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淺談公網(wǎng)無信號區(qū)域遠(yuǎn)程抄表問題解決方案及產(chǎn)品選型
任運(yùn)業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的逐步完善，電網(wǎng)全用戶表碼信息采集成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)得以深化應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。利用無線公網(wǎng)通信是目前實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的主要手段之一，但仍存在公網(wǎng)難以覆蓋的偏遠(yuǎn)山區(qū)、公網(wǎng)信號屏蔽地下室或弱信號區(qū)域，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，無公網(wǎng)信號問題成為解決遠(yuǎn)程抄表的首要難題。列舉了4種解決無信號區(qū)域遠(yuǎn)程抄表解決方案，詳細(xì)對比說明各技術(shù)特點(diǎn)，供專業(yè)人員參考、借鑒，達(dá)到解決實(shí)際抄表問題的目的。
關(guān)鍵詞：計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)；遠(yuǎn)程抄表；無線公網(wǎng)；無信號區(qū)域
0.引言
隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，各行業(yè)加強(qiáng)智能化建設(shè)也邁向新的臺階。目前，無線公網(wǎng)在配電自動(dòng)化和計(jì)量自動(dòng)化中的應(yīng)用都頗為廣泛，促進(jìn)了供電企業(yè)抄表方式的轉(zhuǎn)變[1]。為此，供電企業(yè)加快智能電表和低壓集抄全覆蓋工作，逐步取消人工抄表模式，實(shí)現(xiàn)全量客戶自動(dòng)化模式抄表，以適應(yīng)新一輪電力體制改革新要求，提升企業(yè)管理水平，提高工作效率[2-4]。公網(wǎng)無信號區(qū)域大部分為偏遠(yuǎn)山區(qū)，人工抄表耗時(shí)費(fèi)力且人身風(fēng)險(xiǎn)較大。顯然，解決公網(wǎng)無信號區(qū)域的遠(yuǎn)程抄表問題是必行之舉。
1.計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)
搭建計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)電能量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。這套系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集、通信通道、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用分析、前端WEB展現(xiàn)等多模塊的有機(jī)組合。數(shù)據(jù)采集是計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)主站*基本業(yè)務(wù)，采集終端將存儲的電能表數(shù)據(jù)通過上行通信傳送至計(jì)量主站（上行通信方式包括廠站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道、專線通道、撥號通道、公網(wǎng)等多種），計(jì)量主站對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和平臺展現(xiàn)，并發(fā)送相應(yīng)采集任務(wù)指令至采集終端。因此，終端與電表之間的下行通道，與主站之間的上行通道，兩通道鏈路的穩(wěn)定可靠傳輸是整個(gè)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)。計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)抄表率、終端在線率、數(shù)據(jù)完整率等多項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)。借助系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，基層運(yùn)維人員可有針對性的加強(qiáng)現(xiàn)場運(yùn)維，提升電能量數(shù)據(jù)采集完整性、可靠性。
采集終端遠(yuǎn)程抄表實(shí)現(xiàn)過程
變電站電能表數(shù)據(jù)采集，廠站終端與電能表通過RS485進(jìn)行下行通信，廠站終端將采集的電能量數(shù)據(jù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與計(jì)量主站的雙向通信。廠站側(cè)電能量數(shù)據(jù)采集通信可靠[5]。
專變用戶電能量數(shù)據(jù)采集，負(fù)控終端與電能表通過RS485進(jìn)行下行通信，負(fù)控終端內(nèi)置GPRS通信模塊，使用SIM卡，通過無線公網(wǎng)（移動(dòng)、聯(lián)通、電信），實(shí)現(xiàn)計(jì)量主站與負(fù)控終端的雙向通信。
公變臺區(qū)考核戶電能量數(shù)據(jù)采集，配變終端可直接計(jì)量，數(shù)據(jù)通信方式與負(fù)控終端通信方式相同[6]。
（4）集中器電能量數(shù)據(jù)采集，集中器與電能表可通過多種方式實(shí)現(xiàn)下行通信，較為常用的是電力載波、微功率無線、RS485總線等，集中器上行通信部分則與負(fù)控終端通信方式相同。無線公網(wǎng)因覆蓋范圍廣、無需額外投資、維護(hù)成本低而被廣泛應(yīng)用，但單一通信始終牽制著電能量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
3.公網(wǎng)信號盲點(diǎn)遠(yuǎn)程抄表解決方案
對抄表所在區(qū)域現(xiàn)場環(huán)境、公網(wǎng)信號情況、改造投資預(yù)算等多維度考量，采取有針對性的解決技方案。
3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
NB-IoT、LoRa物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)方向，是解決日漸擴(kuò)展的高級采集業(yè)務(wù)時(shí)下行通道阻塞的一種通信方案，現(xiàn)已在水表、燃?xì)獗?、電表等多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中有初步嘗試。NB-IoT通信方式技術(shù)特點(diǎn)：是將通信模塊直接置于智能電能表中，免去集中器中間環(huán)節(jié)，避開下行通信帶寬受限瓶頸，實(shí)現(xiàn)電表與主站層的直接通信，兼容2G、3G、4G、5G通信網(wǎng)絡(luò)。
NB-IoT對聯(lián)通、電信、移動(dòng)、廣電有專門的頻段，不存在信號干擾。NB-IoT技術(shù)用于用電信息采集系統(tǒng)，能夠提高采集實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)停電事件主動(dòng)告警等高級應(yīng)用。但目前移動(dòng)運(yùn)營商N(yùn)B-IoT的基站未wan全覆蓋，且NB-IoT采集方式帶來了SIM卡通信費(fèi)用，因此短時(shí)間內(nèi)難以全面推廣。
LoRa是一個(gè)更靈活的自主網(wǎng)絡(luò)，是一種低功耗遠(yuǎn)距離局域網(wǎng)，一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可連接上千個(gè)乃至上萬個(gè)。
LoRa節(jié)點(diǎn)，但使用1GHz以下的免費(fèi)非授權(quán)頻段，可能會對其他使用公用頻段的設(shè)備產(chǎn)生信號干擾。此外，實(shí)現(xiàn)LoRa通信需要全新組建網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，前期設(shè)備投資大。
3.2信號中繼
目前，新建小區(qū)配電房多建于無信號或弱信號地下室，導(dǎo)致計(jì)量終端無法上線。針對這種弱信號區(qū)域，多臺終端處于同一信號盲區(qū)無法上線情況，可以加裝信號延長設(shè)備，解決地下箱變無法抄表問題。在信號盲區(qū)的終端側(cè)加裝電力載波GPRS近端設(shè)備，在有信號的區(qū)域加裝電力載波GPRS發(fā)送設(shè)備，采集終端與近端設(shè)備通過以太網(wǎng)接口連接，近端設(shè)備與發(fā)送設(shè)備通過電力載波線建立連接，從發(fā)送設(shè)備接受來自主站的發(fā)送數(shù)據(jù)，識別數(shù)據(jù)目標(biāo)設(shè)備后，通過以太網(wǎng)口將通信數(shù)據(jù)返回給采集終端。在信號良好區(qū)域的發(fā)送設(shè)備通過GPRS獲取主站通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)量主站的雙向數(shù)據(jù)交互。這種方案僅借用已有的電力載波線即可實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)信號延長，施工簡單、安裝靈活，可有效保障采集終端與主站的穩(wěn)定通信[8]。
3.3增益天線
針對偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村較為分散的弱信號區(qū)域，在考慮投資成本情況下，可將終端天線從配變箱中引出加長終端天線或加裝信號放大器等方法解決弱信號。加長終端天線，將天線引到信號較強(qiáng)的區(qū)域，涉及現(xiàn)場重新布線，且受制于現(xiàn)場環(huán)境和用戶協(xié)調(diào)等多重問題，可結(jié)合實(shí)際條件選擇此改善方案。加裝信號放大器的方法，在信號弱區(qū)域可起到信號放大作用，wan全的信號盲區(qū)則不適用。
4.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)
4.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實(shí)施能源計(jì)算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實(shí)可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報(bào)送能源計(jì)算報(bào)告。
4.2應(yīng)用場所
適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。
4.3系統(tǒng)功能
4.3.1系統(tǒng)概況
平臺運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時(shí)、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動(dòng)顯示。
4.3.2用能概況
對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項(xiàng)等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時(shí)趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時(shí)段能耗統(tǒng)計(jì)對比、總能耗同環(huán)比對比。
4.3.3用能統(tǒng)計(jì)
對建筑、區(qū)域、分項(xiàng)、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報(bào)表的形式統(tǒng)計(jì)對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，支持報(bào)表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。
4.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計(jì)
復(fù)費(fèi)率報(bào)表按日、月、年統(tǒng)計(jì)對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。
4.3.5同比分析
對建筑、分項(xiàng)、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報(bào)表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。
4.3.6能源流向圖
能源流向圖展示單棟建筑時(shí)段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)值查看。
4.3.7夜間能耗分析
夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時(shí)段工作時(shí)間與非工作時(shí)間用能統(tǒng)計(jì)對比，支持導(dǎo)出報(bào)表。
4.3.8設(shè)備管理
設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。
4.3.9用戶報(bào)告
用戶報(bào)告針對選定的建筑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)果，針對用電提供單獨(dú)的復(fù)費(fèi)率用能分析，報(bào)告可編輯。
5.系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場景 | 型號 | 圖 片 | 保護(hù)功能 |
建筑能耗管理系統(tǒng) | Acrel-5000web |
| 采用泛在物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、智能傳感等技術(shù)手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)分析、能效分析、用能預(yù)警、設(shè)備管理等服務(wù)，平臺可以廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。 |
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-1E2S1 |
| 采用嵌入式硬件計(jì)算機(jī)平臺，具有多個(gè)下行通信接口及一個(gè)或者多個(gè)上行網(wǎng)絡(luò)接口，作為信息采集系統(tǒng)中采集終端與平臺系統(tǒng)間的橋梁，能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總，并使用相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)給平臺系統(tǒng)。 |
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜 | APM810 |
| 具有全電量測量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對應(yīng)模塊即可。 |
APM520 |
| 三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費(fèi)率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。 | |
低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜 | AEM96 |
| 三相多功能電能表，均集成三相電力參數(shù)測量及電能計(jì)量及考核管理，提供上24時(shí)、上31日以及上12月的電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)“遙信"和“遙控"功能，并具備告警輸出，可廣泛應(yīng)用于多種控制系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。 |
動(dòng)力柜 | ACR120EL |
| 測量所有的常用電力參數(shù)，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能，非常適合于實(shí)時(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)。 |
DTSD1352 |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 | |
AEW100 |
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
照明箱 | DTSD1352 |
| DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 |
DDSD1352 |
| DDSD1352單相電子式電能表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的單相有功電能，同時(shí)可測量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理?？伸`活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。 | |
DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計(jì)量，紅外及RS485通訊，電流規(guī)格10（60）A，有功電能精度1級。無功精度2級，尺寸:1P | |
ADW300/4G |
| 計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。 | |
ARCM300T-Z-4G |
| 三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費(fèi)率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 | |
給水管道 | 水表 |
| 計(jì)量流經(jīng)給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術(shù)，通過RS485總線直接輸出表盤數(shù)據(jù)。 |
結(jié)論
基于計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表技術(shù)，是推動(dòng)供電企業(yè)計(jì)量、營銷工作向自動(dòng)化、智能化發(fā)展的動(dòng)力。解決信號盲區(qū)終端數(shù)據(jù)采集問題，實(shí)現(xiàn)全量用戶遠(yuǎn)程抄表，將企業(yè)更多的基層人員從簡單重復(fù)的現(xiàn)場抄表工作中解放出來，優(yōu)化了企業(yè)人員配置，有效盤活了一線人力資源，促進(jìn)企業(yè)良性運(yùn)作，提高員工積極性。全量用戶數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程抄表，從根源上解決了人工抄表差錯(cuò)頑疾，及時(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)采集數(shù)據(jù)，減少電費(fèi)差錯(cuò)的同時(shí)，還可有利支撐電力大數(shù)據(jù)分析。引入多種通信技術(shù)解決公網(wǎng)無信號區(qū)域抄表問題，方能凸顯全量用戶遠(yuǎn)程抄表帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版.
作者介紹：
任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榻ㄖ芎南到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
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