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    李東輝（1973－）
男，黑龍江哈爾濱人，工程師，（中國(guó)石油天然氣股份有限公司錦州石化分公司，遼寧 錦州  121001）1996年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國(guó)石油天然氣股份有限公司錦州石化分公司機(jī)動(dòng)設(shè)備處。

摘要：提出了電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，分析了系統(tǒng)應(yīng)用的意義。

關(guān)鍵詞：電力載波；遠(yuǎn)程抄表

Abstract: This paper provides the design scheme for application of PLC in SCADA and analyses its signification of application.

Key words: PLC(Power Line Communication)；SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)

    目前，信息化數(shù)字化的浪潮席卷了全球的所有產(chǎn)業(yè)，隨著大規(guī)模的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造工程的啟動(dòng)和一戶一表、抄表到戶政策的逐步實(shí)施，傳統(tǒng)的手工抄表方式暴露出日益嚴(yán)重的質(zhì)量和效率問(wèn)題。抄表環(huán)節(jié)已經(jīng)成為電力營(yíng)銷的嚴(yán)重瓶頸，解決這一環(huán)節(jié)的根本途徑是采用先進(jìn)的抄表技術(shù)和抄表手段，即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中自動(dòng)抄表。電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)以電力線載波通訊(PLC)技術(shù)作為下行通信信道，上行通信信道根據(jù)用戶情況可以靈活選擇。電力線載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。由于使用堅(jiān)固可靠的電力線作為載波信號(hào)的傳輸媒介，因此具有信息傳輸穩(wěn)定可靠、路由合理等特點(diǎn)，是唯一不需要線路投資的有線通信方式。由于使用了許多先進(jìn)技術(shù)，可保證系統(tǒng)在強(qiáng)噪聲、阻抗變化大、信號(hào)衰減大的電力線上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：電量計(jì)量準(zhǔn)確，通訊可靠性高，綜合成本低，靈活度高，施工量小，運(yùn)行費(fèi)用少，適應(yīng)能力強(qiáng)。目前已經(jīng)在全國(guó)多個(gè)城市中安裝使用，運(yùn)行穩(wěn)定。

1 電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

    電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)應(yīng)符合電力部《低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件》的要求。

    電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)不能只局限于解決抄表問(wèn)題。它還應(yīng)充分的考慮自動(dòng)抄表技術(shù)可能帶來(lái)的新問(wèn)題。尤其是針對(duì)非現(xiàn)場(chǎng)抄表帶來(lái)的竊電、電表故障、電費(fèi)通知、線損計(jì)算、非正常數(shù)據(jù)分析等問(wèn)題，應(yīng)設(shè)計(jì)配套后臺(tái)（上位機(jī)）管理軟件等方式給出解決方案和配套措施。

    ●   目前國(guó)內(nèi)的一些產(chǎn)品采用的是純擴(kuò)頻PLC技術(shù)，這種技術(shù)對(duì)電力線質(zhì)量要求較高。我國(guó)的電力線在規(guī)范性、清潔度等指標(biāo)上難以滿足其要求。先進(jìn)的電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)應(yīng)采用模糊調(diào)擴(kuò)頻混合PLC技術(shù)，利用軟件進(jìn)行解調(diào)和調(diào)制。才能在通訊可靠性、傳輸質(zhì)量上更好地適應(yīng)了我國(guó)電力線目前的狀況。此外，系統(tǒng)可利用電力線做通訊介質(zhì)，免去了架設(shè)專線的施工和投資或無(wú)線設(shè)備的昂貴價(jià)格。

    ●   為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（即電能計(jì)量物理指示值與電子存貯值的一致性），在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上可采用電子式載波電能表解決方案，由于電能計(jì)量數(shù)據(jù)的（指示數(shù)據(jù)與抄收數(shù)據(jù)）同源特點(diǎn)，在源頭上不產(chǎn)生誤差，確保抄表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，計(jì)數(shù)誤差等于零（相對(duì)于基表數(shù)字）。 

    ●   基于PLC技術(shù)的自動(dòng)抄表產(chǎn)品都將受到傳輸距離的限制。電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上應(yīng)使載波表具備相互支持、相互中繼的能力，使得通訊距離得到提高。 

    ●   為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)各種情況，應(yīng)提供多種上行信道供用戶選擇，如RS232接口通信、PSTN電話線通訊、GSM無(wú)線通信及GPRS無(wú)線通信。

    ●   編碼體系的設(shè)計(jì)  自動(dòng)抄表技術(shù)都要求對(duì)電表設(shè)置地址碼，而大部分產(chǎn)品的電表地址編碼體系采用二到三級(jí)分層次結(jié)構(gòu)。這種編碼體系難以維護(hù)，當(dāng)大規(guī)模應(yīng)用時(shí)，亂碼現(xiàn)象不可避免，并造成換表或定期更換表的工作量加大。電力載波遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可利用已有的電表編號(hào)或用戶用電編號(hào)做為電表地址碼。不僅省去了繁重的編碼和維護(hù)工作，還降低了信息維護(hù)管理的難度。

2 電氣遠(yuǎn)程自動(dòng)集中抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）

圖1   電氣遠(yuǎn)程自動(dòng)集中抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    集中抄表系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、集中數(shù)據(jù)采集處理單元、上行通訊通道、主站抄表管理軟件單元以及輔助單元組成。

3 上行通訊通道

    上行通訊通道可通過(guò)現(xiàn)有的成熟的通訊系統(tǒng)將后臺(tái)抄表管理軟件系統(tǒng)與集中器連接在一起，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

    下面主要介紹三種上行通訊方式：PSTN電話線通訊，GSM/GPRS無(wú)線通訊、負(fù)控電臺(tái)方式。

    基于以上優(yōu)點(diǎn)，GPRS作為遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的上行通道是非常經(jīng)濟(jì)可行的。由于采用了GPRS和INTERNET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)所有的集中器可進(jìn)行多線程并發(fā)抄讀，極大地縮短了抄表時(shí)間，提高了抄表效率，增強(qiáng)了電費(fèi)數(shù)據(jù)發(fā)行的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。集中器安裝簡(jiǎn)單，可根據(jù)需要更換位置；容易維護(hù)，可提供高速、透明、穩(wěn)定而且安全的數(shù)據(jù)連接；可以不限制主站的所在地，可異地操作，方便進(jìn)行遠(yuǎn)程分析與調(diào)試。

    3.3   負(fù)控方式

    負(fù)控方式是建立在無(wú)線電通訊的基礎(chǔ)之上的，進(jìn)行后臺(tái)主站與集中器之間的數(shù)據(jù)通信，連接方式見(jiàn)圖4。

    負(fù)控電臺(tái)方式具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：

    ●   實(shí)時(shí)性強(qiáng)：由于負(fù)控電臺(tái)具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)沒(méi)有延時(shí)，無(wú)需等待就可以接收、處理數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)。可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

    ●   建設(shè)成本少：由于負(fù)控電臺(tái)只需安裝好設(shè)備就可以，不需要為遠(yuǎn)程抄表進(jìn)行專門布線，前期投資少、見(jiàn)效快，后期升級(jí)、維護(hù)成本低；

    ●   通訊可靠：由于負(fù)控電臺(tái)采用的是無(wú)線電通訊的專用頻段，使用了安全、有效的編碼方式，保證了通訊的可靠性。

    ●   集抄范圍廣：負(fù)控電臺(tái)覆蓋范圍廣，可任意架設(shè)通訊設(shè)備，在覆蓋范圍之內(nèi)，都可以完成對(duì)集抄的控制和管理。而且，擴(kuò)容無(wú)限制，接入地點(diǎn)無(wú)限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。用戶根本不用擔(dān)心因?yàn)闆](méi)有信號(hào)而無(wú)法傳送數(shù)據(jù)

    ●   系統(tǒng)的傳輸容量大：配電數(shù)據(jù)中心要和每一個(gè)電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)保持實(shí)時(shí)連接。由于電表數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?fù)控電臺(tái)采用的無(wú)線電通訊技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

    ●   通信費(fèi)用低：由于使用公共無(wú)線電頻段，所以用戶架設(shè)通訊設(shè)備后，數(shù)據(jù)的傳輸沒(méi)有什么費(fèi)用，運(yùn)營(yíng)成本很低。

    基于以上優(yōu)點(diǎn)，負(fù)控方式作為遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的上行通道是經(jīng)濟(jì)可行的。解決了電力系統(tǒng)對(duì)智能抄表控制系統(tǒng)的通信需求，相比于傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋性和成本更加適合于工業(yè)應(yīng)用。集中器安裝簡(jiǎn)單，可根據(jù)需要更換位置；容易維護(hù)，可提供高速、透明、穩(wěn)定而且安全的數(shù)據(jù)連接；可以不限制主站的所在地，可異地操作，方便進(jìn)行遠(yuǎn)程分析與調(diào)試。

4 抄表管理軟件（簡(jiǎn)稱后臺(tái)）

    主站抄表管理軟件是安裝在各個(gè)供電部門計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件。其中包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、網(wǎng)絡(luò)連接模塊、遠(yuǎn)程設(shè)置模塊、遠(yuǎn)程集抄模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、無(wú)人值守模塊等。主站管理員可以通過(guò)主站計(jì)算機(jī)操作遠(yuǎn)程集中器；也可以啟動(dòng)無(wú)人值守抄讀方式，定時(shí)自動(dòng)抄讀集中器。主站軟件能夠自動(dòng)提取用戶用電特征并進(jìn)行綜合分析，報(bào)出可疑現(xiàn)象。主站管理員可以啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控電能表功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控可疑用戶電能表的運(yùn)行情況。
抄表軟件應(yīng)具備以下功能：

    ●   業(yè)戶登記中電表新裝、更換、撤消的數(shù)據(jù)更改；

    ●   電表數(shù)據(jù)快速抄收；

    ●   無(wú)人值守，可以定時(shí)抄表或自動(dòng)周期抄表

    ●   遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控電表運(yùn)行情況；

    ●   臺(tái)區(qū)線損計(jì)算；

    ●   中壓線路損失計(jì)算；

    ●   可抄收包括單、三相載波表，單、三相預(yù)付費(fèi)表，三相多功能表等多種表型；

    ●   抄表異常數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，打印報(bào)表便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的工作，通過(guò)抄到的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)用戶的部分竊電行為；

    ●   抄表數(shù)據(jù)的加工整理提供給YX2000作為發(fā)行時(shí)的抄表數(shù)據(jù)。
具體功能描述：

    ●   設(shè)置集中器運(yùn)行參數(shù)

    ●   遠(yuǎn)程集中抄讀用戶電能表用電量

    ●   實(shí)時(shí)監(jiān)控指定用戶用電量情況

    ●   存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)用戶電量數(shù)據(jù)生成報(bào)表并進(jìn)行打印

    ●   分析配變臺(tái)區(qū)用戶電表數(shù)據(jù)

    ●   分析變壓器臺(tái)區(qū)線損

    ●   分析中壓線路損失

    ●   電力線遠(yuǎn)程集中抄表管理系統(tǒng)安裝在用于抄表的計(jì)算機(jī)中，通過(guò)GPRS無(wú)線通訊網(wǎng)和INTERNET(因特網(wǎng))與配變臺(tái)區(qū)的集中器相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)集中器的遠(yuǎn)程抄讀和控制。

5 電力載波系統(tǒng)的應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益

    ●   提高了工作效率

    人工抄表每人一天最多也只能抄上三五百戶，伴隨著城市住宅建設(shè)日益發(fā)展，居民數(shù)量和獨(dú)立電能表的數(shù)量迅速膨脹，多種電價(jià)制度開(kāi)始推行，抄表計(jì)量日趨復(fù)雜。安裝遠(yuǎn)程自動(dòng)集中抄表系統(tǒng)后，不僅大大的提高了抄表速度，降低了抄收員的工作負(fù)擔(dān)，而且提高了工作質(zhì)量，實(shí)際抄表率達(dá)到了100%，誤抄率降為“0”。從根本上杜絕了“人情電”、“關(guān)系電”等情況的發(fā)生。

    ●   線損的計(jì)算更加及時(shí)精確

    集中抄表系統(tǒng)應(yīng)用后，可以做到每天抄表而且抄表數(shù)據(jù)均為同一時(shí)刻凍結(jié)的電能數(shù)據(jù)，也就可以做到每天對(duì)線損進(jìn)行分析。消除了人為因素所造成的電量誤差，管理?yè)p失降至“0”，從而使臺(tái)區(qū)線損統(tǒng)計(jì)真正達(dá)到了及時(shí)、準(zhǔn)確地反映線路損失情況，為進(jìn)一步降低臺(tái)區(qū)損失率指明了方向。

    ●   解決了落后的數(shù)據(jù)采集及傳輸手段

    用戶電能計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程通訊及控制功能為一體載波閥控電子式電能表，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械式電能表。電子表長(zhǎng)時(shí)間不需調(diào)校而且精度高，啟動(dòng)電流小。電子表的使用，避免了因計(jì)量不準(zhǔn)確而帶來(lái)的巨大的電量損失。自動(dòng)抄表系統(tǒng)應(yīng)用后，以計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方自動(dòng)抄表替代了以前的人工走抄，不僅節(jié)省了大量的人力物力，而且加強(qiáng)了抄表的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，避免了由于抄表人員責(zé)任心不強(qiáng)所發(fā)生的抄表不到位和估抄的問(wèn)題。

    ●   解決了落后的數(shù)據(jù)加工及處理的手段

    在以前的工作方式下，供電局每天都要對(duì)抄回的大量電能表記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，耗費(fèi)大量的人力，而且速度慢，容易出差錯(cuò)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因差錯(cuò)造成的電費(fèi)損失少則幾萬(wàn)元多則幾百萬(wàn)元。應(yīng)用集中抄表系統(tǒng)后，數(shù)據(jù)采集與處理幾乎是同步的，而且各部門、各系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深加工，為領(lǐng)導(dǎo)的決策提供科學(xué)的依據(jù)。

    通過(guò)以上分析，集中抄表系統(tǒng)應(yīng)用后，必將大大提高企業(yè)管理人員的工作效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。這些無(wú)疑會(huì)給供電企業(yè)帶來(lái)十分可觀的直接和間接的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。