摘要：電力營(yíng)銷效率的提高，取決于營(yíng)銷部門對(duì)配網(wǎng)信息、用戶現(xiàn)狀和需求的了解程度，以及對(duì)各種數(shù)據(jù)分門別類加以采集分析并有效利用。電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)，能夠充分采集用戶的各種數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一分析，對(duì)于加強(qiáng)需求側(cè)管理，具有重要意義。文章介紹了電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的現(xiàn)狀，指出電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)在電力線載波通信、無(wú)線擴(kuò)頻通信、復(fù)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(jì)量  自動(dòng)抄表  技術(shù)  分析

    0 引言

    電能計(jì)量是現(xiàn)代電力營(yíng)銷系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的電能量結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄讀數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用性等方面都存在不足。而用電客戶不僅要求有電用，而且要求用高質(zhì)量的電，享受到更好的服務(wù)。因此提高電力部門電費(fèi)實(shí)時(shí)性結(jié)算水平, 建立一種新型的抄表方式已成為所有電力部門的共識(shí)。再加上供電部門對(duì)防竊電技術(shù)也提出了更高的要求。 

    1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成
    電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)是將電能計(jì)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和處理的系統(tǒng)。它克服了傳統(tǒng)人工抄表模式的低效率和不確定性，推進(jìn)了電能管理現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。

    典型的電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要由前端采集子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和中心處理子系統(tǒng)等三部分組成：

    1.1 前端采集子系統(tǒng) 按照采集數(shù)據(jù)的方式不同，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)可分為本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)兩種。

    本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)的電能表一般加裝紅外轉(zhuǎn)換裝置，把電量轉(zhuǎn)換為紅外信號(hào)，抄表時(shí)操作人員到現(xiàn)場(chǎng)使用便攜式抄表微型計(jì)算機(jī)，非接觸性地讀取數(shù)據(jù)。 

    遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)由電子式電能表或加裝了光電轉(zhuǎn)換器的機(jī)電脈沖式電能表構(gòu)成系統(tǒng)的最前端，它們把用戶的用電量以電脈沖的形式傳遞給上一級(jí)數(shù)據(jù)采集裝置。目前實(shí)際應(yīng)用的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)大多采用兩級(jí)式數(shù)據(jù)匯集結(jié)構(gòu)，即由安裝于用戶生活小區(qū)單元的采集器收集十幾到幾十個(gè)電能表的讀數(shù)，而安裝在配電變壓器下的集中器則負(fù)責(zé)定期從采集器讀取數(shù)據(jù)。 

    1.2 通信子系統(tǒng) 通信子系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。為了適應(yīng)不同的環(huán)境條件以及成本要求，通信子系統(tǒng)的構(gòu)成有多種方案。按照通信介質(zhì)的不同，通信子系統(tǒng)主要有光纖傳輸、無(wú)線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸?shù)人姆N。 

    光纖通信具有頻帶寬、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)以及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合上層通信網(wǎng)的要求。但因其安裝結(jié)構(gòu)受限制且成本高，故很少在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中使用。 

    無(wú)線通信適用于用戶分散且范圍廣的場(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(yuǎn)(幾十千米，也可通過(guò)中繼站延伸)。目前，GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為無(wú)線抄表系統(tǒng)的實(shí)施提供了高效、便捷、可靠的數(shù)據(jù)通道。主要缺點(diǎn)是需申請(qǐng)頻點(diǎn)使用權(quán)，且如果頻點(diǎn)選擇不合理，相鄰信道會(huì)相互干擾。 

    租用電話線通信是利用電話網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)的發(fā)出和接收端分別加裝調(diào)制解調(diào)器。該方法的數(shù)據(jù)傳輸率較高且可靠性好，投資少；不足之處是線路通信時(shí)間較長(zhǎng)(通常需幾秒甚至幾十秒)。 

    低壓電力線載波通信利用低壓電力線作為系統(tǒng)前端的數(shù)據(jù)傳輸信道。其基本原理是：在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波上，經(jīng)功率放大后耦合到電力線上。此高頻信號(hào)經(jīng)電力線路傳輸?shù)浇邮辗剑邮諜C(jī)通過(guò)耦合電路將高頻信號(hào)分離，濾去干擾信號(hào)后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。電力線載波直接利用配電網(wǎng)絡(luò)，免去了租用線路或占用頻段等問(wèn)題，降低了抄表成本，有利于運(yùn)營(yíng)管理，發(fā)展前景十分廣闊。但是，如何抑制電力線上的干擾，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(tǒng) 中心處理子系統(tǒng)主要由中心處理工作站以及相應(yīng)的軟件構(gòu)成，是整個(gè)電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的最上層，所有用戶的用電信息通過(guò)信道匯集到這里，管理人員利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，作出相應(yīng)的決策。如果硬件允許，還可直接向下級(jí)集中器或電能表發(fā)出指令，從而對(duì)用戶的用電行為實(shí)施控制，如停、送電遠(yuǎn)程操作。 

    2 自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

    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(jī)電脈沖式還是電子式電能表已能夠較好地滿足當(dāng)今電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的需要。預(yù)計(jì)今后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的終端采集裝置將以機(jī)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(shù)據(jù)的裝置，由單片機(jī)、存儲(chǔ)器和接口電路等構(gòu)成，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了較成熟的產(chǎn)品。 

    2.3 通信信道 通信子系統(tǒng)是電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)中的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)通信方式的選取要綜合考慮地理環(huán)境特點(diǎn)、用戶用電行為、技術(shù)水平、管理體制和投資成本等因素。國(guó)內(nèi)外對(duì)于不同通信方式各有側(cè)重，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的研究起步較早，電力系統(tǒng)包括配電網(wǎng)絡(luò)較規(guī)范、完備，所以低壓電力線載波技術(shù)被廣泛應(yīng)用；在我國(guó)，受條件所限，較多使用電話線通信。近來(lái)，隨著對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)研究的深入，低壓電力線載波中干擾大的問(wèn)題逐步得到解決，因此，低壓電力線載波通信方式在電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)中的應(yīng)用有逐步推廣的趨勢(shì)。

    3 自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

    3.1 電力線載波通信 電力線載波通信，是將信息調(diào)制為高頻信號(hào)(一般為50～500 kHz)并疊加在電力線路上進(jìn)行通信的技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)是利用電力線作為通信信道，不必另外鋪設(shè)通信信道，大大節(jié)省投資，維護(hù)工作量少，可靈活實(shí)現(xiàn)“即插即用”。目前，國(guó)內(nèi)10 kV以上電壓等級(jí)的高壓電力線載波技術(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(dá)到令人滿意的水平，這在一定程度上制約了電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用。 

    3.2 無(wú)線擴(kuò)頻通信 擴(kuò)頻技術(shù)是一種無(wú)線通信方式，把發(fā)送的信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，通過(guò)相關(guān)接收，用相同的頻碼序列解擴(kuò)，最后經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)出原始信息。擴(kuò)頻通信距離一般可達(dá)幾十千米，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于抗干擾能力較強(qiáng)，因此具有較強(qiáng)的安全保密性。擴(kuò)頻技術(shù)在電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)的典型應(yīng)用方式是：采集器通過(guò)電力線載波把數(shù)據(jù)傳至集中器，再由設(shè)置在集中器附近的擴(kuò)頻電臺(tái)把數(shù)據(jù)發(fā)送給中央處理站的接收電臺(tái)。 

    3.3 復(fù)合通信 在應(yīng)用于電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)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足需要。為解決這類矛盾，提出了復(fù)合通信方案。 

    復(fù)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(xiàn)電能自動(dòng)抄表的復(fù)合通信網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)傳輸量不太大、傳輸距離較近的底層數(shù)據(jù)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、低壓電力線載波甚至點(diǎn)對(duì)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、電話線或無(wú)線通信等。選擇什么樣的復(fù)合方式，需根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)籌考慮。混合使用的各種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(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)規(guī)劃等方面的研究與設(shè)計(jì)。 

  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(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性。電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)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(shù)據(jù)的過(guò)程。通信中既要保證所抄數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸，又必須確保中心處理子系統(tǒng)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(tǒng)的安全性主要是指其包含的計(jì)算機(jī)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(tǒng)自身的脆弱性。保護(hù)及防范的措施是綜合運(yùn)用密碼技術(shù)、身份驗(yàn)證技術(shù)、訪問(wèn)控制技術(shù)、防火墻技術(shù)、安全內(nèi)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(cè)技術(shù)等。 

    4 小結(jié) 

    電力營(yíng)銷效率的提高，取決于營(yíng)銷部門對(duì)配網(wǎng)信息、用戶現(xiàn)狀和需求的了解程度，以及對(duì)各種數(shù)據(jù)分門別類加以采集分析并有效利用。電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)，能夠充分采集用戶的各種數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一分析，對(duì)于加強(qiáng)需求側(cè)管理，具有重要意義。