居民小区远程抄表系统-

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1、居民社区远程抄表系统摘 要：该文通过对目前国内远程抄表系统进行分析，提出直接运用低压电力线构成与低压电网系统构造相相应的顾客电能表终端配变集中器组网的远程抄表系统。核心字：远程抄表 居民社区 低压扩频载波长期以来，供电公司电能数据的抄算都是基于电能表的手工作业方式，即每月定期派人到各顾客那里抄录电能表的用电数据作为电费计算和收缴的根据。随着电力负荷的急剧增长，一户一表和直供到户等营销举措的不断进一步，用电公司纷纷将家属宿舍的用电管理业务交还供电公司，致使供电公司的电量抄录的工作量急剧膨胀。白银供电公司在城网农网改造结束后，仅市区居民直供顾客将达到9万户，就地分散的手工抄表主线无法适应用电管理的

2、需要。因此，远程抄表系统的技术研究和产品开发势在必行。 1 远程自动抄表系统的现状及其特点 国内研究和开发的集中远抄系统都是单台配变下的社区集中远抄系统，其典型的组网拓扑大体如下： 顾客电能表+单元子区数据采集器+配变集中器+营业站抄算主机 一般状况下，一种家属楼单元有1418块低压电能表，单元子区数据采集器负责采集其下属的电能表电量数据，配变集中器则负责收集配电变压器下面的所有单元子区采集器的数据。从数据传播的角度看，其组网方式有：两级纯专线组网方式、 两级混合组网方式、两级载波组网方式。 从组网拓扑的角度讲，只要在顾客电能表、单元子区采集器、配变集中器采用专用信道通信，远程自动抄表系统的缆

3、线工程量就非常大，有线专用信道的维护也有一定困难。鉴于这种状况，各科研单位和厂商都在努力做到取消单元子区采集器，实现顾客电能表与配变集中器的直接低压电力线载波通信，这样就大大减少了缆线工程量，并且数据远程传播的组网拓扑与低压配电网保持一致，有助于系统的运营维护和顾客数量的模数化扩展。这种拓扑规定一种顾客终端，不仅要实现电能计量，还要实现数据信息的编码、解码、载波收发等功能。可以构成完全基于低压电力线信道的载波电能表+配变集中器+营业站主机的组网拓扑。实践证明：目前市场上已经开发出来的窄带调制的低压载波表和配变集中器很难保证电量或控制数据的可靠传播。重要因素是低压电力线载波信道的特性随机性、时变

4、性很大，非常地不稳定。因此，低压电力线载波技术是直接通过电力线组网的远程抄表系统进一步推广应用的瓶颈。 本文就是致力于开发拥有自主知识产权的扩频载波顾客终端，如果一旦开发成功，抄算系统就可以使用简朴明了的顾客终端+配变单元+营业站抄算主站的组网拓扑，并将成为国内主流的抄算系统网络拓扑。 2 试点居民社区远程抄表系统方案 在为试点居民社区远程抄表系统做的总体技术方案设计时，本文遵循三条基本原则： （1）在试点社区的配电变压器和社区住户之间不敷设任何专用有线信道，数据的上行或下行传送必须使用现成的低压电力线作为数据媒介。 （2）只在配电变压器和住户地点相应安装数据的收发装置，建立起各顾客电能表终端

5、与配变集中器的直接数据链路，中间不安装任何硬件上的中继或第二级集中转发装置。 （3）顾客电能表终端除了记录电量外，它还应当执行就地保护和远方监控功能。 2.1 系统构成构造 系统由营业站用电管理主机、配电变压器集中器、接在配电变压器低压电力线上的多种顾客电能表终端（接于A相的A1Ap终端、接于B相的B1Bm终端、接于C相的C1Cn终端）和通信信道构成。配电变压器集中器和顾客电能表终端分别与配电变压器、顾客一一相应并就地分布式安装。用电管理信息只能在系统的上下级之间传播。其中用电管理主机到配电变压器集中器的信息传播媒介采用扩频无线信道或公共电话网（第一级信道），配电变压器集中器到顾客电能表终端的

6、信息传播媒介运用低压电力线载波信道（第二级信道），详见图1。显然，整个系统与配电变压器下面的电压电力网同样呈树形分布构造，可随顾客发展和负荷增长任意扩展。 本系统的任务在于实现低压顾客电量数据的远程传播和抄算，对低压电力顾客的负荷和用电进行远程监控。 由于使用了分布式安装构造，在系统建设上与集中抄表箱用电系统相比，不必庞大繁琐的缆线工程，施工难度将会大幅下降。系统的扩展将随顾客或配变数量的递增而模数化扩展，就象增长一种顾客增长一块电能表那样简朴。因此，系统扩展极具伸缩性，不会象集中式系统那样新建时资源闲置，顾客发展时容量又不够。应当说，这个系统比较符合营业用电管理系统发展的主流方向。 2.2

7、网络通信合同的选择与研究 在计算机网络中，信道共享技术已经比较成熟。一般可分为两类，即受控接入和随机接入。 随机接入共享信道的特点是所有顾客都可以根据自己的意愿随机地发送信息。事实上就是争用接入，征用胜利者才干获得总线，从而发送自己的信息。典型的随机接入是载体侦听多重访问/冲突检测（CSMA/CD）网络，其为总线型构造，如图2所示。后文重点简介的基于CEbus的扩频载波线性扫频信号（Chirp）由于具有自有关性，因此合用于CSMA网络。结合电力线的传播特性，综合比较多种网络，在本文所要开发的远抄系统中选用CSMA合同应当是比较合适的。CSMA合同网络的缺陷，如时延不拟定、重载时效率下降，对数据

8、传播量较小的远程抄表系统来讲，并不是值得考虑的问题。 2.3顾客电能表终端的总体设计顾客电能表终端由AC/DC开关电源模块、电量传感器模块、故障保护模块、计量模块、负荷控制模块、LED显示模块、MCU系统模块、低压扩频载波通信模块构成，图3是顾客电能表终端硬件电路框图。 多输出开关电源负责为顾客电能表终端供电，它输出DC +5V 0.5A和DC 15V 0.5A电源各一组，其交流输入的设计范畴为AC 220V 20%。为了减少电源模块的体积，采用TOP2XX脉宽调制功率开关为核心器件，构成单端反激式电路。 故障保护模块负责监视低压顾客的负荷电器的运营状况，当发生短路、过流、漏电或电网电压超标时

9、，向MCU系统模块发出信号祈求执行断电控制程序。 计量模块负责把顾客的用电功率转化为频率正比于功率大小的脉冲串，提供应MCU系统模块进行电量计算。虽然顾客实行了窃电行为，它仍然可以输出对的的电量计算脉冲串，并向MCU系统发出窃电信号。 负荷控制模块是一种受MCU系统输出的TTL电平控制的大功率交流无触点开关，可以过零关断或启动6 kW的负荷功率。 MCU系统由AT89C52 8位单片机、X5045看门狗芯片和DS1302时钟日历芯片构成。它是顾客电能表终端的计算监控中心，重要负责对电量脉冲串进行计算或解决，执行就地或远方的负荷控制程序，与低压扩频载波通信模块进行数据互换并控制其收发信。 显示模

10、块由一种8位LED及其动态扫描控制芯片构成，重要完毕电量数据的旧的查询显示，便于顾客理解自己的电量或电费状况。 低压扩频载波模块重要由SSC P200低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和电力线耦合电路构成，负责对MCU系统送来的数据进行线性扫频调制，放大后耦合到电力线上，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给MCU系统。这种数据通信采用了收发分时控制的半双工通信。该模块与配变集中器的设计通信距离为1000 m。在信道特性最恶劣的状况下，也要保证不不不小于600m。 2.4 配电变压器集中器的总体设计 配变集中器重要由三个分相耦合的低压扩频通信模块、三个按相配备的电能表模块、MCU单片

11、机系统、3个双口RAM和一种工控机系统及电话线调制解调器构成。图4是配变集中器的硬件电路框图。 低压扩频载波通信模块分相配备，是为了杜绝跨相耦合载波信号，电能表和MCU电路按相配备是为了使集中器可以并行解决各相的顾客终端数据，增长数据传播和解决速度。以上电路基本上与顾客终端类似，只是不具有故障保护、窃电侦测和负荷控制电路而已。 在配变集中器内设立电能表模块便于对每一相的总电量进行计量和记录分析，以作为用电管理部门考核线损和平衡3相负荷的根据。 工控机完毕与每一相的MCU系统互换数据，并通过Modem和公用电话网与营业站抄算主机互换数据信号。上行和下行数据要通过工控机的解决，并在不需要数据通信的

12、时候储存在工控机的磁盘中。鉴于数据解决量不是很大，选用486工控机就能满足规定。 2.5 营业站抄算主站的总体设计 营业站抄算主机重要由PC机、电话线Modem及其软件构成。重要负责营业站到配电变压器集中器之间的数据指令的调制发送、解调接受及综合分析解决。此外，电话线Modem还可以将营业站用电管理主机与电费托收银行联机。 PC微机重要完毕顾客用电数据的采集，送电能表参数、用电信息、欠费警告及断电控制，不安全和违章用电监视报警，顾客用电管理及查询，报表输出等功能。 其中，用电采集程序可以进行定期统抄、不定期统抄及单顾客随时查抄；用电量可按地址记录，也可按相位记录，以便合理地调节配电变压器A、B

13、、C三相负载的配备，使供电系统的性能发挥得更好；在电费结算时，可通过度时计费，合理定价，使负载基本恒定；电表参数、用电信息可送到顾客终端，从而非常以便地修改电能表参数，显示顾客的用电量及结算电费；欠费警告及断电控制功能可督促顾客准时交费；不安全和违章用电监视报警功能可使用电监察人员迅速精确地维护用电秩序；日报表、月报表、年报表的形成和输出以便而快捷。 3 结论与展望 3.1 研究结论 我们在几种不同的环境下对顾客电能表终端和配变集中器进行了测试，获得了比较满意的成果。根据CEBus原则编制的程序，在传播过程中，没有发现误码的存在。不同的测试环境下，干扰强度与信道输入阻抗的波动范畴是影响扩频载波

14、可靠通信距离的两个重要因素，数据通信成功的平均帧延迟时间与平均通信距离的关系较大。 户表采集器的性能指标如下： 载波通信距离：架空网或电缆电网均可达1000 m； 抄表成功率：可达99.7%； 抄表对的率：100%； 读数精确度：计数精度达到小数点后两位，顾客电能表读数与原则电能表的误差不不小于1个字(即0.5 kWh)； 时钟误差：每天不不小于+1 s； 顾客电能表功耗：待机时200 mW，发送数据时700 mW，发送时间25 ms，接受敏捷度2 mW； 采用工业级芯片，环境温度：-20+85 ； 工作电压：AC 165260 V； 掉电保护：电源断电状况下，数据可保存； 3.2 总结与展望

15、 电能直供到户是供电公司最重要的营销举措，这使得电能营销部门的电能抄算业务量成倍增长。采用新的远程抄表技术来改善用电管理和电能营销的装备水平、优化电能市场服务的技术手段是供电公司最急切的需求。 国内的低压电能供应都是以配电变压器为一种台区单元，在配电变压器和顾客之间不使用任何独立的中继通信设备或专用信道，直接运用低压电力线构成与低压电网系统构造相相应的顾客电能表终端配变集中器营业站电能抄算主机组网的远程抄表系统，我们觉得这符合低压远抄系统的主流发展方向，因而具有推广应用前景。 具有低压扩频载波数据远传功能的顾客电能表终端和配变集中器是构成本文所提出的远程抄表方案的核心装置。最后的技术目的的实现

16、必须建立在成功地开发顾客电表终端和配变集中器的基本之上，还要做营业站抄算主机的软件编制和数据库编制。显然本文所做的工作还离这一目的有相称长的一段距离。本文只是对顾客电能表终端及其扩频载波通信模块作了实用化开发设计和样机试制，并且通过样机的现场测试。配变集中器、软件只作了一种方案性的设计。 本文所获得的另一种成果就是，把顾客电能表终端设计成一种智能化的综合性终端，除了完毕电能的记录和计量外，它还具有顾客现场防窃电、防误接线、故障保护、远方停送电、远方修改电能表参数和负荷控制功能，这些技术手段对提高供电公司的用电管理水平无疑具有积极的意义。 参照文献 1邵源, 钟炬, 等. 有关低压顾客集中抄表系统综述. 电力系统自动化, 1999(9). 2徐平平, 邱玉春. 电力集中抄表中的通信技术. 电力系统通信, 1999(4). 3杨士中. 静电无绳广播措施. 4周世炜, 张绍卿, 洪文学. 一种基于电力配电网络的双向工频通信技术. 电子技术, 1999(8). 5邱玉春. 运用电力线组网的监控网络合同选择. 现代通信, (1). 6邱玉春, 徐平平. 低压电力线载波通信特性分析. 电力系统通信,1998:6(48).