浅谈电能计量自动抄表技术

【摘要】本文从电能表、采集器和集中器，以及通信信道等方面阐述了电能计量自动抄表技术的现状，指出电能计量自动抄表技术在电力线载波通信、无线扩频通信、复合通信和自动抄表的安全性等方面的研究热点和发展方向。叙述了电能计量自动抄表技术产生的背景，介绍了电能计量自动抄表系统的结构和特点。

【关键词】自动抄表；电能计量；信道；采集终端

电能计量自动抄表系统通过对电能计量数据自动采集、传输和处理克服了传统人工抄表模式的低效率和不确定性，推进了电能管理现代化的发展进程。

1.电能计量自动抄表技术产生背景

为解决传统抄表方式存在的成本高、效率低，抄读数据误差，操作难以规范化，数据采集不及时、耗费人工多等问题。近年来出现了将电能计量数据自动采集、传输和处理的电能计量自动抄表系统。

2.电能计量自动抄表系统的构成和特点

典型的电能计量自动抄表系统主要由前端采集子系统、通信子系统和中心处理子系统等三部分组成。

2.1前端采集子系统

按照采集数据的方式不同，电能计量自动抄表系统可分为本地自动抄表系统和远程自动抄表系统两种。

本地自动抄表系统的电能表一般加装红外转换装置，把电量转换为红外信号，抄表时操作人员到现场使用便携式抄表微型计算机，非接触性地读取数据。远程采集系统由电子式电能表或加装了光电转换器的机电脉冲式电能表构成系统的最前端，它们把用户的用电量以电脉冲的形式传递给上一级数据采集装置。

2.2通信子系统

通信子系统是把数据传送到控制中心的信道。为了适应不同的环境条件以及成本要求，通信子系统的构成有多种方案。按照通信介质的不同，通信子系统主要有光纤传输、无线传输、电话线传输和低压电力线载波传输等四种。光纤通信具有频带宽、传输速率高、传输距离远以及抗干扰性强等特点，适合上层通信网的要求。但因其安装结构受限制且成本高，故很少在自动抄表系统中使用。

2.3中心处理子系统

中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个电能计量自动抄表系统的最上层，所有用户的用电信息通过信道汇集到这里，管理人员利用软件对数据进行汇总和分析，作出相应的决策。如果硬件允许，还可直接向下级集中器或电能表发出指令，从而对用户的用电行为实施控制，如停、送电远程操作。

由于抄表要处理的数据量大，因此要求中心工作站的硬件必须有一定的运算和存储能力。软件上要求操作系统稳定可靠，抄表软件必须具有处理大量数据的能力。典型的抄表软件具有如下功能：远程设定抄表集中器和采集器内的参数；抄收整个系统中所有电能表的数据；使中央控制站可远程地对用户电能表进行断电和送电控制；运行数据库可生成用电量日报、月报，进行电费结算；使系统可进行查询管理，对异常用户给予告警提示。

3.电能计量自动抄表技术的现状

3.1电能表

传感器、自动化仪表以及集成电路技术的发展，使得无论是机电脉冲式还是电子式电能表已能够较好地满足当今电能计量自动抄表技术的需要。对于机电脉冲式电能表，需在表内安装光电转换模块和相应的端口，实现反映用电量的电信号输出。这类模块和接口成本低、小巧且易于拆装，因此适于目前仍在大量使用的感应式电能表的改装。电子式电能表可直接读取其脉冲输出，有的新型电子式电能表本身安装有多种接口，适用于模拟、数字等各种通信模式。

3.2采集器和集中器

采集器和集中器是汇聚电能表电量数据的装置，由单片机、存储器和接口电路等构成。

3.3通信信道

通信子系统是电能计量自动抄表技术中的关键，也占据了一定比例的投资。数据通信方式的选取要综合考虑地理环境特点、用户用电行为、技术水平、管理体制和投资成本等因素。很多情况下，某种方式最终被选用并不表示经济利益和技术要求的最大满足，而只是权衡了各方面条件后的折中。近来，随着对扩频技术研究的深入，低压电力线载波中干扰大的问题逐步得到解决，因此，低压电力线载波通信方式在电能计量自动抄表技术中的应用有逐步推广的趋势。

4.电能计量自动抄表技术的研究热点和发展趋势

近两年在自动抄表技术领域形成了以下一些研究热点和发展趋势。

4.1电力线载波通信

电力线载波通信，是将信息调制为高频信号并叠加在电力线路上进行通信的技术。其优势是利用电力线作为通信信道，不必另外铺设通信信道，大大节省投资，维护工作量少，可灵活实现“即插即用”。

4.2无线扩频通信

扩频技术是一种无线通信方式，把发送的信息转换为数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号，以扩展信号的频谱，通过相关接收，用相同的频码序列解扩，最后经信息解调，恢复出原始信息。扩频通信距离一般可达几十千米，其最大的优点在于抗干扰能力较强。被扩频信号的输出信噪比与输入信噪比的比值正比于扩频信号的射频带宽与信息带宽的比值。扩频实质上是将干扰信号的频谱展宽，使其变得频谱宽而功率谱密度低。在接收端经窄带滤波后，干扰信号大部分被滤出，残留部分的能量低，而有用信号被压缩还原成窄带信号，顺利通过滤波器，从而增大了信噪比。依据相关原理进行接收，发、受双方必须使用相同的扩频码序列，而且扩频通信在负信噪比情况下仍能正常工作，因此具有较强的安全保密性。扩频技术种类较多，主要包括直接序列扩展频谱（简称“直扩”）、跳频、跳时和线性调频等。直扩技术因其简单且易于实现，故应用最为广泛。扩频通信实际上是一种点对点的通信方式，相互通信的两点必须有工作在相同频率的发射、接收电台以及符合增益要求且极化方向相同的天线。两电台间必须可视，没有山脉或高大建筑物阻隔，否则会影响通信效果。

4.3复合通信

在应用于电能计量自动抄表系统中的所有通信模式中，各种通信模式都有优缺点，任何一种采用单一通信技术的方案均很难完全满足需要。为解决这类矛盾，提出了复合通信方案。

复合通信方案是在自动抄表的不同通信阶段采用不同的通信方式，组成实现电能自动抄表的复合通信网络。在数据传输量不太大、传输距离较近的底层数据采集阶段，可以采用如红外、低压电力线载波甚至点对点的通信方式；而在集中器到中央处理站段，则可采用电缆、电话线或无线通信等。选择什么样的复合方式，需根据实际情况统筹考虑。混合使用的各种通信方式之间要有很好的相容性，不能相互干扰，这其中涉及到运筹学、最优规划等方面的研究与设计。

4.4自动抄表的安全性

自动抄表的安全性主要包括自动抄表过程的安全性和中心处理子系统的计算机网络安全性。电能计量自动抄表系统的抄表过程是分散的采集器、集中器与中心处理站间交换数据的过程。通信中既要保证所抄数据的安全、可靠传输，又必须确保中心处理子系统不会受到来自传输网络的意外攻击。

中心处理子系统的安全性主要是指其包含的计算机网络安全性，主要的安全隐患来自以下4个方面：黑客、病毒、合法人员的失误和网络系统自身的脆弱性。保护及防范的措施是综合运用密码技术、身份验证技术、访问控制技术、防火墙技术、安全内核技术、网络反病毒技术、信息泄漏防治技术、网络安全漏洞扫描技术和入侵检测技术等。

码技术是最基本的安全技术，其原理是利用加密算法对数据进行加密。

5.结束语

电能计量自动抄表技术的发展较快，开发、生产的厂家很多，在选用有关厂家的产品时，需认真调查、研究，选用较为成熟的产品，避免重复投资，从而使电能计量自动抄表技术更好地为电力系统服务。　[科]