智能电网中用载波和无线双模集抄实现智能小区初探
发布时间：2013-06-17
摘 要：本文介绍了智能电网中采用电力线载波及微功率无线通信存在的问题，提出了基于载波及无线双模通讯的智能小区信息采集方案。通过对几种通讯采集系统的分析，基于载波及无线双模的通讯方案具有更好的抄收率和稳定性及可靠性。
关键词：电力电子技术,载波,无线,MODBUS直读,电子信息论文
一、 引言
2013年是国网公司对坚强智能电网的三个推进阶段中的全面建设阶段，依据国家电网公司“十二五”发展规划战略目标，2011年至2015年各网省公司全面开展用电信息采集系统建设工作，进一步加快系统主站、终端设备、智能电表及通信信道的建设进度和深化应用的进程，通过不断推进用电信息采集系统的建设，逐步实现“全采集、全覆盖、全费控”的建设目标，及时、完整、准确地为SG186营销系统及其相关系统提供基础数据，为企业经营管理各环节的决策、分析提供支撑，为实现智能用电双向互动服务提供信息基础。
未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术。其中电力电子技术中，智能电表及其通讯成为用户和供电企业之间沟通的桥梁，是智能家居信息采集系统的关键。
各种各样的远传抄表系统正是在这种情况下涌现出来，主流的远程抄表通讯方式有RS485总线抄表、低压电力线载波远程抄表、微功率无线抄表。
RS485总线抄表方式虽然技术成熟，但RS485需要单独布线，其高额的建设和维护费用、巨大的施工工作量使供电公司无法承担。不适于大面积推广。
低压电力线载波远程抄表系统一般使用专门的通讯芯片，对数据进行调制后再通过低压配电线路进行信号传输来实现集中抄表。这种抄表方式安装简单、不需要另外布线、对小区内客户的分布没有过多限制，不受种种管理规定的束缚，尤其是通信线路不易损坏且无需维护是这种抄表方式的最大优势。低压载波集抄系统在我国已经发展了十几年，是多数集抄系统应用的首选方案。
无线抄表系统采用微功率无线网络结构，是近几年开始成熟的一种抄表方式，网络结构和载波类似，施工简单、数据传输速率高，采集数据准确快捷，扩容性能好、实时性强、建设和运营成本低等优点。
然而，在集抄系统大面积推广的同时，也遇到了很多技术上的难题，作为主流的载波通讯低压载波信道，本地通信环节还存在着一定的局限性，容易受电网阻抗变化、噪声、谐波等影响导致低压电力线路的通信环境恶劣，造成载波通信不可靠，一次实抄成功率仅为80%～90%。而微功率无线抄表也存在通信受传输距离、建筑物阻挡、无线易受干扰稳定性差等原因影响，抄表成功率也在90%以下。目前主流的载波或无线通信，都存在着明显的弊端，为了提供通讯成功率及可靠性，充分结合载波与无线各自的优点，采用载波与无线相结合的通信方式，实现资源与优势互补，以载波为主，无线为辅，两者互相协调，自动切换，构成双通道的解决方案，克服载波与无线各自的技术缺陷，提高通讯成功率和可靠性。
二、 采用双模方式对智能小区进行三表集抄的设计
1、集抄系统总体介绍及结构：
智能小区系统由三部分组成(如上图所示)：管理层、通讯网络层和现场设备层。管理层即智能小区管理主站(远程中心和本地主站的数据采集计算机、数据库服务器、抄表管理软件)、通讯网络层包括双模集中器、双模MBUS采集器等通信设备;设备层要为智能仪表(采集直读式冷热水表、直读式燃气表)。
2、各组成部分简介
管理主站系统采用模块化、分层分布式结构，确保采集、计量、计费、统计、分析和决策等各项功能、各个环节的可靠性及可升级性。各模块可分布式运行于系统网络的每一个节点。系统由前置机模块、服务器模块、人机界面模块、WEB发布模块等组成。
通讯网络层以台变为中心，在每个台变安装1台载波及无线双模集中器，每个居民计量表箱内安装1台双模MBUS采集器。采集器通过MBUS总线采集直读式冷热水表和直读式燃气表的数据，通过载波或无线将数据传送给集中器，然后集中器通过远程通信信道将居民的能耗数据传送给主站。在集中器和采集器上安装双模通信模块。双模模块将电力线载波和微功率无线两种常用的通信方式结合起来，采用单芯片双模技术，一方面增加了通信可能成功的途径，即由传统的单一模式(微功率无线或电力线载波)改为两种模式结合。另一方面既充分发挥了电力线载波通信和微功率无线通信信道的优点，又弥补了单纯电力线载波通信或微功率无线通信的不足，进而提高了通信的稳定性与可靠性。集中器上行远程通信信道可采用光纤/GPRS/CDMA等通信方式，传输稳定可靠。
设备层要为智能电表和直读式水表及燃气表，智能电表以国网标准接口安装双模通信模块，即插即用，只需一次安装即可实现双模通信，在两种模式相结合的情况下提高了电表抄收成功率。另外作为终端的直读式水表及燃气表在经过若干年的直读式研究后已经可靠到了可以批量工程化的时机，在直读式抄表的最底层采用基于MBUS的抄表网络,抄读基于MBUS的直读式水表、气表和热力表等。MBUS是欧洲标准的2线总线,特点是无极性，施工难度小，施工成本低，调试简单容易;带载能力强，大幅降低设备成本两线工作，能极大的节省现场工作量，直读式终端平时不运行，不供电，只在抄表瞬间供电工作，因而功耗极低;无需内置电源和备用电源,维护简单，不需要专业维护人员;也不会因停电、线路故障影响而丢失数据。
三、载波及无线对智能小区的下一步拓展
随着国网智能化电网的深入进行，现在电表集抄甚至三表集抄都在很多地方得到了大面积推广，通讯信道稳定可靠了，不仅仅可以对电表和水表进行抄读控制，也可以通过如MBUS方式抄读居民家中煤气泄漏传感器、烟雾传感器、红外传感器甚至智能插座等各种居家安防信息。通过智能电网实现家居也智能。
四、参考文献
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[2]张晶.智能电网200问.北京:中国电力出版社，2011.11
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[4]徐丙垠,李天友.智能配电网与配电自动化[J]电力系统自动化，2009,33(17)
[5]孙中伟，张荣刚.智能配电网通信系统访问控制研究[J].电力系统保护与控制，2010,38(21):118-125.
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