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摘要：該文通過對目前國內遠程抄表系統(tǒng)進行分析，提出直接利用低壓電力線構成與低壓電網系統(tǒng)結構相對應的用戶電能表終端＋配變集中器組網的遠程抄表系統(tǒng)。
關鍵詞：遠程抄表；居民小區(qū)；低壓擴頻載波
長期以來，供電企業(yè)電能數據的抄算都是基于電能表的手工作業(yè)方式，即每月定期派人到各用戶那里抄錄電能表的用電數據作為電費計算和收繳的依據。隨著電力負荷的急劇增長，一戶一表和直供到戶等營銷舉措的不斷深入，用電企業(yè)紛紛將家屬宿舍的用電管理業(yè)務交還供電企業(yè)，致使供電企業(yè)的電量抄錄的工作量急劇膨脹。白銀供電公司在城網農網改造結束后，僅市區(qū)居民直供用戶將達到9萬戶，就地分散的手工抄表根本無法適應用電管理的需要。因此，遠程抄表系統(tǒng)的技術研究和產品開發(fā)勢在必行。
1 遠程自動抄表系統(tǒng)的現狀及其特點
我國研究和開發(fā)的集中遠抄系統(tǒng)都是單臺配變下的小區(qū)集中遠抄系統(tǒng)，其典型的組網拓撲大致如下：
用戶電能表+單元子區(qū)數據采集器+配變集中器+營業(yè)站抄算主機
一般情況下，一個家屬樓單元有14～18塊低壓電能表，單元子區(qū)數據采集器負責采集其下屬的電能表電量數據，配變集中器則負責收集配電變壓器下面的所有單元子區(qū)采集器的數據。從數據傳輸的角度看，其組網方式有：兩級純專線組網方式、 兩級混合組網方式、兩級載波組網方式。
從組網拓撲的角度講，只要在用戶電能表、單元子區(qū)采集器、配變集中器采用專用信道通信，遠程自動抄表系統(tǒng)的纜線工程量就非常大，有線專用信道的維護也有一定困難。鑒于這種情況，各科研單位和廠商都在努力做到取消單元子區(qū)采集器，實現用戶電能表與配變集中器的直接低壓電力線載波通信，這樣就大大減少了纜線工程量，而且數據遠程傳輸的組網拓撲與低壓配電網保持一致，有利于系統(tǒng)的運行維護和用戶數量的模數化擴展。這種拓撲要求一個用戶終端，不但要實現電能計量，還要實現數據信息的編碼、解碼、載波收發(fā)等功能�？梢詷嫵赏耆诘蛪弘娏�信道的載波電能表+配變集中器+營業(yè)站主機的組網拓撲。實踐證明：目前市場上已經開發(fā)出來的窄帶調制的低壓載波表和配變集中器很難保證電量或控制數據的可靠傳輸。主要原因是低壓電力線載波信道的特性隨機性、時變性很大，非常地不穩(wěn)定。因此，低壓電力線載波技術是直接通過電力線組網的遠程抄表系統(tǒng)進一步推廣應用的瓶頸。
本文就是致力于開發(fā)擁有自主知識產權的擴頻載波用戶終端，如果一旦開發(fā)成功，抄算系統(tǒng)就可以使用簡單明了的用戶終端+配變單元+營業(yè)站抄算主站的組網拓撲，并將成為國內主流的抄算系統(tǒng)網絡拓撲。
2 試點居民小區(qū)遠程抄表系統(tǒng)方案
由于使用了分布式安裝結構，在系統(tǒng)建設上與集中抄表箱用電系統(tǒng)相比，無須龐大繁瑣的纜線工程，施工難度將會大幅下降。系統(tǒng)的擴展將隨用戶或配變數量的遞增而模數化擴展，就象增加一個用戶增加一塊電能表那樣簡單。因此，系統(tǒng)擴展極具伸縮性，不會象集中式系統(tǒng)那樣新建時資源閑置，用戶發(fā)展時容量又不夠。應該說，這個系統(tǒng)比較符合營業(yè)用電管理系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。
2.2 網絡通信協(xié)議的選擇與研究
在計算機網絡中，信道共享技術已經比較成熟。一般可分為兩類，即受控接入和隨機接入。
隨機接入共享信道的特點是所有用戶都可以根據自己的意愿隨機地發(fā)送信息。實際上就是爭用接入，征用勝利者才能獲得總線，從而發(fā)送自己的信息。典型的隨機接入是載體偵聽多重訪問/沖突檢測（CSMA/CD）網絡，其為總線型結構，如圖2所示。后文重點介紹的基于CEbus的擴頻載波線性掃頻信號（Chirp）由于具有自相關性，所以適用于CSMA網絡。結合電力線的傳輸特性，綜合比較各種網絡，在本文所要開發(fā)的遠抄系統(tǒng)中選用CSMA協(xié)議應該是比較合適的。CSMA協(xié)議網絡的缺點，如時延不確定、重載時效率下降，對數據傳輸量較小的遠程抄表系統(tǒng)來講，并不是值得考慮的問題。
2.3用戶電能表終端的總體設計
用戶電能表終端由AC/DC開關電源模塊、電量傳感器模塊、故障保護模塊、計量模塊、負荷控制模塊、LED顯示模塊、MCU系統(tǒng)模塊、低壓擴頻載波通信模塊構成，圖3是用戶電能表終端硬件電路框圖。
多輸出開關電源負責為用戶電能表終端供電，它輸出DC +5V 0.5A和DC ±15V 0.5A電源各一組，其交流輸入的設計范圍為AC 220V ±20%。為了降低電源模塊的體積，采用TOP2XX脈寬調制功率開關為核心器件，構成單端反激式電路。
故障保護模塊負責監(jiān)視低壓用戶的負荷電器的運行情況，當發(fā)生短路、過流、漏電或電網電壓超標時，向MCU系統(tǒng)模塊發(fā)出信號請求執(zhí)行斷電控制程序。
計量模塊負責把用戶的用電功率轉化為頻率正比于功率大小的脈沖串，提供給MCU系統(tǒng)模塊進行電量計算。即使用戶實施了竊電行為，它仍然可以輸出正確的電量計算脈沖串，并向MCU系統(tǒng)發(fā)出竊電信號。
負荷控制模塊是一個受MCU系統(tǒng)輸出的TTL電平控制的大功率交流無觸點開關，能夠過零關斷或開啟6 kW的負荷功率。
MCU系統(tǒng)由AT89C52 8位單片機、X5045看門狗芯片和DS1302時鐘日歷芯片構成。它是用戶電能表終端的計算監(jiān)控中心，主要負責對電量脈沖串進行計算或處理，執(zhí)行就地或遠方的負荷控制程序，與低壓擴頻載波通信模塊進行數據交換并控制其收發(fā)信。
顯示模塊由一個8位LED及其動態(tài)掃描控制芯片構成，主要完成電量數據的舊的查詢顯示，便于用戶了解自己的電量或電費情況。
低壓擴頻載波模塊主要由SSC P200低壓電力線擴頻載波網絡控制器、前置功放和電力線耦合電路構成，負責對MCU系統(tǒng)送來的數據進行線性掃頻調制，放大后耦合到電力線上，對通過電力線送來的載波信號進行掃頻解調后送給MCU系統(tǒng)。這種數據通信采用了收發(fā)分時控制的半雙工通信。該模塊與配變集中器的設計通信距離為1000 m。在信道特性最惡劣的情況下，也要保證不小于600m。
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