有線網絡與微功率無線雙模通信方式的應用研究

王雷　趙俊紅　王軼

摘 要：隨著智能電網概念的提出和至今逐漸步入全覆蓋的低壓集抄系統的建設，電網改造和建設的目標始終一致：將配電網末端的每一個需要監視、控制、管理的運行維護環節數字化、智能化，通過網絡化的信息通信平臺進行數據的交互和整合，使配電網的運行管理由“靜態”模式轉變成“動態”模式，并具備康復自愈和優化、用戶參與、靈活的供用電方選擇等特征，實現電網的安全、高效、可靠和彈性的運行管理。要實現這些目標，不斷尋求新型先進的通訊方式仍然是重中之重。

關鍵詞：智能電能表；信息采集；通訊方案；微功率無線

1 目前電力集抄系統的建設概況

昆明供電局于2009年底開始低壓電力集抄系統建設，在系統建設過程中，特別注重低壓電力集抄系統的通訊方式，不斷尋求新型先進的通信方式，努力實現智能電網提出的總體目標。至今為止，一共使用了以下幾種通信方式：電力線窄帶載波、電力線窄帶載波+RS485、電力線寬帶載波、微功率無線、有線網絡+RS485。

自從2015年推廣使用有線網絡集抄方案后，每個有線網絡集抄方案臺區的抄表率達到99.99%。有線網絡通信速率高，穩定性強，為以后實現電網的預付費、實時大數據采集及分析等功能，提供可靠的采集通信通道。但在推廣的過程中，也遇到一些難題，如小區里面的散表抄讀難題。每個一個小區都存在分布零散的單表或者商鋪電表。如果使用有線網絡方案抄讀，必須每只電能表需要牽引一條網線，分配一個固定IP，安裝一個有線網絡采集器進行單獨抄讀，施工難度大，投入成本大，經濟效益低。

針對小區的零散表的抄讀，昆明供電局與集抄廠家反復研究和現場測試實踐，最終推行一種多通信結合的通信方式：有線網絡+RS485+微功率無線結合的雙模方案。對原本的有線網絡通信方式進行有效的補充，同時保留了整套通信方式的高速率和穩定性強的特點。

2 智能電表本地通信的主要方式

2.1 光纖通信

光纖通信也稱為有線網絡通信，包括標準的以太網（10Mbit/s）、快速以太網（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太網。有線網絡通信具有穩定、高速等優點，實現用戶數據大量快速抄讀，實時遠程控制，可靠性高，但需要重新布置網線，施工復雜。

2.2 微功率無線

微功率無線通信使用475Mhz頻率，屬于民用計量的免費頻段范圍內。無需申請，無需產生通信費用。采用自組網方式，先進的網狀網絡拓撲結構，每個節點都擁有多條備用路徑，且網絡可實現自維護、自修復，更好地適應各種復雜、多變的現場環境，通信速率高達19200bps。但受障礙物的影響，信號衰減較大。對于小范圍，短距離的自組網通信，具有通信穩定，傳輸速率高的優點。

2.3 RS485總線技術

RS485總線技術數據傳輸較為成熟、可靠，由于芯片帶載能力和有線連接方式，傳輸距離收到限制。RS485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kbps的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。

2.4 電力線載波技術

目前國內普遍使用低壓窄帶載波通信技術，是指載波信號頻率范圍≤500kHz的低壓電力線載波通信，數據傳輸速率較低。采用這種通信方式時無需另外鋪設通信線路，安裝方便，適應性好，可以方便地將電力通信網絡延伸到低壓用戶側，實現對用戶電表的數據采集和控制。因為電力線信道具有信號衰減大、噪聲源多且干擾強、受負載特性影響大特性，從而降低了低壓窄帶載波通信的可靠性，使其推廣應用遭遇一些技術障礙，需要在應用時采用軟、硬件技術結合完成組網優化。因此低壓窄帶載波通信方式適用于電能表安裝位置分散、布線困難、用電負載特性變化較小的臺區。

3 雙模通信方案介紹

雙模通信方式是昆明供電局正在試驗的一種新型通信方式，結合了多種通信方式的優點，同時也互補解決了單種通信方式的局限性。

有線網絡集抄補充方案——微功率無線方案是針對小區的分布零散電表抄讀而推行的一種方案。集中分布的電能表仍然采用有線網絡+RS485總線的抄讀方式進行抄讀。零散分布的電能表采用有線網絡+微功率無線+RS485的抄讀方式進抄讀。

雙模通信方式將多種通信方式結合在一起，解決了光纖通信時零散用戶表的抄讀問題，由于零散用戶表具有少量，小范圍，短距離的分布特點，所以雙模通信方式也保持了原有的穩定，高速的優點，具有實時強，通信可靠等特點。

4 雙模通信方案與其他通信方案的對比（見表1）

5 試點建設

研究試點應用于東方玫瑰園小區，在22棟1單元原有的有線網絡采集器RS485端口連接1只微功率無線路由器，與原有的12只RS485表同一總線；22棟一單元門口的裝有3只單相電能表的表箱采用1只微功率無線二型采集器全部抄讀；剩余的43塊分散的商鋪電能表采用微功率無線單相通信模塊直接插入電能表進行抄讀。

微功率無線路由器對下聯的46塊分散商鋪電能表進行無線智能組網，然后通過微功率無線通信方式進行抄讀，然后通過RS485總線與有線網絡采集器進行通訊，實現微功率無線補充方案的抄表動作。

通過原有的有線網絡采集器上行通道，無需新增有線網絡通道及有線網絡采集器設備。利用微功率無線智能組網，無線傳輸速度最大達到128Kbps，可以匹配有線網絡傳輸速度，抄表穩定、快速。試點建設之后，抄表率一直保持100%。

6 結束語

要完成智能電網的總體目標，必須繼續尋求更加先進的通訊方式，同時也需要根據用戶不同的分布地理環境，而選擇合適的通訊方式。有線網絡+微功率無線通信方式作為有線網絡的補充方案，解決了分散用戶的抄表難題，保持了通信方式的高速率和穩定性強的特點，適于推廣使用。