【正文】 ...................................................... 29 總結(jié) ............................................................................................................................................ 32 致謝 ............................................................................................................................................ 33 參考文獻 ..................................................................................................................................... 34 附錄 1 英文資料 .......................................................................................................................... 35 附錄 2 譯文 ................................................................................................................................. 39 北方民族大學學士學位論文 低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的集中器設計 1 第一章 前言 隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展和深化改革，我國將在 20xx20xx 年實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)、統(tǒng)一調(diào)度、廠網(wǎng)分開，完成城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造，實現(xiàn)全國城鄉(xiāng) 電網(wǎng)同網(wǎng)同價，建立競爭有序的電力市場，與國際先進的電力工業(yè)管理體制接軌。 為滿足居民對生活用電的需求，不斷提高供電服務質(zhì)量，電力企業(yè)正在對城填居民用戶實施一戶一表工程，以提高用戶用電的安全可靠性和收費的準確、合理性。一戶一表的實施給電力企業(yè)增加了大量的工作量，一個中等城市戶表數(shù)可達數(shù)十萬臺之多，除配電線路改造外，更有大量的抄表收費工作。如靠抄表員每月登門抄表既要化費大量的人力和時間，給用戶帶來諸多不便，而且抄錄的數(shù)據(jù)在時間上離散性大、準確度低，給用電管理帶來很大困難。人工抄表不但工作量大，也不便于電力管理部 門進行全面準確的生產(chǎn)經(jīng)營的統(tǒng)計、分析、線損計算、電量平衡、負荷率計算等。隨著電力市場化改造的深入，電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行已進入一個新的階段，供電企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動，各行管理工作的現(xiàn)代化水平直接影響到企業(yè)的效益，成為供電企業(yè)超一流企業(yè)的標志。目前大量存在的人工抄表提供原始數(shù)據(jù)的方法，己遠不能適應現(xiàn)代化管理的需要。由于電作為一種特殊產(chǎn)品，其產(chǎn)、供、銷都是即時發(fā)生，夜晚用電低谷時采取降低電費的措施以鼓勵多用電，有助于發(fā)供電量平衡，而集中抄表系統(tǒng)在不增加其他設備投資情況下，就能分時記費。國家電網(wǎng)公司在有關(guān)城網(wǎng)改造的 工作會議上多次提出了“要大力推行一戶一表，”“集中抄表、服務到戶、收費與銀行聯(lián)網(wǎng)的要求”。為此就提出了遠程集中抄表的要求以提高電能管理自動化水平，促使電力營銷工作邁入新的臺階。 隨著國家電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造工作漸近尾聲，“一戶一表，管電到戶”政策的貫徹，用電網(wǎng)絡急劇膨脹，使得供電企業(yè)對用電網(wǎng)絡的管理任務日益加劇。如何把龐大且分散的居民用電量及其它數(shù)據(jù)及時有效而且準確無誤地收集、統(tǒng)計及分析，成為供電企業(yè)一個迫切需要解決的問題。如果僅憑抄表工人挨家挨戶地抄表，不但會造成工作效率低，而且由于人工抄表所帶來的漏抄、誤抄 、估抄，甚至抄表人員同用電戶合伙作弊，給供電企業(yè)帶來不可估量的損失，因此供電企業(yè)需要一種投資較少，安裝及維護方便，通訊可靠，計量準確的電能表遠程集中抄表解決方案。 從 20xx 年至今，主流模式是數(shù)碼表。完善集中抄表系統(tǒng)主要有幾大難點：①設計時無統(tǒng)一標準，基本都是各自為政，使產(chǎn)品的普及存在難度；②調(diào)試時只靠人為的標識來區(qū)別線路，施工中容易造成混亂；③系統(tǒng)開發(fā)商和廠家脫節(jié)。由于表的供應商和系統(tǒng)的供應商分離，現(xiàn)階段對于表具沒有統(tǒng)一的標準可以遵循，系統(tǒng)的質(zhì)量和表具的質(zhì)量都是良莠不齊，經(jīng)常出現(xiàn)互相扯皮的現(xiàn)象， 影響 用 戶最后的使用；④由于系統(tǒng)環(huán)節(jié)繁多，導致系統(tǒng)出問題的點比較多，又由于采用集中采集的特點一個地方出現(xiàn)問題可能會導致一大片出問題，因此問題很多。比如， ups 電源故障，可能會導致若干個采集器無法計數(shù)，可能就有好幾十戶或者上百戶人家需要重新抄表。 北方民族大學學士學位論文 低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的集中器設計 2 在這種情況下，直讀表應運而生。這種表區(qū)別與以往的表的特點是讀出的就是數(shù)據(jù)，而不再是脈沖，相當于把流量計和積算儀集成到一起。因此也有人將它稱之為“數(shù)碼表”。直讀表分為兩種，分別是脈沖計數(shù)式數(shù)據(jù)遠傳表和機械位置識別式直讀表。這兩種表均比以往的分線制集中抄表系統(tǒng)有很大的優(yōu)越性，但 它們互有優(yōu)缺點 [1]。 脈沖計數(shù)方式的數(shù)據(jù)遠傳表（即直讀表），實際上是將數(shù)據(jù)采集模塊和遠程通訊模塊集成到表內(nèi)，將脈沖計數(shù)值記錄到表內(nèi)，外界需要讀取表讀數(shù)時，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)命令即可讀取數(shù)據(jù)。這種表具一般提供 485 接口或 MBus 接口，在生產(chǎn)制造時，已經(jīng)將初始值設定完畢。一般情況下不再需要設定初始值。 計數(shù)遠傳表優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單，價格比較便宜；對原表結(jié)構(gòu)改動小，不要求有很高的機械精度，安裝精度要求不高，因此成品率高；體積小巧，非常容易嵌入表內(nèi)；可以記錄完整的表頭示數(shù)，甚至超出表頭示數(shù)。計數(shù) 遠傳表的缺點：內(nèi)部有電源供電，電源的壽命是否能夠滿足要求成為質(zhì)量的關(guān)鍵；對于電路的抗干擾性能要求較高。 機械位置識別式直讀表（簡稱位置直讀表）是在機械計數(shù)器字輪上安裝位置表征元件（有電阻式，光電反射式，條碼式等多種），在字輪的縫隙中安裝位置讀取電路，還有數(shù)據(jù)處理單元和通訊單元。當外界需要讀取數(shù)據(jù)時，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)命令即可讀取數(shù)據(jù)。 位置直讀表優(yōu)點：平時根本無需電源，不用擔心電池壽命問題； 理論 上可與機械計數(shù)器同步，無相對誤差；理論上抗干擾性好。位置直讀表缺點：電路結(jié)構(gòu)復雜，元件多，電路 部分體積較大，成本較高，嵌入表也較困難；對原表結(jié)構(gòu)改動較大，精度要求高，安裝精度要求高，因此精度成本高，成品率低，長期應用故障率高；在字輪處于進位狀態(tài)時，有讀數(shù)盲區(qū)，這時讀到的將是亂數(shù)，需另一個集中器經(jīng)常讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)之外的設備訪問時實際讀取的是集中器中的數(shù)據(jù)；為了降低成本，一般只在 3 個或 2 個低位字輪上安裝位置檢測單元，其它高位數(shù)據(jù)還需要外部設備如集中器或上位管理機進行識別處理，并仍然需要設置初始值。 通過上述比較我們發(fā)現(xiàn)，事實上計數(shù)直讀表與位置直讀表互有優(yōu)缺點，兩者的技術(shù)實現(xiàn)難點是在電子難度與機械難度方面 進行了交換。計數(shù)直讀表的實現(xiàn)難度是電子方面的低功耗和抗干擾性；位置直讀表的實現(xiàn)難度是零件精度和安裝精度。 由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是低功耗、高電磁兼容能力的芯片技術(shù)的一日千里的發(fā)展已經(jīng)使 2～ 3 年前有難度的問題變得容易解決，而且是低成本來解決。由于內(nèi)部采用無干擾的電池供電，只要在硬件方面采取有效的隔離措施，軟件方面采用冗余校驗的方法，計數(shù)直讀表的可靠性是完全值得信賴的。目前已有企業(yè)開發(fā)出了能夠嵌入表內(nèi)的計數(shù)抄表模塊專門用于遠程自動抄表。 相對來講位置直讀表的諸多缺點是很難解決的，如進位時的檢測盲區(qū)是原理性 問題，而外部再加一個設備，一方面系統(tǒng)復雜了，另一方面同時也帶來了電子實現(xiàn)難度。機械精度提高帶來的成本提高是相對大的。市場上的諸多位置直讀表已經(jīng)由于精度達不到要求出現(xiàn)了很多問題，而且當某位出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)在短期內(nèi)是難以識別的。 北方民族大學學士學位論文 低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的集中器設計 3 第二章 自動抄表系統(tǒng) 低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的組成 根據(jù) DL/T 6981999《 低壓電力 用戶 集中抄表系統(tǒng) 技術(shù)條件》中的規(guī)定，集抄系統(tǒng)主要由主站、集中器、采集終端和電能表組成。 集中抄表系統(tǒng) ：主站通過傳輸媒體（無線、有線、電力線載波等信道）將多個電能表電能量記錄值的信息集中抄讀的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由采集用戶電能表電能量信息的采集終端（或采集模塊）、集中器、信道和主站等設備組成。集中器數(shù)據(jù)可通過信 道遠距離傳送到主站計算機 。 組建方案 針對北方民族大學宿舍樓用電管理設計的自動化抄表系統(tǒng)，本文在上層通信中選用 GPRS 通信，集中器與采集器的通信選用低壓電力載波通信。上層包括用電管理中心、集中器、和上層 GPRS 通信網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)收集；底層包括集中器、采集器、電表和基于低壓電力線載波的底層通信網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)采集。結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 用戶現(xiàn)場可直接掛接電力載波電表，也可以采用全電子式電度表增加載波采集終端(采集器 )。宿舍 樓電度表一般采取了集中安裝的方法，即把一個單元的十幾戶的用戶表安裝于同一個大表箱中，一個表箱裝一個采集器，多個電度表共用一個采集終端 (采集器 )，此種方法可以大量節(jié)約成本。所以本系統(tǒng)的設計是基于這種方式的；集中器掛接在同一臺配變下的電力線上，根據(jù)設置的要求定時或隨時通過電力線抄收數(shù)據(jù)采集終端的所有載波表的測量數(shù)據(jù)并保存；主站計算機通過 GPRS 移動公網(wǎng)對集中器發(fā)布設置、廣播命令或抄表命令，對集中器進行綜合數(shù)據(jù)的抄收，對集中器下的任一臺采集器進行抄表或通斷電控制，從而實現(xiàn)遠程抄表和監(jiān)控功能。 北方民族大學學士學位論文 低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的集中器設計 4 第三章 集中器 集中器的功能 [3] 集中器做為自動抄表系統(tǒng)中的重要組成，起 著承上啟下的作用，它有兩個主要任務，一個是完成與采集器的數(shù)據(jù)通信 ，向采集器下達電能數(shù)據(jù)凍結(jié)命 令，定時循環(huán)接受采集器的電量數(shù)據(jù)，或者根據(jù)系統(tǒng)要求接受某個電表 或者某組電表的數(shù)據(jù)。另外一個任務是根據(jù)要求完成與主站的通信，將主站需要的用戶信息傳送到主站上，集中器 在 整個系統(tǒng)中 起著重要的中介作用，將主站與用戶連接起來。它應具有以下的主要功能 [4]： (1) 數(shù)據(jù)采集和儲存： 根據(jù)設定的抄讀間隔自動采集各用戶電能表的數(shù)據(jù)，并能儲存兩個抄表周期的各用戶電能表 的用電量數(shù)據(jù)。 (2) 設置功能： 當?shù)鼗蜻h方設置抄讀間隔及自動抄表日，兼有防止非授權(quán)人員操作的功能。 (3) 遠程監(jiān)控功能： 集中器支持后臺系統(tǒng)遠程實時監(jiān)控電能表運行情況，對電能表運行情況進行分析。 (4) 校時功能： 集中器具有計時單元，可被后臺系統(tǒng)校時 。 (5) 通信功能 ： 具有與各采集器和主控站遠方通信的功能。 (6) 自診斷和異常信息記錄功能： 可自動進行系統(tǒng)自檢，集中器通信中斷時，記錄中斷時間 (月、日、時 )。 主要技術(shù)簡介 通過上文介紹我們可以知道，集中器就是一個連接器，一個數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置 ，故與上下接口的通信便成為一個重要部分。 低壓配電線載波通信 [5] 電力線載波是電力系統(tǒng)特有的、基本的通信方式，電力線載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。由十使用堅固可靠的電力線作為載波信號的傳輸媒介，因此具有信息傳輸穩(wěn)定可靠，路由合理、可同時復用遠動信號等特點，是唯一不需要線路投資的有線通信方式。我國從 70 年代開始電力線自動抄表的研究與實驗。初期使用的信號調(diào)制方法是傳統(tǒng)的差分相移鍵控 (DPSK)方式，這種方式的優(yōu)點是具有較強的抗干擾能力，但抗衰減能力比較 差。后來又出現(xiàn)了擴展的頻移鍵控、超窄帶出書等調(diào)制方式，都不是很理想。目前，低壓電力線載波通信正朝著使用擴頻通信的方向發(fā)展。 擴頻通信技術(shù) [6]是電力線載波通信技術(shù)中的一種。由十低壓電力線是噪聲大，干擾強的信道，并不適合數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)仙農(nóng)公式 : C=HLog2(1+S/N) 當 C 不變時，增加帶寬，則信號在信噪比比較低的情況下，也可以以相同的速率可靠地傳輸信息。因此，相應地增加信號帶寬，可以使信號在被噪聲淹沒的情況下仍能保北方民族大學學士學位論文 低壓電網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的集中器設計 5 持可靠的傳輸。擴頻通信正是使用了這一點，采用擴展信號 帶寬的方法以提高數(shù)據(jù)傳輸中的抗干擾性。因為即使存在窄帶干擾也只能影響擴頻信號中的一小部分頻率，絕大部分信號不受影響，而且采用一定的糾錯編碼就可以完全恢復出原信號。采擴頻方式使信號譜密度很低，可使接收信號完全淹沒在干擾和噪聲當中，常規(guī)的接收機無法接收到信號，即使檢測到信號的存在也無法