RobuNet無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

隋博

（國網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，鄭州450052）

李琳

0 引言

為加快電力系統(tǒng)的營銷計(jì)量、抄表、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化建設(shè)步伐，如何及時(shí)、完整、準(zhǔn)確地提供用戶實(shí)時(shí)用電信息數(shù)據(jù)成為了智能電網(wǎng)建設(shè)的核心問題之一[1]，而該問題的主要解決方法之一就是建設(shè)安全、可靠、有效的智能電表本地通信網(wǎng)絡(luò)[2]。

在組建安全、可靠、有效的智能電表本地通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，常用的方法主要有三種：電力線載波技術(shù)、微功率無線技術(shù)和RS485通信技術(shù)[3]。就載波通訊而言，由于低壓配電線網(wǎng)存在信號(hào)衰減大、線路阻抗變化大（時(shí)變性）、噪聲源多且干擾強(qiáng)等諸多不利因素，這種網(wǎng)絡(luò)的通信環(huán)境非常惡劣。就RS485總線的通訊方式而言，由于存在現(xiàn)場布線，在距離較遠(yuǎn)時(shí)安裝工程量大，且數(shù)據(jù)安全性低，信道容易受損壞，易受高電壓及雷電的影響，這種網(wǎng)絡(luò)僅能用于一個(gè)表箱內(nèi)各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。與上述兩種信道相比，微功率無線技術(shù)伴隨通信組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和端到端高階加密、動(dòng)態(tài)跳頻機(jī)制的引入，其可靠性高、傳輸速率快、通信實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)快捷、穩(wěn)定性強(qiáng)和影響因素少的特點(diǎn)，成為建立智能電表本地通信網(wǎng)絡(luò)的首選[4][5]。

本文對(duì)組建智能電表通信網(wǎng)絡(luò)中常用的三種技術(shù)：RobuNet、ZigBee和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通信技術(shù)進(jìn)行比較，并根據(jù)RobuNet在居民集中抄表中的應(yīng)用，從組網(wǎng)技術(shù)的原理和特點(diǎn)的角度進(jìn)行分析，推動(dòng)RobuNet無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的快速發(fā)展提供借鑒，為電力管理部門的相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 無線技術(shù)應(yīng)用情況

目前RobuNet、ZigBee和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通信技術(shù)在部分地區(qū)的智能電網(wǎng)的低壓抄表部分中已經(jīng)有所應(yīng)用[5]，具體的應(yīng)用情況和特點(diǎn)如表1所示。

表1 無線技術(shù)應(yīng)用情況表

從表1可以看出，由于RobuNet無線傳輸技術(shù)在頻率、技術(shù)特點(diǎn)、傳輸距離和環(huán)境適應(yīng)性方面的特點(diǎn)，其在智能電網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用中是最廣泛的。

2 RobuNet技術(shù)和特點(diǎn)

①網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)：先進(jìn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜、多變的現(xiàn)場環(huán)境。

②自動(dòng)組網(wǎng)：無需人工干預(yù)、全智能自動(dòng)路由、無路由級(jí)數(shù)限制、無需額外增加中繼設(shè)備的自動(dòng)組網(wǎng)方式。

③自動(dòng)修復(fù)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)建立新的抄表路徑完成抄表路徑的自動(dòng)修復(fù)，無需人工干預(yù)。

④跳頻通訊：借鑒國際上廣泛應(yīng)用的“FCC.15.247”技術(shù)規(guī)范，采用多信道跳頻技術(shù)，具有良好的頻率自適應(yīng)機(jī)制，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，避免互擾。

⑤調(diào)制方式：采用GFSK/FSK調(diào)制方式，綜合考慮了現(xiàn)場的無線覆蓋范圍、通訊速率、以及產(chǎn)品成本等方面因數(shù)。

⑥信道帶寬：200KHz以內(nèi)的寬帶或窄帶。

⑦工作頻段：工作于470.00～510.00MHz、國家信息產(chǎn)業(yè)部規(guī)定的免費(fèi)頻段，且已列入新的DL/T 698.35電能信息采集與管理系統(tǒng)第3-5部分電能信息采集終端技術(shù)規(guī)范。

⑧響應(yīng)速度：通訊速率為9600bps、19200bps或以上，極高的系統(tǒng)響應(yīng)速度支持大數(shù)據(jù)量的傳輸和表計(jì)特殊數(shù)據(jù)的主動(dòng)上傳功能。

⑨數(shù)據(jù)安全：采用端到端DES加密，數(shù)據(jù)具有高度的安全性、保密性。

3 RobuNet在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

本文以智能電網(wǎng)中居民集中抄表系統(tǒng)為實(shí)際環(huán)境，對(duì)RobuNet無線通信技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建和分析[9]。

3.1 組網(wǎng)技術(shù)

①組網(wǎng)方式。RobuNet組網(wǎng)借鑒Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，在低壓集中抄表系統(tǒng)中以終端為集中器進(jìn)行組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)按臺(tái)變組網(wǎng)、跨臺(tái)變組網(wǎng)、按表號(hào)/節(jié)點(diǎn)號(hào)組網(wǎng)和電表/節(jié)點(diǎn)自動(dòng)上報(bào)組網(wǎng)。

目前，根據(jù)我國電力部門的管理要求及特點(diǎn)，如“四分線損”的考核等，RobuNet組網(wǎng)技術(shù)主要采用了按臺(tái)變、按表號(hào)/節(jié)點(diǎn)號(hào)（即至上而下）的方式進(jìn)行組網(wǎng)。

②路由和協(xié)議要點(diǎn)。采用先驗(yàn)式路由協(xié)議（表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議），每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張包含到達(dá)節(jié)點(diǎn)的路由信息的路由表（自動(dòng)生成），并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓S時(shí)更新路由表，節(jié)點(diǎn)路由表結(jié)合“最短路徑算法”和“均衡路徑算法”準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；源節(jié)點(diǎn)一旦要發(fā)送報(bào)文，可以立即獲得到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由。

3.2 工作原理

圖1 工作原理圖

安裝具有無線信道的計(jì)量表計(jì)及無線數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場通訊環(huán)境有關(guān)節(jié)點(diǎn)信息的自動(dòng)交換；根據(jù)優(yōu)化的路由算法，與其它節(jié)點(diǎn)和集中器單元組成本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)。這一組網(wǎng)過程自動(dòng)完成，無需人工對(duì)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)或設(shè)定，并且每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是根據(jù)所在社區(qū)環(huán)境智能優(yōu)化的。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型方面在考慮成本的前提下采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的形式，以擁有許多備用路由連接，具備超穩(wěn)定高可靠和自我修復(fù)的能力?；诋?dāng)代無線通訊芯片技術(shù)的發(fā)展，智能無線網(wǎng)絡(luò)能提供較高的通訊速率和較大的單幀數(shù)據(jù)承載量（128K），以滿足用電信息采集系統(tǒng)對(duì)于通訊實(shí)時(shí)性的要求，并能為今后用電管理的增值服務(wù)（如遠(yuǎn)程斷送電、遠(yuǎn)程費(fèi)率調(diào)整、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)、實(shí)時(shí)用電稽查等）提供技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 基于RobuNet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)集中抄表系統(tǒng)架構(gòu)

3.3.1 組成部分

①內(nèi)嵌RobuNet無線信道各種電子式電能表，或采用RobuNet無線采集終端經(jīng)RS485與各種電子式電能表相連；

②帶上行信道、下行信道的集中器，上行信道為GPRS通訊，下行信道為RobuNet無線信道，通過下行信道對(duì)網(wǎng)內(nèi)各類電能表進(jìn)行抄收、管理，并經(jīng)上行GPRS信道與后臺(tái)主站交換數(shù)據(jù)；

③用戶側(cè)前置機(jī)（或稱網(wǎng)關(guān)，經(jīng)GPRS與集中器相連）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、自動(dòng)抄收服務(wù)器等。

3.3.2 架構(gòu)圖

圖2 基于RobuNet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3.3 組網(wǎng)方式

為了實(shí)現(xiàn)用電信息及時(shí)、完整、準(zhǔn)確的采集，滿足用電管理部門對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和增值服務(wù)的要求，結(jié)合無線通訊技術(shù)的自身特點(diǎn)和實(shí)際環(huán)境，通過以下ABC三種組網(wǎng)方法，以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)情況的復(fù)雜性、多變性和成本管理的要求。ABC三種組網(wǎng)方法如下所示：

A單表模式：集中器+網(wǎng)絡(luò)電能表（帶無線信道的各種電能表）；

B采集器或半無線模式：集中器+無線采集器+電能表（帶RS485接口的各種電能表）；

C混合模式：集中器+網(wǎng)絡(luò)電能表+無線采集器+電能表（帶RS485接口的各種電能表）。

3.4 RobuNet技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

從以上內(nèi)容可以看出，采用RobuNet組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的低壓集中抄表系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

圖3 RobuNet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用位置圖

①系統(tǒng)安裝、調(diào)試方便，施工工程量小，實(shí)用性強(qiáng)，便于大量推廣使用。

②系統(tǒng)具有極高的抗干擾能力、穩(wěn)定可靠，后續(xù)維護(hù)工作簡單、方便。

③對(duì)應(yīng)用環(huán)境具有更好、更廣泛的適應(yīng)性，適合用于不同的臺(tái)變環(huán)境。

④具有良好的實(shí)時(shí)性，不僅可以完成定時(shí)的抄收、抄讀，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的集抄、點(diǎn)抄、透抄。

⑤滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測、未來增值服務(wù)的管理要求。

⑥良好的性價(jià)比。

4 結(jié)論

本文對(duì)RobuNet無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了概述，并在低壓抄表系統(tǒng)中對(duì)技術(shù)從原理、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、系統(tǒng)架構(gòu)、組網(wǎng)方式等角度進(jìn)行了詳細(xì)分析，說明RobuNet無線通信技術(shù)在低壓抄表系統(tǒng)中能夠及時(shí)、完整、準(zhǔn)確地提供用戶實(shí)時(shí)用電信息數(shù)據(jù)，提高智能電網(wǎng)的自動(dòng)化、智能化程度和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，推動(dòng)RobuNet無線通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中的快速發(fā)展，增強(qiáng)電力相關(guān)的社會(huì)效益。

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