摘要：伴随着电力行业的蓬勃发展以及科学技术水平的快速提升，诞生了一种自动化的抄表技术即电能计量集中抄表技术，通过使用现代化的数据采集与处理系统，配合使用高效、便捷的通讯网络能够有效解决电能表计数量不断增加而导致抄录电量工作量急速增加的问题，同时进一步减少抄表时间和抄录误差，对智能电网的建设也起到了一定积极作用。本文将以此为背景，对电能计量自动抄表技术及其发展进行相关论述。
关键词：电能计量；自动化抄表；应用
一、电能计量自动抄表技术产生背景
为解决传统抄表方式存在的成本高、效率低，抄读数据误差，操作难以规范化，数据采集不及时、耗费人工多等问题。近年来出现了将电能计量数据自动采集、传输和处理的电能计量自动抄表系统。
二、电能计量自动抄表系统的构成和特点
典型的电能计量自动抄表系统主要由前端采集子系统、通信子系统和中心处理子系统等三部分组成。
1系统总体结构模式
电力计量计费自动化系统从处理功能大致可分为两级：第一级为子站级，主要功能是完成精确的数据采集和存储，并能精确无误地传送到主站管理级；第二级为主站管理级，它是一个局域网及数据库系统，包括服务器、通信服务器、应用工作站和局域网络设备，主要功能是接收子站传送过来的数据，进行各种加工处理，满足电费计算、用电管理、网损管理、调度管理等处理功能。主站和子站通过微波、电力载波、电话专线或光缆等通道进行通信。也就是说，系统的基础数据来自子站，而核心处理则在主站进行，大部分应用功能集中在主站上。
2前端采集子系统
按照采集数据的方式不同，电能计量自动抄表系统可分为本地自动抄表系统和远程自动抄表系统两种。本地自动抄表系统的电能表一般加装红外转换装置，把电量转换为红外信号，抄表时操作人员到现场使用便携式抄表微型计算机，非接触性地读取数据，远程自动抄表系统由电子式电能表或加装了光电转换器的机电脉冲式电能表构成系统的最前端，它们把用户的用电量以电脉冲的形式传递给上一级数据采集装置，目前实际应用的远程自动抄表系统大多采用两级式数据汇集结构，即由安装于用户生活小区单元的采集器收集十几到几十个电能表的读数，而安装在配电变压器下的集中器则负责定期从采集器读取数据通信子系统。
3通信子系统
通信子系统是把数据传送到控制中心的信道为了适应不同的环境条件以及成本要求，通信子系统的构成有多种方案，按照通信介质的不同，通信子系统主要有光纤传输，无线传输，电话线传输和低压电力线载波传输等四种。
光纤通信具有频带宽传输速率高传输距离远以及抗干扰性强等特点，适合上层通信网的要求，但因其安装结构受限制且成本高，故很少在自动抄表系统中使用，无线通信适用于用户分散且范围广的场合，在某个频点上以散射通信方式进行无线通信，其优点是传输频带较宽，通信容量较大，可与几千个电能表通信，通信距离远，几十千米，也可通过中继站延伸，目前，无线通信网络为无线抄表系统的实施提供了高效便捷可靠的数据通道，主要缺点是需申请频点使用权，且如果频点选择不合理，相邻信道会相互干扰租用电话线通信是利用电话网络，在数据的发出和接收端分别加装调制解调器，该方法的数据传输率较高且可靠性好，投资少；不足之处是线路通信时间较长，通常需几秒甚至几十秒。
低压电力线载波通信利用低压电力线作为系统前端的数据传输信道其基本原理是：在发送数据时，先将数据调制到高频载波上，经功率放大后耦合到电力线上，此高频信号经电力线路传输到接收方，接收机通过耦合电路将高频信号分离，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号，电力线载波直接利用配电网络，免去了租用线路或占用频段等问题，降低了抄表成本，有利于运营管理，发展前景十分广阔，但是，如何抑制电力线上的干扰，提高通信可靠性仍是亟待解决的问题。
4中心处理主站系统应用功能
（1）主站具有能采集并处理50个厂站共500块电表信息量的能力。信息类型包括：有/无功功率、有/无功电量、实时电网频率等。所有类型的信息均带时标，同一时标的数据方可进行运算。
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（2）电能量采集的冻结周期为5～60分钟可调，要求在一个冻结周期内应能将所有电表的信息采集一遍。
（3）主处理器应具有能采集不同类型电表或电量采集器的能力，具有多通道、多规约的通信功能。
（4）主站对采集器或电表传送的信息应能进行校对，若发现错误数据应重新召唤该值。
（5）因特殊情况较长时间采不到数，如通道中断等在采集器或电表存储的信息溢出前应能将所存信息可靠取出，并能方便地传送到主站。
（6）可人工置入或修改丢失的数据和错误的数据。
（7）主站有带年历的时钟，采用标准的GPS时钟，并可向所有采集器或电表发布对时命令，系统时钟的误差<10ms。
三、电能计量自动抄表技术的研究热点和发展趋势
1电力线载波通信
电力线载波通信，是将信息调制为高频信号（一般为50～500 kHz）并叠加在电力线路上进行通信的技术。其优势是利用电力线作为通信信道，不必另外铺设通信信道，大大节省投资，维护工作量少，可灵活实现“即插即用”。目前，国内10 kV以上电压等级的高压电力线载波技术已经较成熟，但低压电力网络上的载波通信还未能达到令人满意的水平，这在一定程度上制约了电能计量自动抄表技术在我国的实际应用。
2无线扩频通信
扩频技术是一种无线通信方式，把发送的信息转换为数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号，以扩展信号的频谱，通过相关接收，用相同的频码序列解扩，最后经信息解调，恢复出原始信息。扩频通信距离一般可达几十千米，其最大的优点在于抗干扰能力较强。被扩频信号的输出信噪比与输入信噪比的比值正比于扩频信号的射频带宽与信息带宽的比值。扩频实质上是将干扰信号的频谱展宽，使其变得频谱宽而功率谱密度低。
3复合通信
在应用于电能计量自动抄表系统中的所有通信模式中，各种通信模式都有优缺点，任何一种采用单一通信技术的方案均很难完全满足需要。为解决这类矛盾，提出了复合通信方案。
复合通信方案是在自动抄表的不同通信阶段采用不同的通信方式，组成实现电能自动抄表的复合通信网络。在数据传输量不太大、传输距离较近的底层数据采集阶段（电能表到采集器，采集器到集中器），可以采用如红外、低压电力线载波甚至点对点的通信方式；而在集中器到中央处理站段，则可采用电缆、电话线或无线通信等。选择什么样的复合方式，需根据实际情况统筹考虑。
4自动抄表的安全性
自动抄表的安全性主要包括自动抄表过程的安全性和中心处理子系统的计算机网络安全性。电能计量自动抄表系统的抄表过程是分散的采集器、集中器与中心处理站间交换数据的过程。通信中既要保证所抄数据的安全、可靠传输，又必须确保中心处理子系统不会受到来自传输网络的意外攻击。
中心处理子系统的安全性主要是指其包含的计算机网络安全性，主要的安全隐患来自于：黑客、病毒、合法人员的失误和网络系统自身的脆弱性。保护及防范的措施是综合运用密码技术、身份验证技术、访问控制技术、防火墙技术、安全内核技术、网络反病毒技术、信息泄漏防治技术、网络安全漏洞扫描技术和入侵检测技术等。
5其他
将拓扑学理论应用于电能计量自动抄表通信网络的规划，可以优化网络的拓扑结构，提高网络传输的效率和稳定性。除此之外还有很多其它的发展方向，把其它相关领域的技术成果合理移植到电能计量自动抄表系统中来，必定会促进电能计量自动抄表技术不断发展、进步。
结论
电能计量自动抄表技术的发展不仅有效弥补了传统抄表的技术弊端，抄表工作无论是技术、设备还有人力资源的成本都大大降低，而且抄表工作的安全性与准确性、实时性等都有了很大的提高，进一步满足了用户的需求。电能计量自动抄表技术不仅对我国的电力企业有着重大的意义，甚至在全球，这一项技术都有着跨时代的意义。
论文作者:刘秀丽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/30
标签：电能论文; 通信论文; 抄表论文; 技术论文; 子系统论文; 电力线论文; 载波论文; 《电力设备》2017年第22期论文;