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網(wǎng)橋式電能表的應(yīng)用
2014-11-07
中國城市供電網(wǎng)及農(nóng)村供電網(wǎng)改造后，實(shí)行了一戶一表，抄表到戶，居民計(jì)量用表計(jì)數(shù)量成倍增加，尤其是在實(shí)行分時(shí)電價(jià)的城市，工作量在此基礎(chǔ)上又增加了4倍以上。若繼續(xù)采用傳統(tǒng)人工挨家挨戶抄取電能表數(shù)據(jù)，不僅耗費(fèi)人工多、成本高、效率低，而且人為差錯(cuò)多。為解決上述問題，各地電力公司就根據(jù)自身的情況實(shí)施了各種自動(dòng)抄表系統(tǒng)。
現(xiàn)在，自動(dòng)抄表系統(tǒng)已成為電力智能化管理的潮流，將是電力營銷信息系統(tǒng)的必不可少的組成部分。尋求簡單、可靠、高性價(jià)比的自動(dòng)抄表方法，是儀表通信領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。在底層通信中，最受關(guān)注的還是電力線載波通信，這是由于電力線路遍布各地，從發(fā)電廠到各個(gè)居民家庭無所不至，不需重新布線，可以節(jié)省大量的人力物力。而且，低壓電力線載波接口，目前大部分使用的都是我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，甚至自主開發(fā)制造的芯片，接口電路簡單，成本低。所以很多專家都認(rèn)為低壓電力線載波通訊（以下簡稱載波通訊或PLC）是最適合自動(dòng)抄表的通訊方式，但同時(shí)也是最難使用的通訊方式。在自動(dòng)抄表的應(yīng)用中由于以下幾個(gè)技術(shù)原因，使得利用載波通訊建立的自動(dòng)抄表系統(tǒng)，最終不能獲得令人滿意的結(jié)果。
電網(wǎng)中始終存在的干擾和信號(hào)的衰減；
不同環(huán)境下干擾和衰減的情況不同；
不同時(shí)間干擾和衰減的情況不同；
針對(duì)以上的問題，許多廠家都作出了許多技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，例如使用了擴(kuò)頻技術(shù)，提高通訊效率，在系統(tǒng)中使用中繼器，轉(zhuǎn)發(fā)通訊信號(hào)，可以有效的抗電網(wǎng)中的信號(hào)衰減。所以近幾年，電力線載波在自動(dòng)抄表中又得到了廣泛的應(yīng)用。但在各地所使用的載波抄表系統(tǒng)中還存在著，各家公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電力線載波技術(shù)自成系統(tǒng)，互不兼容。這使得電力公司在采購和實(shí)施抄表系統(tǒng)的時(shí)候帶來麻煩。市場正在等待一個(gè)統(tǒng)一的電力線載波通訊的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。但短時(shí)間內(nèi)這種愿望很難實(shí)現(xiàn)。
江蘇三能進(jìn)出口有限公司，經(jīng)過近十年的研究和實(shí)踐，在電力線載波通訊應(yīng)用在自動(dòng)抄表領(lǐng)域中不斷創(chuàng)新，我們?cè)陔娏€載波通訊技術(shù)方面作出以下創(chuàng)新和改進(jìn)：
電力線載波通訊，采用自然碼調(diào)制技術(shù)（獨(dú)創(chuàng)的類似擴(kuò)頻原理），可在噪聲淹沒信號(hào)的環(huán)境下識(shí)別有效信號(hào)。
電力線載波通訊時(shí)收發(fā)的信號(hào)，采用糾錯(cuò)編碼編碼技術(shù)，可在近一半的有效信號(hào)被干擾破壞時(shí)仍然可以糾正使用。減少通訊的次數(shù)提高通訊成功率。
每一只電表具有二級(jí)中繼能力，集中器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中繼路由網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)，自適應(yīng)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)中繼路由，中繼路由策略因時(shí)而變，因地而變，最大限度提高抗干擾效果（應(yīng)為電力線上的干擾和信號(hào)衰減，隨著地點(diǎn)和時(shí)間的不同而不同）。
除此之外我們還率先將網(wǎng)橋技術(shù)引入到電能表的設(shè)計(jì)中。首先對(duì)兩個(gè)概念作一下說明：
網(wǎng)橋，即抄表設(shè)備通過紅外或RS485，利用任意一塊網(wǎng)橋式電表的電力線載波通訊抄讀其他網(wǎng)橋式電表數(shù)據(jù)的技術(shù)。
橋接器，在通訊中起網(wǎng)橋作用的網(wǎng)橋式電表抄表時(shí)，可以選擇任意一塊網(wǎng)橋式電表作為橋接器，并通過該橋接器讀取其它網(wǎng)橋式電表的數(shù)據(jù)。
網(wǎng)橋的分級(jí)：
一級(jí)網(wǎng)橋，即抄表設(shè)備通過紅外或RS485，利用任意一塊橋接式電表的電力線載波通訊抄讀其他橋接式電表數(shù)據(jù)的技術(shù)。由于其橋接路徑是單向的，通道轉(zhuǎn)換只進(jìn)行了一次，因此稱為一級(jí)網(wǎng)橋。
二級(jí)網(wǎng)橋，即在一級(jí)網(wǎng)橋基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了從PLC接口到RS485轉(zhuǎn)換。抄表設(shè)備的紅外或RS485接口通過一級(jí)網(wǎng)橋橋接器橋接到電力線載波通訊，再從二級(jí)網(wǎng)橋橋接器的電力線載波通訊橋接到其它電表的RS485接口，實(shí)現(xiàn)通道的二次轉(zhuǎn)換。
下面對(duì)比以下普通電能表和網(wǎng)橋式電能表的通訊過程有什么不同：
普通電能表的通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息第5期》）
一級(jí)網(wǎng)橋通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息第5期》）
二級(jí)網(wǎng)橋的通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息第5期》）
網(wǎng)橋式電能表是我公司采用網(wǎng)橋概念面向自動(dòng)抄表而設(shè)計(jì)的新一代產(chǎn)品，該產(chǎn)品一改過去電表的通訊接口只能獨(dú)立使用的模式。獨(dú)特的通信協(xié)議及通信媒質(zhì)互轉(zhuǎn)功能使得，電表的數(shù)據(jù)在紅外通信口、RS485通信口、電力載波通信接口可相互轉(zhuǎn)接。任何一只電表都可以作中繼器，中繼深度是2級(jí)。任何一只電表，都可以作為橋接器，通過該表的紅外或RS485通訊接口，抄收本電表的數(shù)據(jù)，并可以通過該電表作為橋接器，抄到其他電表內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，從而使抄表設(shè)備通過紅外或RS485通訊接口接入PLC（電力線載波）通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同的抄表網(wǎng)路的互連互通。
采用網(wǎng)橋電表實(shí)現(xiàn)本地抄表時(shí)的優(yōu)勢：
手持設(shè)備通過任何一只網(wǎng)橋式電能表的紅外接口，橋接到它的電力線載波通訊接口抄讀同一臺(tái)變下電力線上的所有網(wǎng)橋式電能表的數(shù)據(jù)，這種抄表方法不需要任何布線，本地抄表不需要集中器，電表安裝完成之時(shí)，即是抄表網(wǎng)絡(luò)組成之時(shí)。抄表變得很輕松，不再需要走遍千家萬戶，四處尋找電表。
采用網(wǎng)橋電表實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表時(shí)的優(yōu)勢：
集中器通過任何一只網(wǎng)橋式電能表的RS485接口，橋接到它的電力線載波通訊接口抄讀同一臺(tái)變下電力線上的所有網(wǎng)橋式電能表的數(shù)據(jù)。這種抄表方法不需要大規(guī)模布線，集中器和網(wǎng)橋式電表的通訊接口是采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口和通訊協(xié)議?；乇芰擞捎诓捎秒娏€載波通訊接口，必須使用同一公司的集中器才能利用PLC對(duì)電表的抄讀。使網(wǎng)橋式電表的電力線載波通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)于集中抄表設(shè)備是一個(gè)開放式的網(wǎng)絡(luò)接口，可以有不同廠家設(shè)計(jì)的集中器通過任何一只網(wǎng)橋式電表接入到網(wǎng)橋式電表電力線載波通訊網(wǎng)絡(luò)。使采用PLC接口的電表抄表網(wǎng)絡(luò)對(duì)外有一個(gè)開放的公共接口，是目前交叉使用不同廠家載波電表和抄表設(shè)備時(shí)的最有效方法。
采用網(wǎng)橋式電表對(duì)于自動(dòng)抄表的實(shí)現(xiàn)具有的綜合優(yōu)勢：
靈活而便利的組網(wǎng)方式，可以減少工程施工的工作量，降低工程施工的成本。
強(qiáng)大的網(wǎng)橋通訊功能，可以使自動(dòng)抄表系統(tǒng)的性能大大提高。
可以分步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，先本地后遠(yuǎn)程，有效的兼顧的本地和遠(yuǎn)程抄表功能
把抄表系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
開放式的電力線載波網(wǎng)絡(luò)接口，更加有效的利用資源，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成時(shí)的多元化。
網(wǎng)橋式電能表具有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能的特色：
內(nèi)部RTC電路，參比條件下，通電日計(jì)時(shí)誤差<±1s/d，停電日計(jì)時(shí)誤差<±2s/d；
提供溫度補(bǔ)償電路，-30~+70℃范圍內(nèi)日計(jì)時(shí)誤差的溫度影響<±.1s/d·℃，停電狀態(tài)下，溫度補(bǔ)償仍然有效。
利用內(nèi)部時(shí)鐘可以進(jìn)行數(shù)據(jù)凍結(jié)。
支持載波廣播校時(shí)。
綜上所述，江蘇三能進(jìn)出口有限公司的網(wǎng)橋式電能表，不僅在電力線載波技術(shù)上達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，而且獨(dú)創(chuàng)的網(wǎng)橋技術(shù)更加是一種改變現(xiàn)有抄表系統(tǒng)架構(gòu)的解決方案。在實(shí)際的應(yīng)用中可以使用戶不需增加任何設(shè)備，和任何施工就可以實(shí)現(xiàn)本地的集中抄表。而且，可以綜合使用集中器以及RS485通訊，電力線載波通訊等通訊方法以及一，二級(jí)網(wǎng)橋，一，二級(jí)中繼的抄表方案和策略，在最大限度上提高了抄表的成功率和系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)平衡了性能和價(jià)格以及施工和風(fēng)險(xiǎn)等各種因素。網(wǎng)橋式電能表必將得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。
現(xiàn)在，自動(dòng)抄表系統(tǒng)已成為電力智能化管理的潮流，將是電力營銷信息系統(tǒng)的必不可少的組成部分。尋求簡單、可靠、高性價(jià)比的自動(dòng)抄表方法，是儀表通信領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。在底層通信中，最受關(guān)注的還是電力線載波通信，這是由于電力線路遍布各地，從發(fā)電廠到各個(gè)居民家庭無所不至，不需重新布線，可以節(jié)省大量的人力物力。而且，低壓電力線載波接口，目前大部分使用的都是我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，甚至自主開發(fā)制造的芯片，接口電路簡單，成本低。所以很多專家都認(rèn)為低壓電力線載波通訊（以下簡稱載波通訊或PLC）是最適合自動(dòng)抄表的通訊方式，但同時(shí)也是最難使用的通訊方式。在自動(dòng)抄表的應(yīng)用中由于以下幾個(gè)技術(shù)原因，使得利用載波通訊建立的自動(dòng)抄表系統(tǒng)，最終不能獲得令人滿意的結(jié)果。
電網(wǎng)中始終存在的干擾和信號(hào)的衰減；
不同環(huán)境下干擾和衰減的情況不同；
不同時(shí)間干擾和衰減的情況不同；
針對(duì)以上的問題，許多廠家都作出了許多技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，例如使用了擴(kuò)頻技術(shù)，提高通訊效率，在系統(tǒng)中使用中繼器，轉(zhuǎn)發(fā)通訊信號(hào)，可以有效的抗電網(wǎng)中的信號(hào)衰減。所以近幾年，電力線載波在自動(dòng)抄表中又得到了廣泛的應(yīng)用。但在各地所使用的載波抄表系統(tǒng)中還存在著，各家公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電力線載波技術(shù)自成系統(tǒng)，互不兼容。這使得電力公司在采購和實(shí)施抄表系統(tǒng)的時(shí)候帶來麻煩。市場正在等待一個(gè)統(tǒng)一的電力線載波通訊的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。但短時(shí)間內(nèi)這種愿望很難實(shí)現(xiàn)。
江蘇三能進(jìn)出口有限公司，經(jīng)過近十年的研究和實(shí)踐，在電力線載波通訊應(yīng)用在自動(dòng)抄表領(lǐng)域中不斷創(chuàng)新，我們?cè)陔娏€載波通訊技術(shù)方面作出以下創(chuàng)新和改進(jìn)：
電力線載波通訊，采用自然碼調(diào)制技術(shù)（獨(dú)創(chuàng)的類似擴(kuò)頻原理），可在噪聲淹沒信號(hào)的環(huán)境下識(shí)別有效信號(hào)。
電力線載波通訊時(shí)收發(fā)的信號(hào)，采用糾錯(cuò)編碼編碼技術(shù)，可在近一半的有效信號(hào)被干擾破壞時(shí)仍然可以糾正使用。減少通訊的次數(shù)提高通訊成功率。
每一只電表具有二級(jí)中繼能力，集中器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中繼路由網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)，自適應(yīng)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)中繼路由，中繼路由策略因時(shí)而變，因地而變，最大限度提高抗干擾效果（應(yīng)為電力線上的干擾和信號(hào)衰減，隨著地點(diǎn)和時(shí)間的不同而不同）。
除此之外我們還率先將網(wǎng)橋技術(shù)引入到電能表的設(shè)計(jì)中。首先對(duì)兩個(gè)概念作一下說明：
網(wǎng)橋，即抄表設(shè)備通過紅外或RS485，利用任意一塊網(wǎng)橋式電表的電力線載波通訊抄讀其他網(wǎng)橋式電表數(shù)據(jù)的技術(shù)。
橋接器，在通訊中起網(wǎng)橋作用的網(wǎng)橋式電表抄表時(shí)，可以選擇任意一塊網(wǎng)橋式電表作為橋接器，并通過該橋接器讀取其它網(wǎng)橋式電表的數(shù)據(jù)。
網(wǎng)橋的分級(jí)：
一級(jí)網(wǎng)橋，即抄表設(shè)備通過紅外或RS485，利用任意一塊橋接式電表的電力線載波通訊抄讀其他橋接式電表數(shù)據(jù)的技術(shù)。由于其橋接路徑是單向的，通道轉(zhuǎn)換只進(jìn)行了一次，因此稱為一級(jí)網(wǎng)橋。
二級(jí)網(wǎng)橋，即在一級(jí)網(wǎng)橋基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了從PLC接口到RS485轉(zhuǎn)換。抄表設(shè)備的紅外或RS485接口通過一級(jí)網(wǎng)橋橋接器橋接到電力線載波通訊，再從二級(jí)網(wǎng)橋橋接器的電力線載波通訊橋接到其它電表的RS485接口，實(shí)現(xiàn)通道的二次轉(zhuǎn)換。
下面對(duì)比以下普通電能表和網(wǎng)橋式電能表的通訊過程有什么不同：
普通電能表的通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息第5期》）
一級(jí)網(wǎng)橋通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息第5期》）
二級(jí)網(wǎng)橋的通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計(jì)行業(yè)信息第5期》）
網(wǎng)橋式電能表是我公司采用網(wǎng)橋概念面向自動(dòng)抄表而設(shè)計(jì)的新一代產(chǎn)品，該產(chǎn)品一改過去電表的通訊接口只能獨(dú)立使用的模式。獨(dú)特的通信協(xié)議及通信媒質(zhì)互轉(zhuǎn)功能使得，電表的數(shù)據(jù)在紅外通信口、RS485通信口、電力載波通信接口可相互轉(zhuǎn)接。任何一只電表都可以作中繼器，中繼深度是2級(jí)。任何一只電表，都可以作為橋接器，通過該表的紅外或RS485通訊接口，抄收本電表的數(shù)據(jù)，并可以通過該電表作為橋接器，抄到其他電表內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，從而使抄表設(shè)備通過紅外或RS485通訊接口接入PLC（電力線載波）通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同的抄表網(wǎng)路的互連互通。
采用網(wǎng)橋電表實(shí)現(xiàn)本地抄表時(shí)的優(yōu)勢：
手持設(shè)備通過任何一只網(wǎng)橋式電能表的紅外接口，橋接到它的電力線載波通訊接口抄讀同一臺(tái)變下電力線上的所有網(wǎng)橋式電能表的數(shù)據(jù)，這種抄表方法不需要任何布線，本地抄表不需要集中器，電表安裝完成之時(shí)，即是抄表網(wǎng)絡(luò)組成之時(shí)。抄表變得很輕松，不再需要走遍千家萬戶，四處尋找電表。
采用網(wǎng)橋電表實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表時(shí)的優(yōu)勢：
集中器通過任何一只網(wǎng)橋式電能表的RS485接口，橋接到它的電力線載波通訊接口抄讀同一臺(tái)變下電力線上的所有網(wǎng)橋式電能表的數(shù)據(jù)。這種抄表方法不需要大規(guī)模布線，集中器和網(wǎng)橋式電表的通訊接口是采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口和通訊協(xié)議?；乇芰擞捎诓捎秒娏€載波通訊接口，必須使用同一公司的集中器才能利用PLC對(duì)電表的抄讀。使網(wǎng)橋式電表的電力線載波通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)于集中抄表設(shè)備是一個(gè)開放式的網(wǎng)絡(luò)接口，可以有不同廠家設(shè)計(jì)的集中器通過任何一只網(wǎng)橋式電表接入到網(wǎng)橋式電表電力線載波通訊網(wǎng)絡(luò)。使采用PLC接口的電表抄表網(wǎng)絡(luò)對(duì)外有一個(gè)開放的公共接口，是目前交叉使用不同廠家載波電表和抄表設(shè)備時(shí)的最有效方法。
采用網(wǎng)橋式電表對(duì)于自動(dòng)抄表的實(shí)現(xiàn)具有的綜合優(yōu)勢：
靈活而便利的組網(wǎng)方式，可以減少工程施工的工作量，降低工程施工的成本。
強(qiáng)大的網(wǎng)橋通訊功能，可以使自動(dòng)抄表系統(tǒng)的性能大大提高。
可以分步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，先本地后遠(yuǎn)程，有效的兼顧的本地和遠(yuǎn)程抄表功能
把抄表系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
開放式的電力線載波網(wǎng)絡(luò)接口，更加有效的利用資源，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成時(shí)的多元化。
網(wǎng)橋式電能表具有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能的特色：
內(nèi)部RTC電路，參比條件下，通電日計(jì)時(shí)誤差<±1s/d，停電日計(jì)時(shí)誤差<±2s/d；
提供溫度補(bǔ)償電路，-30~+70℃范圍內(nèi)日計(jì)時(shí)誤差的溫度影響<±.1s/d·℃，停電狀態(tài)下，溫度補(bǔ)償仍然有效。
利用內(nèi)部時(shí)鐘可以進(jìn)行數(shù)據(jù)凍結(jié)。
支持載波廣播校時(shí)。
綜上所述，江蘇三能進(jìn)出口有限公司的網(wǎng)橋式電能表，不僅在電力線載波技術(shù)上達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，而且獨(dú)創(chuàng)的網(wǎng)橋技術(shù)更加是一種改變現(xiàn)有抄表系統(tǒng)架構(gòu)的解決方案。在實(shí)際的應(yīng)用中可以使用戶不需增加任何設(shè)備，和任何施工就可以實(shí)現(xiàn)本地的集中抄表。而且，可以綜合使用集中器以及RS485通訊，電力線載波通訊等通訊方法以及一，二級(jí)網(wǎng)橋，一，二級(jí)中繼的抄表方案和策略，在最大限度上提高了抄表的成功率和系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)平衡了性能和價(jià)格以及施工和風(fēng)險(xiǎn)等各種因素。網(wǎng)橋式電能表必將得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。
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