居民小区远程抄表系统设计

居民小区远程抄表系统设计

摘要：该文通过对目前国内远程抄表系统进行分析，提出直接利用低压电力线构成与低压电网系统结构相对应的用户电能表终端＋配变集中器组网的远程抄表系统。

关键词：远程抄表 居民小区 低压扩频载波

长期以来，供电企业电能数据的抄算都是基于电能表的手工作业方式，即每月定期派人到各用户那里抄录电能表的用电数据作为电费计算和收缴的依据。随着电力负荷的急剧增长，一户一表和直供到户等营销举措的不断深入，用电企业纷纷将家属宿舍的用电管理业务交还供电企业，致使供电企业的电量抄录的工作量急剧膨胀。白银供电公司在城网农网改造结束后，仅市区居民直供用户将达到9万户，就地分散的手工抄表根本无法适应用电管理的需要。因此，远程抄表系统的技术研究和产品开发势在必行。

1 远程自动抄表系统的现状及其特点

我国研究和开发的集中远抄系统都是单台配变下的小区集中远抄系统，其典型的组网拓扑大致如下：

用户电能表+单元子区数据采集器+配变集中器+营业站抄算主机

一般情况下，一个家属楼单元有14~18块低压电能表，单元子区数据采集器负责采集其下属的电能表电量数据，配变集中器则负责收集配电变压器下面的所有单元子区采集器的数据。从数据传输的角度看，其组网方式有：两级纯专线组网方式、 两级混合组网方式、两级载波组网方式。

从组网拓扑的角度讲，只要在用户电能表、单元子区采集器、配变集中器采用专用信道通信，远程自动抄表系统的缆线工程量就非常大，有线专用信道的维护也有一定困难。鉴于这种情况，各科研单位和厂商都在努力做到取消单元子区采集器，实现用户电能表与配变集中器的直接低压电力线载波通信，这样就大大减少了缆线工程量，而且数据远程传输的组网拓扑与低压配电网保持一致，有利于系统的运行维护和用户数量的模数化扩展。这种拓扑要求一个用户终端，不但要实现电能计量，还要实现数据信息的编码、解码、载波收发等功能。可以构成完全基于低压电力线信道的载波电能表+配变集中器+营业站主机的组网拓扑。实践证明：目前市场上已经开发出来的窄带调制的低压载波表和配变集中器很难保证电量或控制数据的可靠传输。主要原因是低压电力线载波信道的特性随机性、时变性很大，非常地不稳定。因此，低压电力线载波技术是直接通过电力线组网的远程抄表系统进一步推广应用的瓶颈。

本文就是致力于开发拥有自主知识产权的扩频载波用户终端，如果一旦开发成功，抄算系统就可以使用简单明了的用户终端+配变单元+营业站抄算主站的组网拓扑，并将成为国内主流的抄算系统网络拓扑。

2 试点居民小区远程抄表系统方案

在为试点居民小区远程抄表系统做的总体技术方案设计时，本文遵循三条基本原则：

（1）在试点小区的配电变压器和小区住户之间不敷设任何专用有线信道，

数据的上行或下行传送必须使用现成的低压电力线作为数据媒介。

（2）只在配电变压器和住户地点对应安装数据的收发装置，建立起各用户电能表终端与配变集中器的直接数据链路，中间不安装任何硬件上的中继或第二级集中转发装置。

（3）用户电能表终端除了记录电量外，它还应该执行就地保护和远方监控功能。

2.1 系统组成结构

系统由营业站用电管理主机、配电变压器集中器、接在配电变压器低压电力线上的多个用户电能表终端（接于A相的A1~Ap终端、接于B相的B1~Bm终端、接于C相的C1~Cn终端）和通信信道组成。配电变压器集中器和用户电能表终端分别与配电变压器、用户一一对应并就地分布式安装。用电管理信息只能在系统的上下级之间传输。其中用电管理主机到配电变压器集中器的信息传输媒介采用扩频无线信道或公共电话网（第一级信道），配电变压器集中器到用户电能表终端的信息传输媒介利用低压电力线载波信道（第二级信道），详见图1。显然，整个系统与配电变压器下面的电压电力网一样呈树形分布结构，可随用户发展和负荷增长任意扩展。

本系统的任务在于实现低压用户电量数据的远程传输和抄算，对低压电力用户的负荷和用电进行远程监控。

由于使用了分布式安装结构，在系统建设上与集中抄表箱用电系统相比，无须庞大繁琐的缆线工程，施工难度将会大幅下降。系统的扩展将随用户或配变数量的递增而模数化扩展，就象增加一个用户增加一块电能表那样简单。因此，系统扩展极具伸缩性，不会象集中式系统那样新建时资源闲置，用户发展时容量又不够。应该说，这个系统比较符合营业用电管理系统发展的主流方向。

2.2 网络通信协议的选择与研究

在计算机网络中，信道共享技术已经比较成熟。一般可分为两类，即受控接入和随机接入。

随机接入共享信道的特点是所有用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息。实际上就是争用接入，征用胜利者才能获得总线，从而发送自己的信息。典型的随机接入是载体侦听多重访问/冲突检测（CSMA/CD）网络，其为总线型结构，如图2所示。后文重点介绍的基于CEbus的扩频载波线性扫频信号（Chirp）由于

具有自相关性，所以适用于CSMA网络。结合电力线的传输特性，综合比较各种网络，在本文所要开发的远抄系统中选用CSMA协议应该是比较合适的。CSMA协议网络的缺点，如时延不确定、重载时效率下降，对数据传输量较小的远程抄表系统来讲，并不是值得考虑的问题。

2.3用户电能表终端的总体设计

用户电能表终端由AC/DC开关电源模块、电量传感器模块、故障保护模块、计量模块、负荷控制模块、LED显示模块、MCU系统模块、低压扩频载波通信模块构成，图3是用户电能表终端硬件电路框图。

多输出开关电源负责为用户电能表终端供电，它输出DC +5V 0.5A和DC ±15V 0.5A电源各一组，其交流输入的设计范围为AC 220V ±20%。为了降低电源模块的体积，采用TOP2XX脉宽调制功率开关为核心器件，构成单端反激式电路。

故障保护模块负责监视低压用户的负荷电器的运行情况，当发生短路、过流、漏电或电网电压超标时，向MCU系统模块发出信号请求执行断电控制程序。

计量模块负责把用户的用电功率转化为频率正比于功率大小的脉冲串，提供给MCU系统模块进行电量计算。即使用户实施了窃电行为，它仍然可以输出正确的电量计算脉冲串，并向MCU系统发出窃电信号。

负荷控制模块是一个受MCU系统输出的TTL电平控制的大功率交流无触点开关，能够过零关断或开启6 kW的负荷功率。

MCU系统由AT89C52 8位单片机、X5045看门狗芯片和DS1302时钟日历芯片构成。它是用户电能表终端的计算监控中心，主要负责对电量脉冲串进行计算或处理，执行就地或远方的负荷控制程序，与低压扩频载波通信模块进行数据交换并控制其收发信。

显示模块由一个8位LED及其动态扫描控制芯片构成，主要完成电量数据的旧的查询显示，便于用户了解自己的电量或电费情况。

低压扩频载波模块主要由SSC P200低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和电力线耦合电路构成，负责对MCU系统送来的数据进行线性扫频调制，放大后耦合到电力线上，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给MCU系统。这种数据通信采用了收发分时控制的半双工通信。该模块与配变集中器的设计通信距离为1000 m。在信道特性最恶劣的情况下，也要保证不小于600m。

2.4 配电变压器集中器的总体设计

配变集中器主要由三个分相耦合的低压扩频通信 …… 此处隐藏：3712字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……