1 概述
近年來，隨著電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作的逐漸推進(jìn)，“一戶一表，抄表到戶”及“城鄉(xiāng)同網(wǎng)同價”等政策的貫徹實施，電力用戶數(shù)量急劇膨脹，用電網(wǎng)絡(luò)日益龐大。目前低壓用電居民用戶數(shù)量大、分布廣、抄表強度大，傳統(tǒng)的人工抄表容易出現(xiàn)誤抄、漏抄的情況，而且現(xiàn)場故障和異常情況難以及時發(fā)現(xiàn)，線損分析和管理困難，難以滿足現(xiàn)在的用電管理需要。隨著計算機(jī)信息技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，有效地開發(fā)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，解決這一矛盾，在電力行業(yè)中出現(xiàn)了基于現(xiàn)代通訊技術(shù)的集中抄表系統(tǒng)，其通信方式有RS485總線傳輸、無線傳輸、低壓電力線載波等方式。
2 幾種常用通信方式對比
集抄系統(tǒng)中，上層及中層通訊網(wǎng)所涉及的通訊量不會很大，組網(wǎng)形式也比較簡單，技術(shù)也較成熟，關(guān)鍵在于采用何種通訊將大量的居民電能表電量數(shù)據(jù)傳送到集中器，可以采用的方式有：
（1）無線方式
由于居民電表數(shù)量大，單戶用電量較少，這就表明，不可能采用無線通信來從動輒數(shù)以十萬計的電能表向集中器傳送數(shù)據(jù)，這樣的成本電力企業(yè)負(fù)擔(dān)不起，而且也是不經(jīng)濟(jì)的。
（2）串行通信總線
目前廣泛應(yīng)用的RS-485總線，具有傳輸速率高、技術(shù)成熟的優(yōu)勢，被成功地應(yīng)用于變電站抄表中，但是面對數(shù)量大、分布廣的居民用戶就有點顯得力不從心了。首先在安裝時需鋪設(shè)RS-485總線，施工難度大；其次RS-485總線的驅(qū)動能力有限，抄收的用戶數(shù)量有限，需采用多個采集終端方能解決；再者維護(hù)困難，一旦某個采集點發(fā)生485總線短接的情況，則會出現(xiàn)整個傳輸網(wǎng)絡(luò)癱瘓，查找困難。因此RS-485總線只適合小面積范圍的使用環(huán)境，不能滿足大面積使用的需求。
（3）低壓電力線載波
低壓電力線載波就是利用現(xiàn)有的低壓電力線做為通信信道的一種通信方式。此方式具備多種優(yōu)點，系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，成本低、工程量小、免專門維護(hù)、組網(wǎng)靈活、擴(kuò)容容易，易于規(guī)劃和使用，是一種比較可行的通信方式。但載波通信技術(shù)也存在缺陷：低壓電力線阻抗特性和衰減特性復(fù)雜多變、噪聲干擾大，如果要在實踐中得到應(yīng)用，必須作大的投入去研究和解決。
3 應(yīng)用低壓電力線載波通訊技術(shù)的解決方案
為解決低壓電力載波通信技術(shù)的缺陷，我們做了大量的研究，低壓電力線上的輸入阻抗與所傳輸?shù)男盘栴l率密切相關(guān)。在沒有負(fù)載時，電力線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線。由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會隨著頻率的增大而減小。當(dāng)在電力線上有負(fù)載時，所有頻率的輸入阻抗都會減小。但是由于負(fù)載類型的不同，使不同類型的阻抗變化也不同，所以實際情況非常復(fù)雜，甚至使輸入阻抗的變化不可預(yù)測。
高頻信號在低壓電力線上的衰減是低壓電力線載波通信遇到的又一個實際困難。對高頻信號而言，低壓電力線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的負(fù)載在這根線的任意位置隨機(jī)的連接或斷開。因此高頻信號在低壓電力線上的傳輸必然存在衰減。
影響居民集中抄表系統(tǒng)正常使用的另一個不確定因素是干擾。居民小區(qū)低壓電力網(wǎng)中的干擾主要來自居民家用電器，如交直流兩用電機(jī)、電視、帶可控硅的調(diào)光器等產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲、平滑噪聲及工頻諧波噪聲等。
通過以上討論，我們可以看到，低壓電力線上的信號衰減特性和干擾特性非常復(fù)雜，而且隨機(jī)性、時變性大，難以找到一個較為準(zhǔn)確的解析式或數(shù)學(xué)模型加以描述。綜上所述，由于在低壓電力線上存在諸多使載波信號的信噪比急劇下降的因素，使得載波信號難以在一個供電區(qū)域內(nèi)較好地傳輸，必須采用多種技術(shù)措施，才能構(gòu)造出性能滿足實際需要的載波抄表系統(tǒng)。
為此，基于擴(kuò)頻數(shù)據(jù)壓縮寬頻通訊理論的電力線載波通訊技術(shù)，被應(yīng)用于低壓電力線抄表系統(tǒng)。其主要技術(shù)特點是：
（1）數(shù)據(jù)壓縮傳輸：低壓電網(wǎng)干擾嚴(yán)重，干擾信號具有隨機(jī)性、無規(guī)律性等特點，如果盡量壓縮數(shù)據(jù)，使傳輸時間盡量減少，可以減少信號受干擾的概率，并且提高了通信的效率。
（2）寬頻傳輸：寬頻傳輸技術(shù)能夠降低傳輸信號的輻值，且不在某單一頻點上傳輸信息，通過尋找低干擾頻段，可以得到較好的通信質(zhì)量，并且由于不同電能表在不同時刻以不同的頻段發(fā)送數(shù)據(jù)，減少了同頻干擾的概率。
（3）自動增益控制：擴(kuò)頻通信方式抗干擾能力強，目前得到廣泛的應(yīng)用，擴(kuò)頻方式理論上比較先進(jìn)，但是，采用傳統(tǒng)的擴(kuò)頻技術(shù)在低壓電力線上傳輸信號由于各種限制難以克服遠(yuǎn)距離傳輸?shù)睦щy，因此，通過自動增益控制技術(shù)、接力通訊技術(shù)、自動中繼技術(shù)彌補了這方面的不足，有效地延長傳輸距離。
（4）接力通訊：接力通訊技術(shù)能夠在特別惡劣的通訊環(huán)境下，使每一個終端成為其他終端的接力站，以確保穩(wěn)定可靠的傳輸，避開干擾的影響。
（5）實時中繼：實時中繼則是自動尋找最佳的信號中繼點，通過該點載波模塊實現(xiàn)信號的中繼，可以解決較遠(yuǎn)距離的信號傳輸。
在實際應(yīng)用中，通過采取以上措施，較好地解決了信號的衰減和噪聲的干擾問題。
4 低壓電力載波技術(shù)在電業(yè)局集抄系統(tǒng)的實用化應(yīng)用
目前，基于擴(kuò)頻數(shù)據(jù)壓縮寬頻通訊理論的電力線載波通訊技術(shù)被應(yīng)用于電業(yè)局居民集中抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)已覆蓋城區(qū)的6個小區(qū)9個臺變，共計2263戶。自2004年投入運行到現(xiàn)在，運行情況良好、實用化程度高。
4.1電業(yè)局載波集中抄表的組網(wǎng)模式及建設(shè)規(guī)模
圖1居民集抄低壓電力載波一體化模式圖
該組網(wǎng)模式中的單/三相電能表，包含了內(nèi)置式的低壓電力線載波通訊功能模塊，具有一體化、安裝方便、不易受到人為破壞、維護(hù)簡單等特點。
電業(yè)局集抄系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模：
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序號 |
臺變號 |
臺區(qū)名 |
電表數(shù)量（架） |
主站與
集中器通訊 |
集中器與
電表通訊 |
|
1 |
EP5961001 |
佳苑1＃變 |
276 |
GPRS |
低壓電力線 |
|
2 |
EP5961002 |
佳苑2＃變 |
255 |
GPRS |
|
3 |
EP5963001 |
悅?cè)A1＃變 |
330 |
GPRS |
|
4 |
EP5963003 |
悅?cè)A2＃變 |
172 |
GPRS |
|
5 |
EP5964001 |
華港小區(qū) |
274 |
GPRS |
|
6 |
EP5965001 |
新園1＃變 |
134 |
GPRS |
|
7 |
EP5965002 |
新園2＃變 |
119 |
GPRS |
|
8 |
EP5966001 |
東湖大廈 |
141 |
GPRS |
|
9 |
EP5967001 |
達(dá)嘉名門 |
462 |
GPRS |
|
合計 |
2263 |
|
|
表1 電業(yè)局集抄系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模表
4.2 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益分析
整個項目自2004年底完成安裝工作，2005年上半年處于邊運行邊調(diào)試的狀態(tài)，調(diào)試過程就已經(jīng)逐步顯示出良好的效益，至2005年7月完成現(xiàn)場及主站功能測試，經(jīng)統(tǒng)計，實施片區(qū)的線損率與去年同期相比，均有了大幅度的下降，取得了較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益，詳見表2。
表 2 線損效益統(tǒng)計表
4.3 管理效益分析
通過電力線載波集中抄表的應(yīng)用，可以大大提高電力營銷管理的現(xiàn)代化水平，其帶來的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益也是十分顯著的。歸納起來，主要有以下幾點：
（1）降低了抄表的管理成本
改變落后、陳舊、古板的人工抄表計費模式，實現(xiàn)了抄表方式的技術(shù)革命，降低了人工抄表的人力投入，如10萬戶居民用戶，原抄表和管理人員有40-80人，年費用近100多萬元。而使用居民集中抄表系統(tǒng)后扣除每年的通信費用可以節(jié)省管理成本近80萬元。
（2）工作效率大幅提高
采用該系統(tǒng)后，抄表人員已做到足不出戶就可讀取實時電能表的數(shù)據(jù)，在減少了人力投入的情況下大大提高了工作效率。
（3）線路運行可靠率大為加強
由于本集抄系統(tǒng)具有客戶用電異常警示功能，對于客戶停電或發(fā)生異常事件能迅速作出反應(yīng)，這使得維護(hù)人員可以在最短的時間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行處理，提高了事故預(yù)防和故障處理的主動性，不僅可在最大限度內(nèi)為電力企業(yè)挽回停電損失，也給用電客戶帶來了極大的方便。
5 結(jié)束語
電業(yè)局低壓電力載波抄表系統(tǒng)自2004年建成運行以來取得了較好的效果。本系統(tǒng)利用低壓電力線網(wǎng)絡(luò)作為集抄的通訊介質(zhì)，采用了數(shù)據(jù)壓縮傳輸技術(shù)、寬頻傳輸技術(shù)和自適應(yīng)跟蹤技術(shù)，克服了電力網(wǎng)中阻抗小，信號衰減大；干擾信號強；負(fù)荷重、變化大；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜等困難，成功地解決了低壓電力載波的技術(shù)難點。該系統(tǒng)不僅解決了抄表問題，而且還可實現(xiàn)用電監(jiān)測、供電質(zhì)量監(jiān)測、功率、電壓測量、線損及三相平衡統(tǒng)計等功能。產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和管理效益，它可以作為電力系統(tǒng)中自動抄表系統(tǒng)的一部分，發(fā)揮自動、及時、準(zhǔn)確的優(yōu)勢。
