装在户外或者楼道。如南方农村、临街商铺、别墅、低层住宅、城乡结合部。无线电能表于电能表之间形成自组织网络，集中器定时对电能表数据进行抄读、记录上报给主站系统。系统结构如图2所示。

3.2 半无线低压抄表系统

半无线抄表方案适用于电表安装集中且安装在户外或者楼道。如北方农村，城乡结合部，某些高层住宅，宿舍等。电能表通过RS485接口连接到无线采集器，无线采集器之间形成自组织网络，集中器定时通过采集器透传抄读电能表数据进行抄读、记录上报给主站系统。系统结构如图3所示。

4、结语

本文根据抄表应用的经验，总结出了微功率无线通信技术在低压抄表应用领域的特点，列出了两种无线抄表系统架构适用的应用环境。微功率无线通信技术可弥补电力线载波抄表在某些场合下的不足，对实现“全覆盖、全采集、全预付费”目标实现具有重要意义。

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作者简介：谭新（1983.01.29-），男，汉族，湖南湘潭人，硕士，威胜集团终端及智能配用电事业部产品经理，主要研究方向：电力信息分析与处理。