通讯技术在计量计费系统中应用

朱玲

摘要：由于配电网结构复杂，运行方式经常改变，进一步提高点对点之间的通讯可靠性，提高通信速率，依赖于通讯技术和网络技术的发展。本文介绍了中压配电载波通讯技术系统，阐述了提高通讯可靠性技术措施。

关键词：配电网络；中压配电载波通信；可靠性

随着网络技术和电子技术的发展，对用电大户用电信息进行经济、高效、及时收集和掌控，加快费用结算周期，分析电力市场变化，提高服务水平，采用新的通讯技术实时采集用电信息势在必行。在大用户计量计费系统中通信系统的建设是非常关键的，随着通信技术的发展，目前可供使用、选择的通信方式有多种多样。按照传统的分类方法，可简单地分为：有线方式和无线方式，其中有线方式包括有：架空明线或电缆、配电线载波（DLC）、邮电本地网、光纤、有线电视网（CATV）、现场总线、专线等；无线方式包括：一点多址微波、传统无线电通信（如AM、FM、PM 等）、无线扩频、卫星通信、无线寻呼、数控电台等。

1 中压配电网通道的特点

中压配电载波通信以中压配电网作为数据的传输通道，实现变电站和配电点之间双向的数据通讯和信息交换，在经济性、便利性等方面具有其他通信方式无可比拟的优势。由于配电网上的负载千变万化，多种多样，配电网和电力设备在运行和操作中存在着电晕、电弧和火花放电等现象，因此以中压配电网作为通信的传输媒介，干扰非常严重，其传输特性在不同的地点各不相同。即使是在相同的区域，不同时间的传输特性也不相同，具有较强的时变性。

2 中压配电载波通讯技术系统方案

整个系统采用分层分布式管理，分三层结构：主站系统、变电站二级系统、用户终端设备。

2.l 主站系统

主站系统包括数据库服务器、WEB服务器、报表工作站、系统管理工作站、通讯工作站等。通讯工作站利用光纤、电话、专线等通讯方式，与变电站二级系统的电能量数据采集终端（ERTU）进行通信。主站系统采用功能化和模块化的设计思想，完成对数据的处理与分析功能。系统设计包括以下功能模块：数据自动采集子系统、数据辨识过滤子系统、数据计算子系统、数据异常事件报警子系统、随时抄表子系统、档案管理子系统、系统管理子系统、智能报表子系统、用电分析子系统、远程在线维护子系统。

2.2 变电站二级系统

变电站二级系统包括电能量数据采集终端（ERTU）和中压配电载波设备。ERTU通过RS485总线方式与站内的中压配电载波设备进行接口，站内的中压配电载波设备再通过l0kV中压配电网与用户终端设备的中压配电载波设备实现载波通讯。变电站二级系统完成工业大用户电能表档案的录入、电能表数据采集、电能表数据预处理及保存、数据上传等工作，主要功能如下：数据采集：根据录入的工业大用户电能表档案，通过中压配电载波传输通道定时采集大用户电能表的数据。数据保存：完成电量、瞬时量、电网质量、电压合格率等数据的储存。数据传输：通过光纤、电话、专线等远程通信方式，实现与各级监控中心实时通信，并具备RS232接口用于变电站内通信。

2.3用户终端设备

用户终端设备包括中压配电载波设备和大用户电能表。大用户电能表采用具有负荷曲线记录功能的全电子式多功能三相交流电能表。中压配电载波设备与大用户电能表的接口是通过RS485 总线方式实现的。

3 中压配电载波传输通道

中压配电载波传输通道由中压配电载波调制解调器（包括变电站侧的载波主MODEM 和大用户侧的载波从MODEM）、单相耦合装置（包括耦合电容和结合滤波器）、l0kV 配电线路构成。系统的通讯方式采用POLLING 的应答方式。变电站中压配电载波主MODEM 将电能量数据采集终端发出的信号转换为载波信号后，以1对N方式从变电站母线注入信号，通过变电站l0kV耦合装置将信号耦合到l0kV线路上，经每条馈线回路到达各大用户点，大用户点的中压配电载波从MODEM 接收到载波信号后转发给大用户电能表，电能表的有关信息再经载波从MODEM 转换为载波信号耦合到l0kV线路上传至变电站，从而实现变电站电能量数据采集终端与大用户电能表之间的双向数据通讯。

中压配电载波调制解调器由高速数字信号处理器、载波通讯控制器、信号放大设备、数据接口设备和人机接口设备组成，主要完成对载波信号和数字信号的转换。在高速数字信号处理器的控制下，一方面对从电力线耦合下的载波信号进行解调，并通过RS485接口送至终端设备，另一方面将RS485接收的数字信号调制为载波信号耦合到电力线路上。

在系统的设计中，为了节省耦合设备的投资，同时为了方便以后的运行、维护，变电站、大用户点全部采用单相耦合装置，其耦合方式采用相地耦合（如图1所示），但是需要注意的是，变电站侧与大用户侧必须选择同一相线（如C相）进行耦合。

图1 耦合方式

4 提高通讯可靠性的技术措施

中压配电网络由于具有高噪声、阻抗变化范围大、损耗大等特点，因此如何提高通道通讯的可靠性是中压配电载波通讯技术在工业大用户计量计费系统中得到成功广泛应用的关键。针对中压配电网对载波通讯的固有干扰及衰变特性，通过对线路特性的实际测量分析，系统在设计和应用中采用了多种技术措施，分述如下。

整个系统采用分层分布式的管理结构，系统的管理、维护方便。工业大用戶的数据抄读采用带地址下发的广播式的通讯方式，全网无须阻波器。耦合装置采用一体化设计方案，设备安装方便，回波衰耗小，内部具有多种抗干扰及保护措施。载波信号的处理采用中断处理方式，响应速度快，采用半双工的通讯方式，数据进行多重校验措施，保证数据的正确、完整。

系统中的中压配电载波传输通道采用常规载波方式中的窄带移频键控（FSK）通讯技术。设计上采用双载频自动切换收发，能实现对一个大用户点采用两种不同的载波频率进行通讯。通过判断线路对某一频率的干扰程度，自动采用干扰小的频率进行通讯，能有效解决窄带通讯中对带内噪声的抗干扰性差的缺陷，保障载波通讯的稳定。

载波通讯中选用高接收灵敏度的电力线载波收发芯片，通过芯片内部的六级滤波电路及外围设计的高性能选频电路和小信号放大电路，可达到-70dB的接收灵敏度，能有效克服信号的衰减及提高对白噪声的抗干扰特性。

采用可现场对通讯频率进行设置的方案。通过对现场配电线路噪声和阻抗特性的测量，总结出不同配电线路的干扰特性，通过设备上选定相应的拨码开关设定载波通讯的频率，实现对不同线路的频率设定，保证障通讯的可靠。通过调节耦合变压器的输出，能实现对线路阻抗的最佳匹配，实现载波信号到配电线路上的最佳输出。

采用中继功能设计。中继功能的应用，能保证较远距离或干扰大的大用户点数据的通讯。此外采用中继MODEM与载波从MODEM的一体化设计，即系统中的任何一台载波从MODEM 都能实现中继功能，无需外加中继设备。配电线路特殊情况下自动设置中继方案设计。当现场情况发生变化时，可实现本不需中继通讯的通讯点的数据由选定的中继点进行数据的转发。

采用负荷曲线的数据补抄功能设计。电能表定时产生负荷曲线，由电能量数据采集终端发命令读取记录数据。能解决由于线路故障、停电等原因抄表失败后，保证数据的完整性。

根据现场的统计和测量，当信噪比高于l3dB时，系统的误码率≤1×10-5，此时信号的衰减达到-39dB；当信噪比在l0～l3dB之间时，系统的误码率≤1×10-4，此时信号的衰减达到-45dB。大量的实际应用表明，本系统方案充分利用了窄带移频键控（FSK）通讯技术的优点，完全满足工业大用户计量计费系统的要求。

5 结束语

工业大用户计量计费系统，采用中压载波通讯技术，利用l0kV配电线路构建通讯网络，是一种经济可行的方案。若再将配电线的载波通讯系统与光纤主通讯网或其它主通讯网配合使用，还能为配电自动化提供一个可靠的完整的通讯网络。

参考文献：

[l]GB / T l3730-92 地区电网数据采集与监控系统通用技术条件[S].