RobuNet无线通信技术在智能电网中的应用分析

隋博

（国网河南省电力公司信息通信公司，郑州450052）

李琳

0 引言

为加快电力系统的营销计量、抄表、收费标准化、现代化建设步伐，如何及时、完整、准确地提供用户实时用电信息数据成为了智能电网建设的核心问题之一[1]，而该问题的主要解决方法之一就是建设安全、可靠、有效的智能电表本地通信网络[2]。

在组建安全、可靠、有效的智能电表本地通信网络时，常用的方法主要有三种：电力线载波技术、微功率无线技术和RS485通信技术[3]。就载波通讯而言，由于低压配电线网存在信号衰减大、线路阻抗变化大（时变性）、噪声源多且干扰强等诸多不利因素，这种网络的通信环境非常恶劣。就RS485总线的通讯方式而言，由于存在现场布线，在距离较远时安装工程量大，且数据安全性低，信道容易受损坏，易受高电压及雷电的影响，这种网络仅能用于一个表箱内各设备之间的数据传输。与上述两种信道相比，微功率无线技术伴随通信组网技术的发展和端到端高阶加密、动态跳频机制的引入，其可靠性高、传输速率快、通信实时性好、安装维护快捷、稳定性强和影响因素少的特点，成为建立智能电表本地通信网络的首选[4][5]。

本文对组建智能电表通信网络中常用的三种技术：RobuNet、ZigBee和点对点无线通信技术进行比较，并根据RobuNet在居民集中抄表中的应用，从组网技术的原理和特点的角度进行分析，推动RobuNet无线通信技术在智能电网中的快速发展提供借鉴，为电力管理部门的相关决策提供科学依据。

1 无线技术应用情况

目前RobuNet、ZigBee和点对点无线通信技术在部分地区的智能电网的低压抄表部分中已经有所应用[5]，具体的应用情况和特点如表1所示。

表1 无线技术应用情况表

从表1可以看出，由于RobuNet无线传输技术在频率、技术特点、传输距离和环境适应性方面的特点，其在智能电网系统的应用中是最广泛的。

2 RobuNet技术和特点

①网状网络：先进的网状网络拓扑结构，能够更好地适应各种复杂、多变的现场环境。

②自动组网：无需人工干预、全智能自动路由、无路由级数限制、无需额外增加中继设备的自动组网方式。

③自动修复：当网络中某一节点发生故障时，系统能够自动建立新的抄表路径完成抄表路径的自动修复，无需人工干预。

④跳频通讯：借鉴国际上广泛应用的“FCC.15.247”技术规范，采用多信道跳频技术，具有良好的频率自适应机制，有效提高了系统的抗干扰能力，避免互扰。

⑤调制方式：采用GFSK/FSK调制方式，综合考虑了现场的无线覆盖范围、通讯速率、以及产品成本等方面因数。

⑥信道带宽：200KHz以内的宽带或窄带。

⑦工作频段：工作于470.00～510.00MHz、国家信息产业部规定的免费频段，且已列入新的DL/T 698.35电能信息采集与管理系统第3-5部分电能信息采集终端技术规范。

⑧响应速度：通讯速率为9600bps、19200bps或以上，极高的系统响应速度支持大数据量的传输和表计特殊数据的主动上传功能。

⑨数据安全：采用端到端DES加密，数据具有高度的安全性、保密性。

3 RobuNet在智能电网中的应用分析

本文以智能电网中居民集中抄表系统为实际环境，对RobuNet无线通信技术进行构建和分析[9]。

3.1 组网技术

①组网方式。RobuNet组网借鉴Ad Hoc无线网络技术，结合配电系统的特点，在低压集中抄表系统中以终端为集中器进行组网，可以实现按台变组网、跨台变组网、按表号/节点号组网和电表/节点自动上报组网。

目前，根据我国电力部门的管理要求及特点，如“四分线损”的考核等，RobuNet组网技术主要采用了按台变、按表号/节点号（即至上而下）的方式进行组网。

②路由和协议要点。采用先验式路由协议（表驱动路由协议），每个节点维护一张包含到达节点的路由信息的路由表（自动生成），并根据网络拓扑的变化随时更新路由表，节点路由表结合“最短路径算法”和“均衡路径算法”准确地反映网络的拓扑结构；源节点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由。

3.2 工作原理

图1 工作原理图

安装具有无线信道的计量表计及无线数据采集装置，实现与现场通讯环境有关节点信息的自动交换；根据优化的路由算法，与其它节点和集中器单元组成本地无线网络。这一组网过程自动完成，无需人工对现场节点进行干预或设定，并且每个网络都是根据所在社区环境智能优化的。网络构型方面在考虑成本的前提下采用网状网络的形式，以拥有许多备用路由连接，具备超稳定高可靠和自我修复的能力。基于当代无线通讯芯片技术的发展，智能无线网络能提供较高的通讯速率和较大的单帧数据承载量（128K），以满足用电信息采集系统对于通讯实时性的要求，并能为今后用电管理的增值服务（如远程断送电、远程费率调整、远程预付费、实时用电稽查等）提供技术基础。

3.3 基于RobuNet技术的网络集中抄表系统架构

3.3.1 组成部分

①内嵌RobuNet无线信道各种电子式电能表，或采用RobuNet无线采集终端经RS485与各种电子式电能表相连；

②带上行信道、下行信道的集中器，上行信道为GPRS通讯，下行信道为RobuNet无线信道，通过下行信道对网内各类电能表进行抄收、管理，并经上行GPRS信道与后台主站交换数据；

③用户侧前置机（或称网关，经GPRS与集中器相连）、数据库服务器、自动抄收服务器等。

3.3.2 架构图

图2 基于RobuNet技术的网络系统架构图

3.3.3 组网方式

为了实现用电信息及时、完整、准确的采集，满足用电管理部门对基础数据和增值服务的要求，结合无线通讯技术的自身特点和实际环境，通过以下ABC三种组网方法，以适应现实情况的复杂性、多变性和成本管理的要求。ABC三种组网方法如下所示：

A单表模式：集中器+网络电能表（带无线信道的各种电能表）；

B采集器或半无线模式：集中器+无线采集器+电能表（带RS485接口的各种电能表）；

C混合模式：集中器+网络电能表+无线采集器+电能表（带RS485接口的各种电能表）。

3.4 RobuNet技术应用的优势

从以上内容可以看出，采用RobuNet组网技术构建的低压集中抄表系统具有以下几个优势：

图3 RobuNet网络应用位置图

①系统安装、调试方便，施工工程量小，实用性强，便于大量推广使用。

②系统具有极高的抗干扰能力、稳定可靠，后续维护工作简单、方便。

③对应用环境具有更好、更广泛的适应性，适合用于不同的台变环境。

④具有良好的实时性，不仅可以完成定时的抄收、抄读，还可以实现实时的集抄、点抄、透抄。

⑤满足实时监测、未来增值服务的管理要求。

⑥良好的性价比。

4 结论

本文对RobuNet无线通信技术在智能电网中的应用情况进行了概述，并在低压抄表系统中对技术从原理、特点、优势、系统架构、组网方式等角度进行了详细分析，说明RobuNet无线通信技术在低压抄表系统中能够及时、完整、准确地提供用户实时用电信息数据，提高智能电网的自动化、智能化程度和数据的准确度，推动RobuNet无线通信技术在智能电网中的快速发展，增强电力相关的社会效益。

[1]郑健国.内外智能电网建设现状述评[J].上海电力，2011，03：256-259.

[2]Quang-Dung Ho.Challenges and research opportunities in wireless communication networks for smart grid[N].IEEE Wireless Communications,2013,3:89-95.

[3]徐珂航.无线通信技术在电力系统的应用[J].通讯世界，2013，21：122-123.

[4]胡致远，宋洋洋.微功率无线通信技术在电力线路中的适应性分析[J].电力系统自动化，2014，08：113-118.

[5]Kilic,N.Analysis of low power wireless links in smart grid environments[J].Computer Networks，2013，5：203-1192.

[6]谭新，陆俊.微功率无线通信技术在低压抄表中的应用[J].数字技术与应用，2012，03：45-46.

[7]Chia-Ming Wu.An innovative scheme for increasing connectivity and life of ZigBee networks[J].Journal of Supercomputing,2013，1：53-136.

[8]吴斌，夏友莲.基于ZigBee的近距离无线网络技术在电力行业的应用[N].冶金自动化，2009，5：870-873.

[9]张强.电能信息采集系统中RobuNet无线组网技术的应用[J].科技情报开发与经济，2012，12：105-106.