李靖波，刘晓忠
（中卫供电局，宁夏中卫755000）
中图分类号：TN915.853
文献标志码：B
文章编号：1005-7641（2010）08-0061-05
第31卷第214期电力系统通信Vol.31No.2142010年8月10日Telecommunications for Electric Power System
Aug.10，2010
0引言
用电信息采集中，本地信道指现场终端到表
计之间的通信连接。高压电力用户在受电侧安装专变采集终端与就近计量表计通信，采用RS-485方式连接；而在低压电力用户中，一个公用配变下有大量电力用户，用电容量小，计量点分散。
在低成本解决方案中，采用一个资金投入较低的本地信道方式将大量的电力用户信息集中，再进行远程传输到系统主站。低成本本地信道通信主要有低压宽带电力线载波、低压窄带电力线载波、微功率无线通信、RS-485通信等方式。现在常用的本地信道方式主要为低压宽带电力线载波、低压窄带电力线载波、微功率无线通信。 防盗器
1常用本地通信方式的比较
低压电力线网络因其覆盖面广、线路零成本
以及电源与通信介质统一的特点，使得低压电力线通信技术获得了广泛的应用。利用电力线载波通信进行低压集中抄表，实现配变台区信息集中是最理想的途径。
低压电力载波信道还具有实施简单、普及方便、投资节约、维护容易、不存在运行成本问题、实现了固定资产低投入增值、充分提高了电力线路与频率的资源利用率等优点。其缺点为低压配电线网信号衰减大、线路阻抗变化大（时变性）、噪声源多且干扰强等。
1.1低压宽带电力线载波
1.1.1通信技术原理及特点
宽带电力线载波系统工作在1～40MHz 频率范围内，较好地避开了kHz 频段的常规低频干扰，采用正交或扩频调制方式实现兆级以上的数据传输，数据物理层传输速率最高可达200Mbit/s 。
电力线宽带通信调制技术将可用信道带宽分为多个正交的子信道，由于子信道的窄带特性，各个子信道呈现相对线性和平坦特性，可以认为在每个子信道内的衰减和时延是常数，可以看作一个理想信道，因此实现起来就很容易，也能保证可靠的传输。然而，由于高频信号在低压台区电力线上的传输信号衰减较快，常规传输距离一般在
200～300m ，但可以通过时分中继、频分中继、智能
路由计算、自动中继等技术手段实现网络重构，实现整个低压电力线通信网络的通信。宽带载波技术指标见表1所列。
1.1.2网络方案1.1.
2.1系统构成
宽带电力线载波方案的本地网络基于电力线宽带通信技术，主要由包含电力线宽带通信模块的集中器、采集器及低压电力线信道构成。
另外根据现场情况，在集中器与采集器间可能需要加装专用电力线宽带信号中继设备。
专用中继设备的作用是实现电力线宽带通信信号的转发，延长通信距离，中继设备转发信号过程中不对所转发的数据作任何解析。中继可以采
61··
表1宽带载波技术指标
Tab.1Technical index of broadband carrier
\
用自动方式，也可采用人工配置方式完成，可实现采集器的自动路由功能。
1.1.
2.2组网技术
通常集中器能够和采集器直接通信，个别情况下，如分支过多、线路过长等因素使得集中器与少数采集器实现直接通信有困难，必须考虑中继路由技术。在基于电力线宽带载波的用电信息采集系统组网设备设计时，应考虑多种中继路由实现方法。
1.1.
2.3典型的应用组网方案
番茄加速
电表集中分布的典型应用组网方案，如图1所示。
图1电表集中分布的典型
应用组网方案
Fig.1The typical networking scheme for centralized
distribution of power meter
1.1.3适用范围和对象
宽带载波数据传输速率高，具有较强的抗干扰能力，可承载业务多，适应性强，并可实现对各采集器的任务并发处理。但也存在信号衰减大、单跳通信距离受限等问题。具体应用时需要在采集
器间采取中继、路由等优化措施。
由于宽带载波的短距离和少分支的特性，宽带载波通信技术多适用于电能表集中的台区，如城乡公变台区供电区域、城市用户小区等。在板楼单元电表集中安装或者楼层电表集中安装的情况下，采用宽带载波抄表方式，其经济性和抄表效果均优于其他抄表方式。
宽带载波抄表方式，对采集和管理要求较高的一般工商业户也有更好的适应性。
1.2低压窄带电力线载波
1.2.1通信技术原理及特点
低压窄带载波通信是指载波信号频率范围≤
500kHz 的低压电力线载波通信。DL/T 698规定
载波信号频率范围为3～500kHz ，优先选择IEC
61000-3-8规定的电力部门专用频带9～95kHz 。
由于低压电力线（配电线）主要用于传输50Hz
大功率电力，因此，电力线介质上连接的各种电力和电器设备对于在电力线介质中传输的通信信号带来非常不利的影响，而城市居民的变频家电、可控硅电子产品的大量使用，又进一步加剧了信道的不稳定性。低压电力线传输信道特性主要表现为信号衰减严重、噪声显著、阻抗不稳定，而且，这三者随着频率、时间和所处位置的不同而变化。窄带载波技术指标见表2所列。
表2窄带载波技术指标
Tab.2Technical index of narrowband carrier
1.2.2典型的应用组网方案
窄带电力线载波通信的常用典型组网方式如图2所示。
指标名称性能参数
传输速率≤14～200Mbit/s
传输误码率≤10-5传输距离200～300m 一次采集成功率≥85%
周期采集成功率≥98%（周期为1天，采集日冻结数据）
集中器单点抄表时间＜3s
集中器轮询抄表时间
＜5min （300个电表）其他特殊指标要求
频率范围：1～40MHz
指标名称性能参数
传输速率50bit/s ～13.7kbit/s （差异较大，与载波技术相关）
传输误码率≤10-5传输距离200～1000m
（差异较大，与载波技术相关）
一次采集成功率
约70%~85%
周期采集成功率≥95%
（周期为1天，采集日冻结数据）
集中器单点抄表时间＜10s
集中器轮询抄表时间＜60min （300个电表）其他特殊指标要求
频率范围：9～500kHz
电力系统通信2010，31（214）
62··猎结构
图2集中器+载波电能表通信方案
Fig.2Communication solution of concentrator plus
carrier watt-hour meter
1.2.3适用范围和对象
窄带载波通信技术的数据传输速率较低，双向传输，无需另外铺设通信线路，易于安装，可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制，适应性强。但电力线存在信号衰减大、噪声源多且干扰强、受负载特性影响大等问题，对通信的可靠性形成一定的技术障碍，具体应用时需要软、硬件技术结合完成组网优化。
窄带载波通信技术适用于电能表位置较分散、布线较困难、用电负载特性变化较小的台区，例如城乡公变台区供电区域、别墅区、城市公寓小区。窄带电力线载波通信作为本地通信信道的一种，主要应用于集中器与采集器和集中器与载波电能表之间的数据通信。
1.3微功率无线通信
低压载波信道利用电力线传输数据，不用敷设通信线路，在电能表集抄系统领域具有一定的优势。但低压载波信道的通信可靠性在技术上一直存在难以逾越的障碍。
微功率无线通信是指采用WSN(Wireless Sensor Networks，无线传感器网络)技术的无线通信方式。WSN是一系列微功率通信技术的通称，在低功耗、低成本的前提下，WSN利用高速微处理器技术解决通信难题，适合于测量点多、范围分散场合的低压抄表应用。
1.3.1通信技术原理
WSN技术综合了传感器技术、嵌入式系统技术、网络无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器节点实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，而每个传感器节点都具有无线通信功能，并组成一个无线网络，将测量数据通过自组多跳的无线网络方式传送到监控中心。低成本、低功耗和对等通信是微功率无线通信技术的3个重要特征和优势。微功率无线信道指标见表3所列。
表3微功率无线信道指标
Tab.3Index of micro-power wireless channel
WSN技术克服了传统的数据点对点无线传输模式的局限性，具有拓扑结构动态性强、自组织性以及网络分布式特性，同时具有低成本、低功耗、超强通信能力、通信距离远和抗干扰能力强等诸多优点。
1.3.2通信信道的特点
1）优点。无需布线，安装成本低；自组织网络，在一定条件下，节点越多，可选择的路由路径越多，网络可靠性越高；信道质量不受电网质量的影响，容易保证信道长期可靠性，相应地较能适应现场不同电网环境的新旧城市农村社区情况；自组织网络可以寻射频范围内所有的无线节点，不受电力线拓扑网络的影响；无线网络的实时性好，速率较高，便于实现实时性要求高的增值服务，如远程预付费等。单个数据包的有效数据载荷容易达到1600bit/s以上，支持中小动力用户三相多功能表的大数据量，将其囊括在低成本的本地无线网络；在集中器上的无线模块，在远程通道失效的情况下，可以应急与无线手持抄表终端实现现场抄表的功能，比红外速度更快，使用更方便。
2）缺点。传输距离受障碍物的影响很大，障碍物会严重缩短传输距离；无线数据收发是敞开式的，在射频范围内其他设备都可以收到，需要通过多种方式如端到端高阶加密以及动态跳频实现安全数据传输。
1.3.3网络方案
针对低压用户用电信息采集系统，由具有微
指标名称性能参数
传输速率 4.8～38.4kbit/s
传输误码率≤10-5
传输距离200～600m，空旷地可达1000m 一次采集成功率≥85%
周期采集成功率≥98%（周期为1天，采集日冻结数据）集中器单点抄表时间＜5s
集中器轮询抄表时间＜10min（300个电表）
其他特殊指标要求
1）频率范围：433MHz ISM或470～
510MHz；2）发射功率：≤50mW。
·开发与应用·李靖波等低压电力用户用电信息采集本地通信方式比较63
··
功率无线模块的集中器、无线采集器和电能表等组成无线通信网络，现场对集中装表的场合每个计量表箱内安装一个无线采集器，通过RS-485接口采集电表的电量，然后通过自组织微功率无线网络传输数据至配电台区的无线集中器，集中器通过远程通信网络传输数据至主站后台系统。
1.3.4数据通信流程
无线数据通信支持双向通信，采集器既可以上传电能表数据，也可以接收集中器下发的命令，
同时，也可以中继来自其他无线节点的数据。数据通信流程如图3所示。
图3微功率无线数据通信流程
Fig.3Micro-power wireless data communication flow
集中器下发的命令数据，直接或通过多个中继节点到达目标无线采集节点，目标无线采集节点收到命令后，把相应的命令转发给电能表。也可利用无线网络实时强的特点，由无线节点将突发事件主动上传至后台，用于实时监控、防窃电、故障告警等。
电能表向集中器汇报的数据，由无线采集节点接收后，直接或是通过多个中继节点传输到达集中器，由集中器进行处理。
v型钢在节点分布距离较远、无线采集节点间不能组成网络的情况下，可以另外安装无线中继器进行组网，无线中继器可以用没有采集功能的无线采集器实现，也可以另外设计。
1.3.5典型的应用组网方案
常用的典型组网方案如图4所示。
多个电能表连接在一条RS-485总线上，无线采集器的下行接口为RS-485口，通过RS-485总线与一个或多个电能表通信；上行接口为无线通信口，可以利用其他无线中继器实现与无线集中器的数据通信，无线中继器可能由某个无线采集器实现或通过安装另外的无线中继设备实现，这种方式适合电能表集中安装的场合。
1.3.6适用范围和对象
1）用于测量点相对比较分散的场合，如城市或农村一户一表的情况。
图4无线集中器（无线中继器）+无线采集器+
RS-485电能表方案保护层垫块
Fig.4Scheme of wireless concentrator
(wireless repeater)+wireless collector+
RS-485watt-hour meter
2）对集中装表的场合，每个计量表箱内可安装一个无线采集器。
3）在电网质量恶劣无法为载波提供良好的信道的情况下。
4）在用户负载变化大，载波信道不稳定的场合。
5）作为电力线载波通信的补充。
2中卫供电局对于三种常用本地通信方式的比较选择
常用的三种本地通信方式性能特点比较见表4所列。中卫供电局根据现场和资金情况，按照“一台区一种通信方式”的原则，对于城市居民小区、电能表安装比较集中的楼宇采用宽带载波通信方式；对于城市零散用户，采用窄带载波通信方式；对于农村用户，采用微功率无线通信方式和窄带载波通信相结合的方式。
3结束语
本地通信方式的选择在低压电力用户用电信息采集建设技术方案中非常重要，影响到采集用的智能电表、采集器、集中器、电表箱等的选型。所以，在制定低压电力用户用电信息采集改造方案时，首先对本地通信方式进行选择确定。
本文从通信技术原理、信道特点、组网技术和方案、适用对象和范围等方面对三种常用的本地通信方式进行分析比较，对于低压电力用户用电
电力系统通信2010，31（214）64
··
本地通信类别
低压宽带载波低压窄带载波
微功率无线自组网
通信可靠性可靠性较高
可靠性较好，但与电网特性的变化相关
可靠性较高
传输速率＞512kbit/s
通常为300～1200bit/s 以下；单帧有效数据载荷小，支持三相多功能表大数据量困难几十kbit/s ；单帧有效数据载荷可达1600bit/s 以上，可支持三相多功能表大数据量
通信实时性（基于一次
采集成功率）
较好
一般
较好
安装，调试和运行维护电力线即为通信线，安装方便，但由于通信距离受限，可能需加装中继电力线即为通信线，安装方便；电网信号质量好时调试和维护量较小无需布线；无线组网较易实现智能
化，安装，调试和运行维护量较小影响因素
高频信号衰减较快，在长距离通信中需要中继组网受负载特性及特性随时间变化的影
响，需要组网优化
智能营销系统开发天线有被人为损坏的可能
表4本地通信方式比较
Tab.4Comparison on local communication modes
Comparison of Three Local Communication Modes Used By Low -Voltage Power
Consumption Information Collection System
LI Jing -bo,LIU Xiao -zhong
（Zhongwei Power Supply Bureau,Zhongwei 755000,China ）
Abstract:Three local communication modes used by low -voltage power consumption information collection system,they are low -voltage power line carrier,narrowband low -voltage power line carrier and micro -power wireless communications are analysed and compared,the main principle of communications technology,channel characteristics,networking technologies and programs,application objects and scope are discussed.It has reference value for the selection of communication modes in low -voltage power consumption information collection system.
Key words:low -voltage power user;information collection;local communication;comparison
信息采集建设工作中的本地通信方式的选择具有一定的指导作用。
（ZH ）
李靖波（1977—），女，宁夏中宁人，工程师，从事电力
营销信息化管理和用电信息采集建设管理工作。
刘晓忠（1977—），男，宁夏中卫人，工程师，从事电力系统继电保护管理工作。
（收稿日期：2010-05-10）
·开发与应用·李靖波等低压电力用户用电信息采集本地通信方式比较
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