浅析电力无线抄表系统及其潜在干扰

王楠

摘要：随着我国综合国力的提升，我国各行各业的发展水平都有了极大的提高，我们了解到，我国电力能源丰富，电网企业遍布各地，各类采集器等信息节点达数千万，智能电网已初步建立并将持续发展。电网的配电自动控制、用电信息采集、精准负荷控制等业务快速发展，电力行业对无线电技术应用的需求与日俱增。准确把握电力行业用频需求，及时调整相关规划，提高频谱使用效益，能够支撑国家能源互联网发展;同时，要加强对智能电网实际用频的监测管理，避免对其他行业业务的正常运行造成干扰。

关键词：电力无线抄表系统;潜在干扰

引言

抄表工作是供电企业开展电力营销的重要环节，对提升供电企业经济效益以及保证资金周转起着重要的影响作用。本文主要对电力无线抄表系统及其潜在干扰做论述，详情如下。

1电能表的技术参数

电能表是用来计量电能的仪表，旧称电度表。电能表经历了感应式电能表向电子式电能表的演进，感应式电能表主要是各类机械电能表，电子式电能表包括多功能电能表、预付费电能表、智能电能表、数字式电能表等。当前国网系统已全面淘汰机械电能表，多功能电能表、预付费等电子式电能表也已被逐步替代，智能电能表应用率已达到98%以上。

2干扰分析

电力无线抄表微功率设备需在一定条件下使用，若其频率与当地广播电视频率相同，则不得在当地使用。另外，部分厂商、用户对《中华人民共和国无线电管理条例》不够了解，对无线电规则不够重视，违规使用频率、随意设置无线抄表设备功率的现象时有出现，对其他行业合法无线通信业务造成了不同程度的干扰。

3电力无线抄表系统的应用

3.1普适远程抄表系统

带物联网（NB-IoT）技术的出现为现有抄表系统存在的抄表难、管理难等问题提供了一种有效的解决方案.但是，现有的NB-IoT远程抄表系统仍然存在着诸多不足，例如较高的功耗、高昂的安装成本和单一的应用范围，这大大限制了其应用的推广。无线远程抄表技术的出现在一定程度上解决了人工抄表存在的问题，但是基于GRPS、ZigBee等无线技术的抄表方案仍然存在低覆盖、欠稳定和高功耗的不足.窄带物联网（NB-IoT）由第3代合作伙伴计划（3GPP）委员会制定，被认为是最有前途的低功耗广域网（LPWA）技术之一.NB-IoT技术具有低功耗、广覆盖和大容量的特点，为低流量的物联网应用提供了一种更适合的无线传输解决方案.已有多种基于NB-IoT的无线抄表系统被提出和应用.然而，现有的NB-IoT远程抄表系统通常需要对老式表头进行改装或更换，有着较高的安装成本，并局限于一种仪表数据的采集，应用范围有限.同时系统功耗较高，远不能达到NB-IoT协议所设计的10年工作寿命.基于图像处理和NB-IoT的普适远程抄表系统MeterEye，適用于字轮式和指针式仪表.MeterEye通过采集抄表图像的方式避免了对原有表的改装，只传输包含读数信息的差值图像，并利用并行压缩感知大幅度压缩图像体积，实现传输功耗的降低.我们使用基于CNN网络数字识别系统的准确率来衡量不同压缩率下重建图像的可分辨程度.

3.2线损的远程监控

将适量的中继处理器安装在智能化集抄系统的架构内，可以充分发挥远程监控的实用功能，例如，对于那些供电距离较远的电力用户，集抄系统可以较快地读取客户的用电数据信息并发送至集中处理器，再利用相关通信线路传输到集抄系统中，与此同时，在集抄系统开通客户用电管理服务后，用电管理者可以结合互联网处理技术，利用智能手机、电脑以及其他智能App软件，与供电企业一起动态的掌握用电数据，实现远程监控，并及时处理故障，一旦出现异常情况，集抄系统就会发出各类预警信息，为后期的智能化检修工作创造有利条件。

3.3基于VC和LabVIEW协同的智能电网无线抄表协议栈实现方案

无线抄表因具有无需布线、施工方便的特点而逐渐得以广泛应用，目

前国家电网已经在Sub-GHz频段中部署了微功率无线通信协议用于数据的传输。基于VC实现MAC层、网络层、应用层的设计，基于LabVIEW语言实现了物理层功能，从而构建了智能无线抄表协议栈，同时，采用USRP设备作为射频前端进行节点电能信息的收集和数据的收发。所提出的协议栈易于开发、系统兼容性强，具有较高的推广应用价值。国家电网所部署的MPWDTP（PowerWirelessDataTransmissionProtocol，微功率无线数据传输协议），在无线抄表系统微功率无线网络的算法、参数配置、空中帧结构、协议层次、组网功能等方面做出了详细的规定，该协议对标准开放式系统的各个结构层进行了明确定义并在各层的协同作用下实现无线通信。为了响应MPWDTP的机制，无线抄表协议栈也应依据不同的功能进行分层设计。

3.4微功率无线通信信号对电能表的干扰监测

传统监测微功率无线通信信号对电能表干扰的方法，没有明确路径损耗数据，导致方法存在监测效果较差、信号捕捉率较低的问题，提出一种新的干扰监测方法。基于ZigBee技术，完成微功率无线组网方式的选取，通过预测无线信号在各地区的路径损耗数据，计算各地区无线信号的分布情况，并构建干扰监测模型，利用频谱分析仪测量无线通信信号的频率，并通过电磁辐射分析仪，完成对电能表天线附近电场强度的检测。微功率无线通信信号对电能表的干扰监测模型主要涉及到以下几个方面，首先是微功率无线组网方式。基于ZigBee技术，完成微功率无线组网方式的选取，ZigBee技术是一种比较简单的近距离、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，该技术主要应用于短距离通信传输与远距离通信网络控制。其次是干扰监测模型的构建。由于无线信号具有空中衰落的性质，导致微功率无线通信信号对电能表会产生干扰，无线信号的空中衰落包含快衰落、慢衰落、路径损耗3种衰落方式，且无线通信信号的路径损耗在各种环境条件下都会存在，其中快衰落与慢衰落是由于地理环境及其他因素，而造成的衰落速率不同的两种衰落。

3.5时钟欠压在线校时策略

首先是采集终端上行：通过主站心跳获取主站时钟，根据自身时钟和主站时钟的差异以及采集器自身的时钟电池电压是否欠压判断自身时钟是否有效。如果终端时间与主站时间相差不大，则终端时间有效，不必对时;如果终端时间与主站时间差大于设定阈值，而终端时钟电池电压正常，则主站和终端时钟都无效，需要结合户表时钟综合判断;如果终端时间与主站时间差大于阈值且终端时钟电池电压欠压，则终端时钟无效，需进一步根据户表时钟判断主站时钟是否有效。其次是采集终端下行：集中器透抄户表时钟数据，根据户表的时间和主站的时间综合判断主站时间是否有效，最终取有效时间对采集终端进行对时。如果终端时钟电池电压异常，户表时间有效，则选用户表时间进行对时。

结语

总之，作为无线电管理工作者，应紧跟无线电新技术、新业务的发展趋势，加强与各行业部门的沟通，掌握行业频率使用情况和需求，及时调整相关政策和规划，提高频率使用效率。

参考文献：

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