網橋式電能表的應用

　　摘要：本文論述了一種新型的網橋式電能表的特點，及其在自動抄表中的應用，探討一種新技術的創新是否會給應用帶來新的思路和方法。

　　關鍵字：網橋，自動抄表系統，PLC電力線載波通訊，開放式抄表系統，開放式電力線載波通訊接口，通訊協議

　　中國城市供電網及農村供電網改造后，實行了一戶一表，抄表到戶，居民計量用表計數量成倍增加，尤其是在實行分時電價的城市，工作量在此基礎上又增加了4倍以上。若繼續采用傳統人工挨家挨戶抄取電能表數據，不僅耗費人工多、成本高、效率低，而且人為差錯多。為解決上述問題，各地電力公司就根據自身的情況實施了各種自動抄表系統。

　　現在，自動抄表系統已成為電力智能化管理的潮流，將是電力營銷信息系統的必不可少的組成部分。尋求簡單、可靠、高性價比的自動抄表方法，是儀表通信領域的重要研究內容。在底層通信中，最受關注的還是電力線載波通信，這是由于電力線路遍布各地，從發電廠到各個居民家庭無所不至，不需重新布線，可以節省大量的人力物力。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產權，甚至自主開發制造的芯片，接口電路簡單，成本低。所以很多專家都認為低壓電力線載波通訊（以下簡稱載波通訊或PLC）是最適合自動抄表的通訊方式，但同時也是最難使用的通訊方式。在自動抄表的應用中由于以下幾個技術原因，使得利用載波通訊建立的自動抄表系統，最終不能獲得令人滿意的結果。

　　l 電網中始終存在的干擾和信號的衰減；

　　l 不同環境下干擾和衰減的情況不同；

　　l 不同時間干擾和衰減的情況不同；

　　針對以上的問題，許多廠家都作出了許多技術改進和創新，例如使用了擴頻技術，提高通訊效率，在系統中使用中繼器，轉發通訊信號，可以有效的抗電網中的信號衰減。所以近幾年，電力線載波在自動抄表中又得到了廣泛的應用。但在各地所使用的載波抄表系統中還存在著，各家公司設計生產的電力線載波技術自成系統，互不兼容。這使得電力公司在采購和實施抄表系統的時候帶來麻煩。市場正在等待一個統一的電力線載波通訊的標準協議。但短時間內這種愿望很難實現。

　　江蘇三能進出口有限公司，經過近十年的研究和實踐，在電力線載波通訊應用在自動抄表領域中不斷創新，我們在電力線載波通訊技術方面作出以下創新和改進：

　　l 電力線載波通訊，采用自然碼調制技術（獨創的類似擴頻原理），可在噪聲淹沒信號的環境下識別有效信號。

　　l 電力線載波通訊時收發的信號，采用糾錯編碼編碼技術，可在近一半的有效信號被干擾破壞時仍然可以糾正使用。減少通訊的次數提高通訊成功率。

　　l 每一只電表具有二級中繼能力，集中器可以實現對中繼路由網絡的自學習，自適應，動態調節中繼路由，中繼路由策略因時而變，因地而變，最大限度提高抗干擾效果（應為電力線上的干擾和信號衰減，隨著地點和時間的不同而不同）。

　　除此之外我們還率先將網橋技術引入到電能表的設計中。首先對兩個概念作一下說明：

　　l 網橋，即抄表設備通過紅外或RS485，利用任意一塊網橋式電表的電力線載波通訊抄讀其他網橋式電表數據的技術。

　　l 橋接器，在通訊中起網橋作用的網橋式電表抄表時，可以選擇任意一塊網橋式電表作為橋接器，并通過該橋接器讀取其它網橋式電表的數據。

網橋的分級：

　　l 一級網橋，即抄表設備通過紅外或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據的技術。由于其橋接路徑是單向的，通道轉換只進行了一次，因此稱為一級網橋。

　　l 二級網橋，即在一級網橋基礎上實現了從PLC接口到RS485轉換。抄表設備的紅外或RS485接口通過一級網橋橋接器橋接到電力線載波通訊，再從二級網橋橋接器的電力線載波通訊橋接到其它電表的RS485接口，實現通道的二次轉換。

　　下面對比以下普通電能表和網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行業信息第5期》）

　　一級網橋通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計行業信息第5期》）

　　二級網橋的通訊過程（略，詳見《電工儀表與公用表計行業信息第5期》）

　　網橋式電能表是我公司采用網橋概念面向自動抄表而設計的新一代產品，該產品一改過去電表的通訊接口只能獨立使用的模式。獨特的通信協議及通信媒質互轉功能使得，電表的數據在紅外通信口、RS485通信口、電力載波通信接口可相互轉接。任何一只電表都可以作中繼器，中繼深度是2級。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，抄收本電表的數據，并可以通過該電表作為橋接器，抄到其他電表內的各種數據，從而使抄表設備通過紅外或RS485通訊接口接入PLC（電力線載波）通訊網絡，實現不同的抄表網路的互連互通。

采用網橋電表實現本地抄表時的優勢：

　　手持設備通過任何一只網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變下電力線上的所有網橋式電能表的數據，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，即是抄表網絡組成之時。抄表變得很輕松，不再需要走遍千家萬戶，四處尋找電表。

采用網橋電表實現遠程自動抄表時的優勢：

　　集中器通過任何一只網橋式電能表的RS485接口，橋接到它的電力線載波通訊接口抄讀同一臺變下電力線上的所有網橋式電能表的數據。這種抄表方法不需要大規模布線，集中器和網橋式電表的通訊接口是采用標準的RS485通訊接口和通訊協議。回避了由于采用電力線載波通訊接口，必須使用同一公司的集中器才能利用PLC對電表的抄讀。使網橋式電表的電力線載波通訊網絡對于集中抄表設備是一個開放式的網絡接口，可以有不同廠家設計的集中器通過任何一只網橋式電表接入到網橋式電表電力線載波通訊網絡。使采用PLC接口的電表抄表網絡對外有一個開放的公共接口，是目前交叉使用不同廠家載波電表和抄表設備時的最有效方法。

采用網橋式電表對于自動抄表的實現具有的綜合優勢：

　　l 靈活而便利的組網方式，可以減少工程施工的工作量，降低工程施工的成本。

　　l 強大的網橋通訊功能，可以使自動抄表系統的性能大大提高。

　　l 可以分步實現自動抄表，先本地后遠程，有效的兼顧的本地和遠程抄表功能
把抄表系統的風險降到最低。

　　l 開放式的電力線載波網絡接口，更加有效的利用資源，便于實現系統集成時的多元化。

網橋式電能表具有的實時時鐘功能的特色：

　　l 內部RTC電路，參比條件下，通電日計時誤差<±1s/d，停電日計時誤差<±2s/d；

　　l 提供溫度補償電路，-30~+70℃范圍內日計時誤差的溫度影響<±.1s/d·℃，停電狀態下，溫度補償仍然有效。

　　l 利用內部時鐘可以進行數據凍結。

　　l 支持載波廣播校時。

　　綜上所述，江蘇三能進出口有限公司的網橋式電能表，不僅在電力線載波技術上達到國內先進水平，而且獨創的網橋技術更加是一種改變現有抄表系統架構的解決方案。在實際的應用中可以使用戶不需增加任何設備，和任何施工就可以實現本地的集中抄表。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網橋，一，二級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的可靠性。同時平衡了性能和價格以及施工和風險等各種因素。網橋式電能表必將得到廣泛的認可和應用。

　　作者簡介：江蘇三能進出口有限公司研究所所長。自動抄表系統資深設計師，曾主持開發遠程變電站遙測系統，工廠多功能表抄表系統，分時抄表系統，低壓電力線載波抄表系統無線抄表系統，紅外抄表系統，GSM/GPRS遠程抄表系統等項目。