智能电能表用电信息采集方案分析与比较

何雅蜜

（国网湖南省电力公司常德德山分公司 湖南常德 415000）

1 引言

智能电能表用电信息采集系统是拓展电力市场、提高服务质量的重要基础，不仅能够自动采集和检测用电信息，而且还可以对电能质量进行检测，对用电情况进行分析管理。而智能电能表信息采集功能是实现上述功能的基础，因此加强该方面的研究意义重大。

2 智能电能表本地通信的主要方式

2.1 电力线载波技术

电力线载波技术主要依靠电力线实现对数据和信号的传递通信，目前已经广泛应用于电力网通信领域。电力线载波通信又被称为电力载波通讯，简称PLC，在实际应用中，其能够有效利用电力线，以载波形式很好的实现信息数据的高速传输。与此同时，PLC技术是电力系统中比较独特的通信形式，应用范围比较广泛。新时期，科学技术发展迅速，电力线载波技术将会发展的越来越成熟。

电力线载波技术的应用优势主要有几点：①在实际应用中，能够有效减少由于信道时间弥散性所造成的不良影响，而且可以尽量避免通信作业受到信道干扰；②通过分配突发性干扰信道的方式，可以将突发性干扰转变为随机性干扰，对信号进行纠错和回复，削弱信道衰弱带来的不利影响；③有利于抵抗窄带造成的不利影响；④电力线载波设备安装便捷，铺设快速方便；⑤能够为电力管理提供有利的传输通道，以更好的实现电力、图像综合业务、话音以及数据传输通信技术。

2.2 微功率无线技术

我国在微功率无线技术方面的研究起步较晚，美国、以色列在该方面的研究已经比较成熟，并得到了广泛应用。微功率无线技术通信距离会受到芯片穿墙能力的影响，另外，在实际应用中，应该加必要的中继器和设计自动调频机制。在实际工程施工中，如果电能表安装分布比较分散，则可以采用微功率无线技术。

微功率无线技术的应用优点在于以下几点：①在空旷地带也可以实现与距离传输；②很容易覆盖整个小区；③信息传递速度快，组网便捷；④相关设备安装便捷，维护方便；⑤比较容易受到外界电磁场的影响。

2.3 RS485总线技术

通常情况下，在实际应用中，RS485总线通讯电缆可以使用双绞线，如果施工要求比较严格，则为了确保通讯的安全性和可靠性，可以使用屏蔽电缆。在具体的施工过程中，对于主站和从站之间的连接，可以使用如图1所示的连接方式。在接线作业中，应该坚持通讯信号“正接正、负接负”原则。通常情况下，主站指的是上位机，而从站可以设置多个设备，包括PLC、智能仪器等等。值得注意的是，如果使用屏蔽电缆进行通讯连接，则要求屏蔽电缆一端接地，另一端悬空处理。

RS485总线技术的有点在于以下几点：①RS485总线的逻辑值为“1”时，正、负 2 根信号线之间的电压差为+（0.2～6）V，电平信号电压较低，不会对接口芯片电路构成破坏；②在实际应用中，信息数据的传输速度较快；③具有特殊的接口电路，使其具备较高的抗干扰能力；④信息传递距离较长，而且可以设置多个从站。

3 智能电能表用电信息采集方案

3.1 方案1：全载波方式

全载波方式主要适用于具有载波功能的智能电能表中，在实际应用中，还应该安装有带载波模块Ⅰ型集中器，目前，该技术已经得到了广泛应用。通过电力线载波，智能电能表能够与Ⅰ型集中器进行通信作用，电力线载波通信距离约为1km，通过无线公网GPRS设备，Ⅰ型集中器可以与采集系统主站实现通信作用，具体的通信方式如图1所示。

图1 全载波通信方式示意

全载波方式结构形式简单、安装便捷、在实际应用中维护设备较好，而且不容易受到外界环境因素的干扰，因此应用范围广泛。但是，随着电器使用年限的增长和不断老化，载波通信效果可能会受到不良影响。

3.2 方案2：全无线方式

全无线方式主要适用于具有无线功能的智能电能表中，在具体的应用中需要安装有无线模块的Ⅰ型集中器设备。通过微功率无线技术，可以实现智能电能表与Ⅰ型集中器的通信，通过无线公网GPRS设备，Ⅰ型集中器能够与采集系统主站实现通信作业。

全无线方式具有通信速率高、网络结构简单、安装便捷、通信稳定等有点，但是在实际应用中，需要引出天线，所以要加强对于天线的检查维护，采取有效措施进行遮挡。

3.3 方案3：半载波方式（采集器＋电力线载波）

半载波方式用电信息采集需要采集器以及带载波模块设备的辅助。通过RS485，电能表可以与采集器实现通信，而采集器可以通过电力线载波以及Ⅰ型集中器进行通信，其中，Ⅰ型集中器又可以通过GPRS与采集系统主站实现通信，通信方式如图2所示。

图2 半载波通信方式示意

与全载波方式相比，半载波方式的采集成功率更高，但是在实际安装过程中，由于其需要与RS485总线以及采集器相连接，因此，安装要求较高，而且后期维护也比较复杂繁琐，同时还会受到设备的使用情况以及使用时段的影响。

在实际应用中，低压电力线载波通信距离最高可达1km，而通过RS485进行通信时，其点对点的最高通信距离也约为1km，然而，随着RS485线路中节点数量的逐渐增多，最高通信距离也会逐渐缩短至300m以内。

3.4 方案4：半无线方式（采集器＋微功率无线）

半无线方式用电信息采集需要采集器、带无线模块设备的辅助。在实际应用中，智能电能表可以通过RS485与采集器之间形成通信，而采集器可以通过微功率无线与Ⅰ型集中器进行通信，Ⅰ型集中器则可以通过无线公网GPRS与采集系统主站实现通信，具体的通信方式如图3所示。

图3 半无线方式示意

与全无线方式相比，该方案可以的采集成功率更高，但是安装工序复杂、维护难度较大，微功率无线通信最远距离为1km，而RS485的最高通信距离为300m以内。

3.5 方案5：Ⅱ型集中器

Ⅱ型集中器方案需要无交采功能设备，通过RS485，智能电能表可以与Ⅱ型集中器进行通信，通过无线公网GPRS以及采集系统主站，Ⅱ型集中器可以实现与采集系统主站之间的通信。在实际应用中，Ⅱ型集中器的覆盖半径约为300m。与半无线方式以及半载波方式相比，该方案的通信效率更高，但是由于需要大量的集中器设备，因此信息采集成本较高。

4 采集方案比较分析

上文所述5个方案的比较结果如表1所示。

表1 智能电能表信息采集方案比较

在上述方案中，方案1、3应用范围最为广泛，目前已经被广泛应用于国内用电信息采集应用中，而且技术也比较成熟，缺点在于在实际应用中，比较容易受到电网质量、通信塑料等因素的制约。方案2、4的通信成功率较高，因此建议可以在农村平底等地区设立试点工作。方案3、4、5主要使用RS485通信方式，信息采集率较高，而且方案5还可以省略采集器和集中器之间的通信，通信速率较高，但是所需的集中器数量也较多，因此日常维护难度较大。

5 结语

综上所述，依据智能电能表的通信方式的不同，本文主要分析了电能表用电信息采集的5种方案，即“电力线载波＋GPRS”、“微功率无线＋GPRS”、“RS485＋电力载波”、“RS485＋微功率无线＋GPRS”以及“RS485＋GPRS”。5 种方案各有优缺点，因此在实际应用中，应该综合考虑电能表的实际运行情况以及施工环境，统筹规划，并且积极探索用电信息采集系统建设新途径。

[1]刘振亮，李冉冉.浅析用电信息采集系统建设中智能电能表的应用[J].科学导报，2014（09）：56～57.

[2]付丽新.智能电能表在用电信息采集系统中的应用前景[J].中国电子商情：科技创新，2014（13）：109.

[3]董寒冰，李林.智能电能表在电网用电信息采集系统建设中的应用探讨[J].科学与财富，2015（4）：276.