基于私有路由协议的电力无线抄表系统方案

一、抄表系统的现状

随着电子信息产业的发展，我们的生活能感受到更多信息化所带来的全新体验。而在现今节能减排的要求下，智能电网的建设备受关注。智能抄表系统作为智能电网建设的一部分近年来也得到快速发展。

电力部门对电表管理的传统方式包括人工抄表、电力载波抄表，还有预付费电卡。以往采取的人工抄表不仅效率低，而且容易出现人为因素的错误。预付费电卡虽然省去了上门抄表的麻烦，但对电力部门来说，数据统计和实时监测仍然是一个有待解决的问题。而节省成本又不用重新布线的电力载波系统又有无法解决的技术缺陷。例如：配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；三相电力线间有很大信号损失，通讯距离很近时，不同相之间可能会收到信号；不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同；电力线存在本身固有的脉冲干扰；电力线对载波信号造成高削减，当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。这些技术缺陷使得电力载波诞生很多年后都无法普及。

在能源日趋珍贵的今天，电表数据已不仅仅是收费依据。电力部门可通过用户电表数据，了解一个小区及至整个城市用电情况，这对于合理分配资源有着重要参考价值。以后甚至还需要对每个用户电表进行调控，这都是发展的趋势。传统方式做不到实时性，采集的数据不完整，也不能远程控制用户电表，显然已不能满足电力部门更好管理用户的需求。随着近年无线通讯行业的发展，因为无线通讯无需复杂布线，维护方便，在很多领域的应用都得到认可。同样应用于智能电网中也已成为热门，国家为规范无线抄表也发布相应标准规定。本文章所介绍的电力无线远传抄表系统为智能电网提供了新的手段。

二、电力无线远传抄表系统

基于私有路由协议的电力无线远传抄表系统图如图1所示。电力无线远传抄表系统由位于配电中心管理系统和终端电能表以及位于小区的集中器组成。三者之间通过有线或无线方式连接，实现数据交换。无线传输方式包括近距离无线通信和远距离无线通信。

整个过程是电表将电表计数发送到小范围内的小区集中器，小区集中器再将数据发送到更高一级集中器，或者通过远距离无线传输网络，发送到配电中心。配电中心管理部门收到数据后，不仅制成电费账单，这些实时信息数据还可以用于其他用途。这就完成了采集信息过程，另处还可以控制每个集中器或者电能表，过程只是上述的反向操作，这样电力部门的管理能力将更强。

图1　基于私有路由协议的电力无线远传抄表系统示意图

1、系统的构建与实施

电力无线远传抄表系统用于电力部门集中抄表管理，系统为分布式结构，由设备层（终端无线表具）、无线网络传输层和站控层三层构成。设备层主要是Wi-End终端设备；无线网络传输层主要由Wi-CL采集器和Wi-Rou路由器、Wi-Cor集中器等设备组成；站控层由计算机、服务器和抄表软件等组成。

系统实施时，在每一个电子电能表中安装无线数据传输模块构成Wi-End终端设备，负责电能计量并将计量数据通过无线数据传输模块发送到匹配的Wi-CL采集器，或者接收来自Wi-CL采集器的管理命令，对电子电能表进行监控。在每个楼层安装Wi-CL采集器，用于收集Wi-End终端设备的数据，并通过无线链路传送到Wi-Cor集中器，或者接收来自Wi-Cor集中器的管理命令，并传送给Wi-End终端设备。如果Wi-CL采集器与Wi-Cor集中器之间的距离较远，或者现场环境太复杂，导致Wi-CL采集器不能把数据直接传送到Wi-Cor集中器，这时需要根据现场情况在合适的地方安装Wi-Rou路由器进行数据的中继续传。Wi-Rou路由器的主要功能是允许Wi-CL采集器加入网络，多跳中继网络中的数据，协助Wi-CL采集器与Wi-Cor集中器之间的通信，它一直处于活动状态。Wi-Rou路由器可以安装多个，确保数据传输的稳定性和可能性。最后，在一个相对集中的地方安装一个Wi-Cor集中器，负责启动和配置整个无线网络，收集Wi-CL采集器的数据，并通过GPRS模块将数据传送给集抄中心，或者接收来自集抄中心的管理命令，并传送到Wi-CL采集器。它是整个无线网络的核心。

系统搭建完成之后，集抄中心就可以通过GPRS无线通信方式下发远程抄读命令到Wi-Cor集中器，Wi-Cor集中器将抄表命令转换成符合DL/T 645多功能电表通信标准的报文，传输至Wi-CL采集器，Wi-CL采集器再将命令传输至Wi-End终端设备，Wi-End终端设备收到命令后，立即应答，并按相反的路径将应答信息传回集抄中心主站，这样就完成一次抄读的过程。

2、系统的特点

电力无线远传抄表系统具有以下特点：

无线通讯无需布线，建设、运营成本低，可靠性高，操作、维护、管理简单；

半双工传输，不仅抄表，还可对电表设备进行远程控制，实现更多功能；

信息实时性强，收集信息和控制可在很短时间内完成，可重复抄表，数据备份；

抄读成功率高，大于98%，支持手抄和定时传送数据等多种抄表模式；

传输容量大，扩容性能好，集抄范围广，还可实现其他表类统一传送数据，使用同样的路由协议及传送协议，只需要不同的终端设备即可；

系统为分层分布式簇状结构，稳定可靠，便于维护；

集抄设备平均无故障工作时间MTBF≥7.6×104h；

符合国家2009国家住宅远传抄表系统的JG/T 162-2009标准。

3、近距离无线通讯指标

远距离通信主要采用位于每个角落的通信基站和公用市话网组成的GPRS/GSM网络实现，近距离通信则通过低成本低功耗通信方案，载波频率主要有ISM/SRD和国家规定抄表频段。

系统对无线通讯的基本要求：半双工数据传输模式，体积小，成本低，可稳定工作5-10年。

本文描述的无线数据传输模块的主要指标：

工作频段为抄表常用频段470MHz/433MHz 

GFSK调制方式，抗突发干扰和随机干扰能力强

视距情况下，天线放置垂直高度>1米，可靠传输距离800米

具备一点对多点以及路由功能，组网方式灵活、简单

自动滤除噪声产生的虚假数据

支持多个信道，有效减轻同频干扰

使用5V电源，接口即可供电

接收电流<40mA，发射电流<140mA

采用Soc方案，单片集成RF和MCU，外围器件少，电路可靠性高

有多种配套天线方案，满足不同结构要求

市场上常见的几种近距离通信模块：