低压电力集中抄表系统方案组成及效益分析创新提案.docx
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低压电力集中抄表系统方案组成及效益分析创新提案
低压电力集中抄表系统
方案组成及效益分析
2010-03-05
1、低压电力集中抄表系统组成
低压电力线集中抄表系统的应用可分为新装台区用户集中抄表系统和旧台区用户集中抄表改造两种方式，新装台区一般为全套系统设备均为带载波通讯功能的设备，因此，抄表系统中全套设备均带载波通讯的系统我们称为全载波抄表系统。
全载波集中抄表系统组成单元：
集中抄表管理主站、载波集中器、载波电能表。
1.1集中抄表管理主站
安装在各个机房部门计算机上的应用软件。
主站计算机通过GPRS/GSM/CDMA等无线公用通讯网络与载波集中器建立数据传输通道，实现远程自动集中抄表、实时监测与控制、电量结算、线损计算等功能。
对于大型的主站应用系统，一般由省级电力公司主导，由专业的软件开发公司进行主站系统建设。
1.2载波集中器
数据采集处理单元，下行通过电力线载波对载波电能表和采集终端进行数据采集和管理，上行通过GPRS/GSM/CDMA无线远程传输或电话线等通讯方式与主站进行数据传输。
1.3载波电能表
全载波集中抄表系统的终端产品，包括单相居民载波电能表、三相有功载波电能表和多功能载波电能表等，具备电能计量和载波传输功能。
1.4.采集终端
通过RS485接口与RS485电能表连接，使具有RS485接口而无载波接口的电能表与电力线载波集中抄表系统建立数据传输网络。
1.5RS485电能表
电能计量和RS485数据传输功能，是半载波集中抄表系统的终端产品，包括单相居民电能表、三相有功电能表和多功能电能表等。
全载波集中抄表结构图
全载波集中抄表系统特点：
集中器直接通过电力线载波对所有载波电能表进行通讯，利用低压配电线作为传输介质进行所有设备的数据交换，无需另外铺设线路和安装其他设备，节省了通讯线路的投资和日常的维护费用，是目前最经济集中抄表方式。
半载波集中抄表结构图
半载波集中抄表系统特点：
半载波集中抄表系统是利用用户原有带RS485接口的电能表与采集终端的RS485接口连接，采集终端再通过电力线载波与载波集中器连接，集中器通过GPRS/CDMA与管理主站远程无线数据传输，实现RS485电能表的载波远程集中抄表。
半载波的方式充分利用了现有资源，只需增加采集终端就可以实现所有电能表的组网抄表，最大程度降低了抄表系统改造成本完成抄表系统的升级，最适合于不带载波通讯功能的电能表集中抄表改造。
2、目前各种载波技术特点简介
电力载波技术应用在电能计量领域的时代发展，根据载波芯片及路由方式的划分，分为三代：
第一代的载波通讯方式是载波调制方式采用移频键控（FSK），路由方式是由人工指定的；第二代载波通讯方式是以东软、晓程芯片为代表的方案，采用BFSK等方式，路由采用学习记忆历史路由路径的方式，该类载波通讯方案也是目前国内大批量使用的；第三代载波通讯方案是在硬件上采用以多CPU组成的神经元芯片，在路由上实现自动组网，智能中继组网的网络载波方案，我公司目前已经设计并批量应用了第三代网络载波方案。
从2005年开始对低压电力线载波集中抄表（AMR）技术进行研究开发，从理论研究到实际应用获得了大量的经验，并且在技术层面上取得重大突破，从第二代电力线载波技术率先进入到第三代电力线载波技术的研究开发，在国内电力线载波抄表领域处于领先地位。
我公司目前采用的载波技术方案有青岛东软方案、青岛鼎信方案、ECHELON方案和RISECOMM方案四种。
2.1东软载波方案
采用63位直序扩频技术，能够高效率向前纠错，抗干扰能力强。
采用高效稳定可靠的路由算法，自动感知配电网络的拓扑结构，并能动态适应配电网络的变化，具备自学习机制，具有越用越好用的特点，充分的保证了通讯系统的稳定性和可靠性。
调制类型为BFSK（二进制频移键控）调制扩频通信技术，中继级数为3级，传输速率为330BPS。
东软载波技术方案作为第二代载波技术的代表，成为国内应用最广泛，市场占有率最高的一种载波技术方案。
2.2DX载波方案
利用了电力线50Hz阻抗周期变换的特点，微分时段通信方式，充分利用其高阻抗、阻抗稳定、干扰小的时段进行通信，通信距离远、时变稳定性高。
同时三相通信过程又覆盖了所有时段，避免了单相通信只使用1/3时间对时间资源的浪费。
三相抄表过程独立，相位信息准确、中继方法简单、稳定、可靠。
主控方式的100/50bps可变速率传输。
专用的载波MAC层管理协议，网络层传输与应用层命令分离。
具有节点侦听功能生成电表相对物理位置信息，形成新的中继路由算法，稳定路由结构。
国内载波方案，在国内刚刚开始推广应用。
2.3基于LonWorks协议载波方案（ECHELON/RISECOMM）
基于LonWorks协议的第三代神经元网络系统，采用对等网络设计，所有网络节点（载波电能表）地位平等,每个网络节点都相当于一台集中器，可以自动连接将运行信息共享出来，并主动上传至集中器。
这样就可以实现载波电能表将开盖、故障等信息主动上报。
由于采用了LonWorks网络协议，电表可以实现数据包转发以及信道的冲突检测，网络中的节点具有载波侦听和双频载波功能，实现智能跳频。
数据传输速率达到5400bps，是第二代载波技术的10至16倍，数据抄收的实时性和稳定性得到有效保证。
独特的lonworks网络构架可实现动态组网，智能中继，中继级数无限级转发，使通讯和控制更加方便、快捷，使得通讯距离更远，更加适应严酷的电力网络。
该载波技术作为第三代载波技术，突破了有限级数的中继路由限制和抄收成功率不稳定瓶颈，在电力线载波集抄技术领域具有革命性的飞跃。
成为国内外最先进的载波技术。
3、基于LonWorks协议的载波系统优势
目前多数低压载波抄表系统仅仅采用改善物理层通信性能的办法来延长通信距离。
当然，性能优越的载波通信芯片是至关重要的，它是一切通信的基础。
但物理层的点对点通信性能总是有限的，而低压电力网通信信道又是动态的、极其复杂的，仅仅靠改善物理层通信的性能不足以彻底解决载波抄表的实抄率以及实时性的问题。
大多数现有的厂家一般采用自动中继技术，但通信协议只到了链路层，缺乏完整的网络协议支撑。
单一的寻址方式，只能支持完全主从的一问一答式轮询，不支持广播应答。
集中器算法完全由应用程序完成，随着电表数量的增加，集中器自动中继算法过程的工作量呈几何级数增加，使集中器的中继级数受到限制，一般只能实现3级中继，使抄表半径大大受到限制，一般以集中器为半径不超过500米。
网络抄表系统与国内外现有低压电力载波集中抄表系统相比，有如下独特优点：
3.1对等网络
LonWorks低压电力载波集中抄表系统基于对等网络设计。
目前国内的集中抄表系统采用的全部是主从网络，用户电能表故障信息不能主动上传到集中器，LonWorks低压电力载波集中抄表系统可以将开盖、故障等信息主动上传。
主从网络：
主从式网络中，所有网络节点（载波电能表）地位并不平等，在整个网络中，集中器起主导地位，各个网络节点不能主动连接，更不能将运行信息主动上传。
对等网络：
对等式网络中,所有网络节点（载波电能表）地位平等，每个网络节点都相当于一台集中器，可以自动连接将运行信息共享出来，并主动上传至集中器。
3.2通讯速率达到5400bps
与国内其他厂家的电力载波通讯速率为300～500bps相比实时性好，传输相同的字节占时只有其他载波技术1/10左右，受到干扰的概率大大减少。
极好地解决了国内现有集中抄表系统通断电及监控无法实现实时性的缺憾。
3.3智能中继
根据现场的实时电网环境，动态选择最优的传输路径，摒弃了静态组网的历史优化以及穷举遍历的学习模式。
由静态组网的以集中器为核心的主从网络模式，转变为以更加智能化的各个结点为核心的对等网络模式，使组网效率大大提高，抄收时间更加稳定，做到了整个系统可靠实时通讯。
使得通讯距离更远，更加适应严酷的电力网络。
3.4我公司设计的各方案载波系统技术现状比较
东软方案
DX方案
RISECOMM方案
ECHELON方案
调制方式
BFSK
BFSK
BPSK
BPSK
载波中心频率
270K
421.1K
132K
115K、132K
通信波特率
330bps
100bps
5400bps
5400bps
路由级数限制
3级
32级
无限制
无限制
路由模式
静态路由模式
（历史路径记忆）
静态路由模式
（历史路径记忆）
动态路由组网
（对等网络模式）
动态路由组网
（对等网络模式）
载波通信协议
DL/T645
DL/T645
Lonworks协议
Lonworks协议
点抄成功率
90％
90％
≥95％
≥95％
日抄表成功率
98％
98％
100％
100％
周抄表成功率
100％
100％
100％
100％
日抄表成功时间（300台表台区）
20分钟～几小时
20分钟～几小时
17分钟～50分钟
17分钟～45分钟
台区集中器数量
1个或多个
1个或多个
1个
1个
应用数量
大批量
试用
批量
小批量
材料成本比较
一般
一般
较高
高
服务成本
高
待评估
低
低
4、基于LonWorks协议的载波系统应用情况
我公司在最近的几年当中，对电力线载波技术应用在自动抄表领域进行了大量的摸索和新产品的研发。
目前，应用深圳瑞斯康公司的电力线载波芯片RISE3401，和我公司研发的动态组网专利技术组成的自动抄表系统在哈尔滨电业局安装运行了32个台区，近1万只左右电表，每个台区使用一个集中器。
这些台区分布比较典型，有城乡结合部的架空线台区，有城市当中地缆布线的的小区楼房、高层建筑等。
架空线的台区都在城乡结合部，存在大量的距离超过300米的孤岛表，供电线路长，最长达2公里左右。
哈尔滨苇子沟位于哈尔滨东南城乡结合部，除少数本地农民外，多为外地民工及小商贩居住。
网络拓扑关系复杂，私拉电线现象严重。
之前曾安装某公司方案的载波表，最后被迫退出。
该线路于2008年9月换装瑞斯康3401芯片方案的载波表。
运行后全部台区每天达到100%的实抄率，一次实时点抄成功率达97%以上，其余3%左右在2到3次点抄时全部抄回，平均每块表的抄收时间为5-8秒，也就是说在10秒内就可以与目标表进行可靠的数据交换，而且是全天24小时的任何时段都可以达到这个效果。
经过近半年时间的实践运行，我们总结了我公司设计的基于Lonworks协议的载波系统在实际应用中具有以下几个特点：
不需要组网时间，电表安装完成后就可以正常抄表，免去其他组网技术的组网学习时间。
◆不受中继级数的限制。
◆一次抄收成功率≥95％，抄表稳定，在一天24小时的任何天气下可以稳定的抄表抄一块表的平均时间在5-8秒。
◆点对点距离可达300-500米。
◆具有故障信息的主动上传功能及开表盖主动上报功能。
整个台区广播校时可在10秒左右完成。
◆只使用一个集中器。
5、效益分析
1、社会效益
通过计量装置改造，使高低压计量装置水平得到全面改善和提高，制约居民用电的进户线、室内配线及表计配置过低问题完全解决,确保供电秩序,将为以洁净的电能代替其它能源提供条件。
2、企业效益
2.1安全效益：
计量装置改造的工程实施可使设备健康水平和供电能力大幅提高，为安全可靠供电提供坚实的保障。
2.2服务效益：
坚强的电网、合理的设备配置、优质的设备状况为实现国家电网公司供电服务“十项承诺”的实现提供可靠的设备基础，使我移动公司的供电可靠率和客户端电压合格率全面提高。
2.3移动公司所有基站电能计量点实现电能量自动采集和监控后，可全面解决专职人员抄表严重不足的实际矛盾，进而全面提高营销管理水平。
2.4所有基站电能计量点实现电能量自动采集和监控后，可实现供电区内各个环节的电能量自动采集与监控，为需求测管理、客户关系管理。
市场管理、营销数据智能分析与决策提供准确及时的数据依据，同时，可有的放矢的加强线损管理工作，准确及时的防止和打击窃电现象。
3、经济效益：
3.1节约人工成本
以移动公司对所有基站电能计量装置每月抄收一次为例计算：
（车费200元/天+人工费100/天）*实际抄表天数*12月/年*15年/电能表使用寿命，一次性投入，至少受益15年。
3.2改变了落后的工作方式
在以前的工作方式下，移动公司每月都要对抄回的大量电能表记录数据进行加工和处理，耗费大量的人力，而且速度慢，容易出差错。
据统计，每年因差错造成的电费损失少则几百元多则几千元。
应用集中抄表系统后，很方便的与电力客服的95598系统、语音催费系统、用电营销系统、配电生产的MIS系统、电力调度的CGARD系统兼容、对接，做到数据无缝链接，实现资源整合，数据信息共享。
3.3提高了工作效率
GPRS远程抄控系统的运行不仅大大的提高了抄表速度，降低了抄收员的工作难度，而且实抄率达到100%，抄表差错率为0%，从根本上杜绝了“错抄、漏抄”等情况的发生。
自动抄表替代了人工抄表，达到了减员增效的目的，使节约下来的人员加强用电维护工作。
3.4提高了服务水平
由于载波集抄系统实现了远程自动抄表，抄表的准确性和及时性得到了大大的提高，避免在抄表环节中人为因素的影响，减少因抄表不准造成的损失情况发生，对相关信息进行全面的扩充完善和提升。
从而提高了移动公司用电服务水平。
3.5缩短了电费结零时间
集中抄表系统使得移动公司用电情况与供电局发行的电量同步。
避免交费不及时带来不必要的麻烦。
3.6线损计算更加及时精确
集中抄表系统可以做到每天自动抄收电能数据，消除了人为因素所造成的电量误差，管理损失降至“0”。
使得供电局的线路总表和移动公司电能表同时抄收，彻底解决了抄表例日不同步造成的线损统计不准确问题。
不但能实现售电单价的线统计，同时线损可以做到日统计、日考核，从而真正达到了及时、准确地反映线损情况，为我们进一步如何降低线路供电损失率指明了方向。
3.7各基站用电信息实时监测
可全天24小时实时监测各基站三相电流、电压、功率、功率因数、电压质量、最大需量、停电时间等参数。
还可以实时监测基站的其它运行信息，为移动设备及时准确地提供了配电网运行参数。
便于为移动设备参数调整提供真实、可靠的依据，使供电可靠性和供电质量得到显著提高。
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