淺談智能電表的遠程抄表系統

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(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

自2009年7月國家電網規劃了智能電網的發展藍圖，實現電力能源的優質高效利用，實現電網運行的可靠、可控。作為智能電網的終端設備，智能電表在智能電網的建設中起著至關重要的作用。智能電表除具備用電計量功能外，還兼顧用電信息遠程收集、用戶信息呈現、防竊電、電量告警等功能。為提高電力資源的利用效率，目前國家實行峰谷分時電價等計價方式，這就需要智能電表的遠程抄表系統，實現分時電價統計，時段電量控制。

1 智能電表的發展及現狀

智能電網作為“十二五”期間重要的經濟刺激項目之一，至2015年已經進入全面建設階段。其中，智能電表作為智能電網的基礎設備，已進入強勁增長態勢。

我國在2000年以后開始逐步使用預付費電表，在電量計量的基礎上，增加了預付費控制功能，實現用戶先買入電量，再使用的有條件供電控制。隨著電子技術的發展，電表配合現代通信技術、計算機技術，實現了遠程抄表的自動化功能[1]。這樣有助于降低人工成本，通過對電力數據的分析，可以有效分配電網資源，提高電能的利用效率。

“十三五”期間，國家電網繼續推廣智能電表的配套采集建設，2016～2017年，國家電網重點要實現用電信息采集系統全覆蓋，兩年新增采集用戶7 885萬戶(包括采集終端780萬臺)，兩年投資約95億元。

目前，智能電表已經具備用戶用電信息存儲、雙向計量、測量精度高、使用壽命長等特點。能夠滿足用戶查詢、分時計價、階梯電價、充值卡購電、網上充值等功能。

2 遠程抄表技術

為實現智能電表的信息近距離采集、維護，智能電表集成了485通信模塊、紅外通信模塊。為便于電力部門遠程數據收集，智能電表已逐步集成遠程抄表系統，實現電表信息的雙向交流。智能電表的遠程抄表系統一般由計量單元、采集器、集中器、數據管理層、綜合應用層組成。采集器收集電表信息，再將數據通過集中器的移動通信模塊傳輸至以太網，以便供電部門綜合管理。

圖1 智能電表遠程抄表系統結構圖

數據采集層的采集器和集中器是遠程抄表系統的關鍵器件。即可將電表數據通過上行通道傳輸至數據管理層，又可將數據管理層的指令下行至電表，實現電表的智能通信。

目前電表通過RS485或低壓電力線載波傳輸技術，通過有線方式將電量等信息傳送至采集器。RS485總線技術具有較快的通信能力、抗干擾能力強、傳輸信號穩定、可靠性高、低功耗、傳輸距離遠等特點。但是走線繁瑣，維護困難。低壓電力線載波傳輸是通過既有電力線纜傳輸數據，具有無需另架設網絡線路、傳輸速度快、傳輸距離遠等特點。但只能應用于單相電網中，且易受電力網絡固有脈沖影響，易受低壓電器的電磁干擾。電力負荷程度嚴重影響著低壓電力載波的數據傳輸距離，在電力線纜低負荷運行時，信號傳輸距離可至幾千米。在高負荷時，卻衰減至幾十米[2]。

電表數據信息在采集器至集中器的傳輸一般采用無線通信技術，目前常用的有藍牙、Zigbee、LoRa、NB-IoT等技術。

藍牙技術具有低成本、數據傳輸穩定，可采用調頻技術，減少同頻干擾。但是藍牙技術傳輸距只有幾十米，適合小范圍，電表數量較少的場合[3]。

ZigBee技術具有低功耗、低成本、工作可靠等特點，帶載能力強，可帶65535個通訊模塊。ZigBee技術類似于移動網絡基站，標準傳輸距離可至幾千米。ZigBee具有無線自組網功能，模塊間就近組網，形成穩定、遠距離數據傳輸。當鏈路中某一數傳模塊故障時，其他模塊會重新自動組網，隔離故障模塊，實現電表數據的不間斷傳輸。但是ZigBee的衍射能力弱，穿墻能力弱，障礙物對信號影響大，在建筑密集區域需要考慮數據傳輸的信號強度的問題。

Lora技術具有低功率、網絡連接可靠、抗干擾性強、傳輸距離遠、低成本等特點。LoRa網絡采用全球免費的頻段， 一般在智能電表或采集器中集成LoRa模塊，然后通過LoRa網關控制，實現數據的雙向通信。在低功耗的前提下，實現超遠距離傳輸，最高可達到幾十千米的傳輸距離，即使在密集的城市群，也可達到2千多米的傳輸距離。LoRa網關可實現對通訊模塊的精準定位，便于網絡的維護。內置LoRa技術的網關或集中器可實現多信道的數據處理，但隨著LoRa的設備和網絡部署的增多，互相之間會形成頻譜干擾。

NB-IoT是IoT領域的一個新興技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接。NB-IoT具備功耗低、傳輸遠、運營成本低、支持多用戶訪問等優勢。NB-IOT具有超強連接能力，在同一基站下，可以比現有無線技術提供50倍以上的用戶接入數。支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡結構。目前國內三大運行商積極推進NB-IoT網絡的基礎設施建設，因此NB-IoT無需重新建網。NB-IoT適用于遠距離低速數據傳輸，特別是非實時低頻次數據傳輸，因此NB-IoT非常適合應用于無線抄表領域。

3 遠程抄表系統的應用

藍牙技術是最早應用于遠程抄表系統的技術之一，已具備成熟的技術應用。目前，市場提供多種藍牙模塊，可與各種類型的電表(如單相電表、三相電表等)良好配合。同時，藍牙技術無需另架設基站，大大節約了應用成本，在酒店、出租型公寓等小型區域內得到了廣泛應用。

ZigBee技術的自組網功能，有效的降低了智能電表的維護成本，利于智能電表的故障診斷。短距離內，ZigBee技術的抗干擾能力強，因此一般用于大型工廠等環境復雜的場所。

Lora技術的低功耗、帶載通訊模塊多、傳輸距離遠等特點，使其常用于偏遠或地況條件特殊的城鎮，例如山區、牧區等區域。

NB-IoT技術可利用運營商的基站網絡，能夠很好的銜接城市網絡。雖然需要支付一定的運營費用，但是對于幾十、百萬以上常駐人口的城市，避免了基礎設施的建設，利用現有高效、快速的網絡，已經大大節約了運營成本。NB-IoT技術作為新興技術，能夠遠距離通信，實現大量用戶的快速接入訪問，實現高效的數據通信等特點，使其在城市中的智能電表領域得到大量的應用。

我公司的水源地架空線路分布較廣，最遠距離離廠區約為25 km，用電設備分散，設備間隔距離較遠，給抄表工作帶來很多不便，為便于井群設備用電量管理，于2016年，我公司采用了應用ZigBee技術的智能電表，用于遠程電量信息采集。再通過集成移動卡的集中器，通過移動基站，將電表數據傳輸至信息管理系統。使用此類智能電表后，極大的方便了我公司的電量管理工作，實現設備用電量的實時監控，便于設備的維護管理。

4 智能電表遠程抄表技術展望

智能電表的遠程抄表技術的普及應用，將大幅度的降低企業的運作成本，便于電力部門了解用戶對電力的使用情況，同時方便用戶對用電信息的查詢。實現電能的智能化利用，提高經濟效益，保障人們對智能電表的合理需求。隨著通訊技術的發展，智能化系統正日益完善，智能電表的遠程抄表技術正呈現多樣化的發展趨勢，不同的技術應用于不同的場景，最終實現智能電表的全面覆蓋，實現國家的智能電網戰略。

[1] 燕飛.淺談電能表發展歷程[J].建筑工程，2016:28-29

[2] 胡長輝.淺談智能電表及遠程集中抄表現狀及存在的問題[J].能源·電力，2005-2006[2013]18-0094-03

[3] 宋亞莉,任芳.針對遠程抄表技術的綜合討論[J].科技創新與應用,2016(24)