网桥式电能表的应用

　　摘要：本文论述了一种新型的网桥式电能表的特点，及其在自动抄表中的应用，探讨一种新技术的创新是否会给应用带来新的思路和方法。

　　关键字：网桥，自动抄表系统，PLC电力线载波通讯，开放式抄表系统，开放式电力线载波通讯接口，通讯协议

　　中国城市供电网及农村供电网改造后，实行了一户一表，抄表到户，居民计量用表计数量成倍增加，尤其是在实行分时电价的城市，工作量在此基础上又增加了4倍以上。若继续采用传统人工挨家挨户抄取电能表数据，不仅耗费人工多、成本高、效率低，而且人为差错多。为解决上述问题，各地电力公司就根据自身的情况实施了各种自动抄表系统。

　　现在，自动抄表系统已成为电力智能化管理的潮流，将是电力营销信息系统的必不可少的组成部分。寻求简单、可靠、高性价比的自动抄表方法，是仪表通信领域的重要研究内容。在底层通信中，最受关注的还是电力线载波通信，这是由于电力线路遍布各地，从发电厂到各个居民家庭无所不至，不需重新布线，可以节省大量的人力物力。而且，低压电力线载波接口，目前大部分使用的都是我国自主知识产权，甚至自主开发制造的芯片，接口电路简单，成本低。所以很多专家都认为低压电力线载波通讯（以下简称载波通讯或PLC）是最适合自动抄表的通讯方式，但同时也是最难使用的通讯方式。在自动抄表的应用中由于以下几个技术原因，使得利用载波通讯建立的自动抄表系统，最终不能获得令人满意的结果。

　　l 电网中始终存在的干扰和信号的衰减；

　　l 不同环境下干扰和衰减的情况不同；

　　l 不同时间干扰和衰减的情况不同；

　　针对以上的问题，许多厂家都作出了许多技术改进和创新，例如使用了扩频技术，提高通讯效率，在系统中使用中继器，转发通讯信号，可以有效的抗电网中的信号衰减。所以近几年，电力线载波在自动抄表中又得到了广泛的应用。但在各地所使用的载波抄表系统中还存在着，各家公司设计生产的电力线载波技术自成系统，互不兼容。这使得电力公司在采购和实施抄表系统的时候带来麻烦。市场正在等待一个统一的电力线载波通讯的标准协议。但短时间内这种愿望很难实现。

　　江苏三能进出口有限公司，经过近十年的研究和实践，在电力线载波通讯应用在自动抄表领域中不断创新，我们在电力线载波通讯技术方面作出以下创新和改进：

　　l 电力线载波通讯，采用自然码调制技术（独创的类似扩频原理），可在噪声淹没信号的环境下识别有效信号。

　　l 电力线载波通讯时收发的信号，采用纠错编码编码技术，可在近一半的有效信号被干扰破坏时仍然可以纠正使用。减少通讯的次数提高通讯成功率。

　　l 每一只电表具有二级中继能力，集中器可以实现对中继路由网络的自学习，自适应，动态调节中继路由，中继路由策略因时而变，因地而变，最大限度提高抗干扰效果（应为电力线上的干扰和信号衰减，随着地点和时间的不同而不同）。

　　除此之外我们还率先将网桥技术引入到电能表的设计中。首先对两个概念作一下说明：

　　l 网桥，即抄表设备通过红外或RS485，利用任意一块网桥式电表的电力线载波通讯抄读其他网桥式电表数据的技术。

　　l 桥接器，在通讯中起网桥作用的网桥式电表抄表时，可以选择任意一块网桥式电表作为桥接器，并通过该桥接器读取其它网桥式电表的数据。

网桥的分级：

　　l 一级网桥，即抄表设备通过红外或RS485，利用任意一块桥接式电表的电力线载波通讯抄读其他桥接式电表数据的技术。由于其桥接路径是单向的，通道转换只进行了一次，因此称为一级网桥。

　　l 二级网桥，即在一级网桥基础上实现了从PLC接口到RS485转换。抄表设备的红外或RS485接口通过一级网桥桥接器桥接到电力线载波通讯，再从二级网桥桥接器的电力线载波通讯桥接到其它电表的RS485接口，实现通道的二次转换。

　　下面对比以下普通电能表和网桥式电能表的通讯过程有什么不同：

　　普通电能表的通讯过程（略，详见《电工仪表与公用表计行业信息第5期》）

　　一级网桥通讯过程（略，详见《电工仪表与公用表计行业信息第5期》）

　　二级网桥的通讯过程（略，详见《电工仪表与公用表计行业信息第5期》）

　　网桥式电能表是我公司采用网桥概念面向自动抄表而设计的新一代产品，该产品一改过去电表的通讯接口只能独立使用的模式。独特的通信协议及通信媒质互转功能使得，电表的数据在红外通信口、RS485通信口、电力载波通信接口可相互转接。任何一只电表都可以作中继器，中继深度是2级。任何一只电表，都可以作为桥接器，通过该表的红外或RS485通讯接口，抄收本电表的数据，并可以通过该电表作为桥接器，抄到其他电表内的各种数据，从而使抄表设备通过红外或RS485通讯接口接入PLC（电力线载波）通讯网络，实现不同的抄表网路的互连互通。

采用网桥电表实现本地抄表时的优势：

　　手持设备通过任何一只网桥式电能表的红外接口，桥接到它的电力线载波通讯接口抄读同一台变下电力线上的所有网桥式电能表的数据，这种抄表方法不需要任何布线，本地抄表不需要集中器，电表安装完成之时，即是抄表网络组成之时。抄表变得很轻松，不再需要走遍千家万户，四处寻找电表。

采用网桥电表实现远程自动抄表时的优势：

　　集中器通过任何一只网桥式电能表的RS485接口，桥接到它的电力线载波通讯接口抄读同一台变下电力线上的所有网桥式电能表的数据。这种抄表方法不需要大规模布线，集中器和网桥式电表的通讯接口是采用标准的RS485通讯接口和通讯协议。回避了由于采用电力线载波通讯接口，必须使用同一公司的集中器才能利用PLC对电表的抄读。使网桥式电表的电力线载波通讯网络对于集中抄表设备是一个开放式的网络接口，可以有不同厂家设计的集中器通过任何一只网桥式电表接入到网桥式电表电力线载波通讯网络。使采用PLC接口的电表抄表网络对外有一个开放的公共接口，是目前交叉使用不同厂家载波电表和抄表设备时的最有效方法。

采用网桥式电表对于自动抄表的实现具有的综合优势：

　　l 灵活而便利的组网方式，可以减少工程施工的工作量，降低工程施工的成本。

　　l 强大的网桥通讯功能，可以使自动抄表系统的性能大大提高。

　　l 可以分步实现自动抄表，先本地后远程，有效的兼顾的本地和远程抄表功能
把抄表系统的风险降到最低。

　　l 开放式的电力线载波网络接口，更加有效的利用资源，便于实现系统集成时的多元化。

网桥式电能表具有的实时时钟功能的特色：

　　l 内部RTC电路，参比条件下，通电日计时误差<±1s/d，停电日计时误差<±2s/d；

　　l 提供温度补偿电路，-30~+70℃范围内日计时误差的温度影响<±.1s/d·℃，停电状态下，温度补偿仍然有效。

　　l 利用内部时钟可以进行数据冻结。

　　l 支持载波广播校时。

　　综上所述，江苏三能进出口有限公司的网桥式电能表，不仅在电力线载波技术上达到国内先进水平，而且独创的网桥技术更加是一种改变现有抄表系统架构的解决方案。在实际的应用中可以使用户不需增加任何设备，和任何施工就可以实现本地的集中抄表。而且，可以综合使用集中器以及RS485通讯，电力线载波通讯等通讯方法以及一，二级网桥，一，二级中继的抄表方案和策略，在最大限度上提高了抄表的成功率和系统的可靠性。同时平衡了性能和价格以及施工和风险等各种因素。网桥式电能表必将得到广泛的认可和应用。

　　作者简介：江苏三能进出口有限公司研究所所长。自动抄表系统资深设计师，曾主持开发远程变电站遥测系统，工厂多功能表抄表系统，分时抄表系统，低压电力线载波抄表系统无线抄表系统，红外抄表系统，GSM/GPRS远程抄表系统等项目。