基于无线中继的远程电力抄表系统的应用和实现

李春海 陈洪雨 陈 贺 徐国林 常 振 衣忠科（石家庄科林电气股份有限公司）

基于无线中继的远程电力抄表系统的应用和实现

李春海 陈洪雨 陈 贺 徐国林 常 振 衣忠科
（石家庄科林电气股份有限公司）

摘 要：随着GPRS等无线公网的发展和推广应用，无线通信网络的可靠性和高效性已经得到社会的广泛认可，但我国的无线公网还未实现100%全覆盖，一些偏远地方和山区还存在通讯盲点，还有很多地方存在信号不好的状况，致使有很多地方主站与集中器的通信成功率不高，从而致使系统的抄表成功率不高，达不到自动化抄表的预期效果。基于无线中继实现的远程电力抄表系统，采用无线中继单元和无线网关，来解决GPRS信号覆盖不到，存在通信盲点问题。通过这种策略将集中器抄收到的数据发送到GPRS信号比较好的地方，使得主站与集中器之间通信顺畅。

关键词：用电信息管理系统；电力线载波；无线中继；无线网关；用电管理终端

0　引言

在无线公网信号覆盖不到的区域实现远程电力抄表，原有的集抄模式基本达不到预期目标。在多年的开发理论及实践经验基础上，推出基于无线中继远程电力抄表系统有重要意义。

1　基于无线中继远程电力抄表系统的实现框图

随着GPRS无线公网的发展和推广应用，无线通信网络的可靠性和高效性已经得到社会的广泛认可。基于GPRS模块通信的自动化抄表系统，利用现有的无线通讯基站，不需重新铺线，且抗干扰能力强，误码率小。而且随着无线通信技术、网络技术的迅猛发展，同时伴随着数字化程度的提高，基于无线公网的自动化抄表系统已经成为电力管理的优先选择。

但不可否认的事实是，我国的无线公网还未实现100%全覆盖，一些偏远地区和山区还存在通讯盲点，还有很多地方存在信号不好的状况，使得有很多地方主站与集中器的通信成功率不高，从而致使系统的抄表成功率不高，达不到自动化抄表的预期效果。

由于无线公网信号缺失或不良导致一些地方的集中器与主站通信效果不好，因此经常需要工程人员到现场去排查问题，甚至根本无法解决该问题，因而还需要人工抄表，这样既严重浪费了人力和物力，又无法真正地实现集中抄表的功能。

由于这些原因，事实上在很大程度减小了基于无线公网的集抄系统的使用范围，同时使一些已经使用中的集抄系统根本达不到其设计目标。为了在无线公网信号覆盖不到的区域实现集中抄表，提出了基于无线中继实现的远程电力抄表系统的方案（见下图），系统包括用户电表、采集器、集中器、无线中继器、主站。主站中设置无线公网传输模块，系统增设了无线中继单元和无线网关，集中器和中继单元中设置无线传输模块，无线网关中设置无线传输模块和无线公网通信模块；集中器与中继单元、中继单元之间、中继单元与无线网关通过无线传输模块联接，无线网关与主站通过无线公网通信模块联接，集中器经过一个或几个中继单元以及无线网关与主站联接。

图 基于无线中继远程电力抄表系统实现框图

2　功能实现

2.1 现场数据采集层的功能实现

现场数据采集层作为系统最基本的部分，保持现有基本模式，采用采集器或者是电力载波表。

采集包括正向有功的尖峰、峰、平、谷电量，组合有功、电压、电流、功率因数、剩余金额、剩余电量等信息，为主站系统提供足够的电能量信息作分析与统计之用。

2.2 通讯层的功能实现

当用电管理终端附近的GPRS信号无法满足通信要求时，原有的设计就无法实现自动采集功能，为了实现自动采集，提出了采用无线中继来作为通信介质，实现数据传输。2.2.1 中继器的选择

微功率无线技术是当前广泛使用的技术，其特点主要有不受电力线干扰、通信相对距离长、穿透力强以及稳定性好等。大多数情况下，集中器需要传输的距离不是很远，因此优选采用微功率传输模块进行传输。当需要远距离传输时，可以使用数传电台。

2.2.2 中继单元的搭建

目前广泛使用的微功率传输模块有WiFi模块、蓝牙模块、zigbee模块等，WiFi传输距离相对更远些，本实施例中使用WiFi模块。GPRS是最早应用的公网数据传输技术，虽然传输速率不及3G和4G技术，但电力抄表本身传输的信息量不多，本实例中，无线公网通信模块使用GPRS通信模块。

系统设无线中继单元和无线网关，集中器和中继单元中设置无线传输模块，无线网关中设置无线传输模块和无线公网通信模块；集中器与中继单元、中继单元之间、中继单元与无线网关通过无线传输模块联接，无线网关与主站通过无线公网通信模块联接，将通信无线延长到了GPRS信号能够满足通信要求的位置。

该应用多在边远偏僻地区，中继单元和无线网关大多工作在室外，供电线路需要另行铺设，增加施工难度和成本。所以本实例中，中继器和无线网关配套太阳能发电设备。中继器和无线网关由于采用微功率传输模块，并且不需要连续工作，因此功耗都不会太大，使用太阳能发电设备可以满足使用要求。但太阳能发电设备不稳定，发电量及蓄电池的储电量随天气变化很大，因此增加蓄电池电量检测单元，当设备需要工作时检查电量，判断是否满足功耗需求来决定是否开启设备，避免传输中断等情况的发生。有些情况下，只需要一个中继单元和无线网关，如集中器位于地下室，将信号从地下传到地面即可，因此可以将无线中继单元和无线网关设置为一体。

无线网关设置在GPRS信号良好的位置以保证与主站的通信，中继单元设置在既能保证与集中器通信又能保证和无线网关通信的位置。当中继单元在保证与集中器通信的情况下不能与无线网关通信时，可以设置多个中继单元，中继单元的个数根据实际工作环境来决定。最终将集中器抄收到的数据发送到GPRS信号比较好的地方，这样才能使得主站与集中器之间通信顺畅。

2.3 系统主站层的功能实现

系统主站层是顶层设计，采用模块设计。主站通过GPRS向无线网关下发命令，无线网关收到从主站下发的命令之后通过微功率传输模块将该命令向中继单元转发，而中继单元收到数据帧之后不对数据帧做处理即转发出去；集中器通过微功率传输模块进行接收和发送数据帧。信息的上传与上述路径相同，方向相反。

3　结束语

基于无线中继远程电力抄表系统是在GPRS通信无法完全覆盖的实际情况下最好的实现方案，可以有效地提高劳动生产率和管理水平，能够更好地服务于国家电力。

参考文献

[1] 侯晨伟. 基于GPRS和NRF90无线模块的电力自动抄表系统[J]. 长春理工大学学报(高教版), 2009, 4(10).

[2] 杨红欣, 齐火箭, 徐海滨. 基于230MHz无线数传电台中继的GPRS信号延长器[J]. 电子制作, 2014(12).

[3] 张建华, 金广峰. 基于GPRS的远程抄表系统[J]. 科技广场, 2007(3).

收稿日期：（2015-04-28）