電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)分析的論文
摘要：該文簡(jiǎn)要敘述了電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)產(chǎn)生的背景，介紹了電能計量自動(dòng)抄表系統的結構和特點(diǎn)，從電能表、采集器和集中器，以及通信信道等方面闡述了電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)的現狀，指出電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)在電力線(xiàn)載波通信、無(wú)線(xiàn)擴頻通信、復合通信和自動(dòng)抄表的安全性等方面的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：電能計量自動(dòng)抄表信道采集終端
電能計量是現代電力營(yíng)銷(xiāo)系統中的一個(gè)重要環(huán)節，傳統的電能量結算是依靠人工定期到現場(chǎng)抄讀數據，在實(shí)時(shí)性、準確性和應用性等方面都存在不足。而用電客戶(hù)不僅要求有電用，而且要求用高質(zhì)量的電，享受到更好的服務(wù)。因此提高電力部門(mén)電費實(shí)時(shí)性結算水平,建立一種新型的抄表方式已成為所有電力部門(mén)的共識。再加上供電部門(mén)對防竊電技術(shù)也提出了更高的要求。
電能計量自動(dòng)抄表系統是將電能計量數據自動(dòng)采集、傳輸和處理的系統。它克服了傳統人工抄表模式的低效率和不確定性，推進(jìn)了電能管理現代化的發(fā)展進(jìn)程。
1電能計量自動(dòng)抄表系統的構成和特點(diǎn)
典型的電能計量自動(dòng)抄表系統主要由前端采集子系統、通信子系統和中心處理子系統等三部分組成，如圖1所示。
1.1前端采集子系統
按照采集數據的方式不同，電能計量自動(dòng)抄表系統可分為本地自動(dòng)抄表系統和遠程自動(dòng)抄表系統兩種。
本地自動(dòng)抄表系統的電能表一般加裝紅外轉換裝置，把電量轉換為紅外信號，抄表時(shí)操作人員到現場(chǎng)使用便攜式抄表微型計算機，非接觸性地讀取數據。
遠程自動(dòng)抄表系統由電子式電能表或加裝了光電轉換器的機電脈沖式電能表構成系統的最前端，它們把用戶(hù)的用電量以電脈沖的形式傳遞給上一級數據采集裝置。目前實(shí)際應用的遠程自動(dòng)抄表系統大多采用兩級式數據匯集結構，即由安裝于用戶(hù)生活小區單元的采集器收集十幾到幾十個(gè)電能表的讀數，而安裝在配電變壓器下的集中器則負責定期從采集器讀取數據。
1.2通信子系統
通信子系統是把數據傳送到控制中心的信道。為了適應不同的環(huán)境條件以及成本要求，通信子系統的構成有多種方案。按照通信介質(zhì)的不同，通信子系統主要有光纖傳輸、無(wú)線(xiàn)傳輸、電話(huà)線(xiàn)傳輸和低壓電力線(xiàn)載波傳輸等四種。
光纖通信具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠以及抗干擾性強等特點(diǎn)，適合上層通信網(wǎng)的要求。但因其安裝結構受限制且成本高，故很少在自動(dòng)抄表系統中使用。
無(wú)線(xiàn)通信適用于用戶(hù)分散且范圍廣的場(chǎng)合，在某個(gè)頻點(diǎn)上以散射通信方式進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸頻帶較寬，通信容量較大(可與幾千個(gè)電能表通信)，通信距離遠(幾十千米，也可通過(guò)中繼站延伸)。目前，GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )為無(wú)線(xiàn)抄表系統的實(shí)施提供了高效、便捷、可靠的數據通道。主要缺點(diǎn)是需申請頻點(diǎn)使用權，且如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰信道會(huì )相互干擾。
租用電話(huà)線(xiàn)通信是利用電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，在數據的發(fā)出和接收端分別加裝調制解調器。該方法的數據傳輸率較高且可靠性好，投資少；不足之處是線(xiàn)路通信時(shí)間較長(cháng)(通常需幾秒甚至幾十秒)。
低壓電力線(xiàn)載波通信利用低壓電力線(xiàn)作為系統前端的數據傳輸信道。其基本原理是：在發(fā)送數據時(shí)，先將數據調制到高頻載波上，經(jīng)功率放大后耦合到電力線(xiàn)上。此高頻信號經(jīng)電力線(xiàn)路傳輸到接收方，接收機通過(guò)耦合電路將高頻信號分離，濾去干擾信號后放大，再經(jīng)解調電路還原成二進(jìn)制數字信號。電力線(xiàn)載波直接利用配電網(wǎng)絡(luò )，免去了租用線(xiàn)路或占用頻段等問(wèn)題，降低了抄表成本，有利于運營(yíng)管理，發(fā)展前景十分廣闊。但是，如何抑制電力線(xiàn)上的干擾，提高通信可靠性仍是亟待解決的問(wèn)題。
1.3中心處理子系統
中心處理子系統主要由中心處理工作站以及相應的軟件構成，是整個(gè)電能計量自動(dòng)抄表系統的最上層，所有用戶(hù)的用電信息通過(guò)信道匯集到這里，管理人員利用軟件對數據進(jìn)行匯總和分析，作出相應的決策。如果硬件允許，還可直接向下級集中器或電能表發(fā)出指令，從而對用戶(hù)的用電行為實(shí)施控制，如停、送電遠程操作。
2電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)的現狀
2.1電能表
傳感器、自動(dòng)化儀表以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得無(wú)論是機電脈沖式還是電子式電能表已能夠較好地滿(mǎn)足當今電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)的需要。預計今后相當一段時(shí)間內，電能計量自動(dòng)抄表系統的終端采集裝置將以機電脈沖式電能表和電子式電能表兩種儀表為主。
2.2采集器和集中器
采集器和集中器是匯聚電能表電量數據的裝置，由單片機、存儲器和接口電路等構成，現在已經(jīng)出現了較成熟的產(chǎn)品。
2.3通信信道
通信子系統是電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)中的關(guān)鍵。數據通信方式的選取要綜合考慮地理環(huán)境特點(diǎn)、用戶(hù)用電行為、技術(shù)水平、管理體制和投資成本等因素。國內外對于不同通信方式各有側重，在西方發(fā)達國家，對于電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)的研究起步較早，電力系統包括配電網(wǎng)絡(luò )較規范、完備，所以低壓電力線(xiàn)載波技術(shù)被廣泛應用；在我國，受條件所限，較多使用電話(huà)線(xiàn)通信。近來(lái)，隨著(zhù)對擴頻技術(shù)研究的深入，低壓電力線(xiàn)載波中干擾大的問(wèn)題逐步得到解決，因此，低壓電力線(xiàn)載波通信方式在電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)中的應用有逐步推廣的趨勢。
3電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢
3.1電力線(xiàn)載波通信
電力線(xiàn)載波通信，是將信息調制為高頻信號(一般為50～500kHz)并疊加在電力線(xiàn)路上進(jìn)行通信的技術(shù)。其優(yōu)勢是利用電力線(xiàn)作為通信信道，不必另外鋪設通信信道，大大節省投資，維護工作量少，可靈活實(shí)現“即插即用”。目前，國內10kV以上電壓等級的高壓電力線(xiàn)載波技術(shù)已經(jīng)較成熟，但低壓電力網(wǎng)絡(luò )上的載波通信還未能達到令人滿(mǎn)意的水平，這在一定程度上制約了電能計量自動(dòng)抄表技術(shù)在我國的實(shí)際應用。
3.2無(wú)線(xiàn)擴頻通信
擴頻技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)通信方式，把發(fā)送的信息轉換為數字信號，然后由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調制數字信號，以擴展信號的頻譜，通過(guò)相關(guān)接收，用相同的頻碼序列解擴，最后經(jīng)信息解調，恢復出原始信息。擴頻通信距離一般可達幾十千米，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于抗干擾能力較強，因此具有較強的安全保密性。擴頻技術(shù)在電能計量自動(dòng)抄表系統的典型應用方式是：采集器通過(guò)電力線(xiàn)載波把數據傳至集中器，再由設置在集中器附近的.擴頻電臺把數據發(fā)送給中央處理站的接收電臺。
3.3復合通信
在應用于電能計量自動(dòng)抄表系統中的所有通信模式中，各種通信模式都有優(yōu)缺點(diǎn)，任何一種采用單一通信技術(shù)的方案均很難完全滿(mǎn)足需要。為解決這類(lèi)矛盾，提出了復合通信方案。
復合通信方案是在自動(dòng)抄表的不同通信階段采用不同的通信方式，組成實(shí)現電能自動(dòng)抄表的復合通信網(wǎng)絡(luò )。在數據傳輸量不太大、傳輸距離較近的底層數據采集階段(電能表到采集器，采集器到集中器)，可以采用如紅外、低壓電力線(xiàn)載波甚至點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式；而在集中器到中央處理站段，則可采用電纜、電話(huà)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信等。選擇什么樣的復合方式，需根據實(shí)際情況統籌考慮�；旌鲜褂玫母鞣N通信方式之間要有很好的相容性，不能相互干擾，這其中涉及到運籌學(xué)、最優(yōu)規劃等方面的研究與設計。
3.4自動(dòng)抄表的安全性
自動(dòng)抄表的安全性主要包括自動(dòng)抄表過(guò)程的安全性和中心處理子系統的計算機網(wǎng)絡(luò )安全性。電能計量自動(dòng)抄表系統的抄表過(guò)程是分散的采集器、集中器與中心處理站間交換數據的過(guò)程。通信中既要保證所抄數據的安全、可靠傳輸，又必須確保中心處理子系統不會(huì )受到來(lái)自傳輸網(wǎng)絡(luò )的意外攻擊。
中心處理子系統的安全性主要是指其包含的計算機網(wǎng)絡(luò )安全性，而主要的安全隱患來(lái)自以下4個(gè)方面：黑客、病毒、合法人員的失誤和網(wǎng)絡(luò )系統自身的脆弱性。保護及防范的措施是綜合運用密碼技術(shù)、身份驗證技術(shù)、訪(fǎng)問(wèn)控制技術(shù)、防火墻技術(shù)、安全內核技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )反病毒技術(shù)、信息泄漏防治技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )安全漏洞掃描技術(shù)和入侵檢測技術(shù)等。
4結束語(yǔ)
電力營(yíng)銷(xiāo)效率的提高，取決于營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)對配網(wǎng)信息、用戶(hù)現狀和需求的了解程度，以及對各種數據分門(mén)別類(lèi)加以采集分析并有效利用。電能計量自動(dòng)抄表系統，能夠充分采集用戶(hù)的各種數據信息，對數據進(jìn)行集中存儲和統一分析，對于加強需求側管理，具有重要意義。
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