实用技术推广 中国科技信息２＿０１ ４年第２吐期・ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ ２０１４ 徐文涛 国网宁夏电力公司电力科学研究院供电服务中心 徐文涛．１ ９８２年１０月出生，男．工程师，工学学士，从事营销技术分析、用电信息采集系统应用、电能计量。 本文通过结合实际应用情况，对用电信息采集上行和下行通信技术优、缺点的分析， 验证了用电信息采集系统各种通信方式及组网方案的可行性，对用电信息采集系统建设 通信方式的选择提出了指导意见，为用电信息采集系统建设完善和提升提供了技术支撑。 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１４．２４．０６５ 用电信息采集系统通信技术 引言 自２０１０年智能电能表推广应用和用电信息采集系统 建设全面推进以来，安装了大量智能电能表，截至目前， 智能电能表应用覆盖率居全国第一。随着用电信息采集 系统接入用户数量的快速增加和系统功能实用化的稳步推 采集主站。 ２３０ＭＨｚ是根据国家无线电管理局国无管【１９９１】５ 号 关于印发民用超短波遥测、遥控、数据传输业务频段 规划的通知））技术要求所使用的频段，其中分配给电力负 荷监控系统使用的有十五对双工频点和十个单工频点，这 些频点在其它系统不许使用，为２３０ＭＨｚ无线专网通信系 进，通信信道的传输速率、稳定性、可靠性等已成为提升 用电信息采集系统建设应用效果的关键点。 通信技术是用电信息采集系统功能实现的重要基础， 通信技术的性能、承载能力保证了用电信息采集系统功能 的多样性和数据的安全性，在整个系统中起着至关重要的 作用。用电信息采集系统采用的通信信道可分为远程通信 信道和本地通信信道两类，远程信道主要有ＧＰＲＳ无线公 网、ＣＤＭＡ无线公网、光纤专网、２３０ＭＨｚ专网等，本地 统的可靠性、实时性提供保证，是十分宝贵的频率资源， 详细频点见表１。 主站系统和变电站、开关站等站点之间已基本建成 ＳＤＨ光纤骨干网。采集系统远程通信光纤专网的建设重 点就是建设ＥＰＯＮ光纤接入网，将光纤专网从变电站 开 关站等重要站点向下延伸至开闭所、环网柜、开关柜和台 信道主要有窄带载波、宽带载波、ＲＳ－４８５通信、微功率 无线等。用电信息采集系统应用的通信技术类型多样，通 区变压器等，这些地方也是放置集中器和ＯＮＵ的地方。 ＯＬＴ放置方式比较灵活，可以根据情况选择放置在变电 站，也可以向下延伸放置在开闭所，这样可以进一步拓展 ＥＰＯＮ网络的覆盖范围。 本地通信技术 信效果参差不齐，各种通信方式差异性较大，系统功能实 用化效果也存在一定程度的差异。为实现用电信息采集系 统“全采集”的目标，本文通过比较各类用电信息采集通 信技术的优劣，在不同环境下，对各类本地通信方式进行 测试和分析，提出了用电信息采集通信信道应用的意见。 本地通信通道是指各类采集终端与电能表之间的通信 信道，本地通信方式包括：电力线载波通信技术（分为窄带、 宽带两种）、微功率无线技术、ＲＳ－４８５总线等。 电力线载波通信（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）简 影响用电信息采集通信的因素 智能电能表是智能电网的重要组成部分，用电信息采 集系统是营销业务应用重要的数据支撑平台。用电采集系 统主站是对电力用户的用电信息进行收集、处理和实时监 称ＰＬＣ，是指利用电力线作为通信介质进行数据传输的一 种通信技术，它是将所要传输的信息数据调制在适于电力 线介质传输的低频或高频载波信号上，并沿电力线传输， 接收端通过解调载波信号来恢复原始信息数据。 微功率无线通信技术采用自组织网络构架，其 发射功率不大于５０ｍＷ，工作频率为公共计量频段 控的核心，可实现用电信息的自动采集、计量异常监测、 电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式 能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。 ４７０ＭＨｚ～５１０ＭＨｚ。用电信息采集微功率无线通信系统 具有７级中继深度，在低功率发射的情况下，开阔场地点 远程通信技术 远程通信信道是指各类采集终端与采集系统主站之间 的通信接入信道。远程通信技术包括：ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ无 线公网、光纤专网、２３０ＭＨｚ无线专网等。 无线公网通信是指利用网络运营商（移动、联通、电 对点通信距离可达３００米，在实际的居民用电环境中，通 过多级中继路由，有效通信覆盖半径达到３００～ｌＯ００ｍ。 ＲＳ－４８５是将专变采集终端、载波采集器、无线采集器， 或ＩＩ型集中器与电能表之间采用两线制建立连接，实现数 信等）的无线网络和终端产品完成电力用户用电信息采集， 主要是采用ＧＰＲＳ和ＣＤＭＡ网络，并有少量的３Ｇ网络。 无线公网使用简单，快捷方便。截至目前，用电信息采集 系统９６％以上的数据都是采用无线公网通信的方式上传到 一据通信的符合ＴＩＡ／ＥＩＡ－４８５串行通讯标准的总线协议。 用电信息采集通信技术分析 远程通信技术分析 １６８一 中国科技信息２。１４年第２４ ・ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２ｏ１４ 实用技术推广 表１ 用电信息采集系统２３０ＭＨｚ无线专网工作频点 编号 主站发射（终端接收）频点 主站接收（终端发射）频点 编号 主站发射（终端接收）频点 主站接收（终端发射）频点 （ＭＨｚ） （ＭＨｚ） （ＭＨｚ） （ＭＨｚ） １ ２３０．５２５ ２２３．５２５ １４ ２３１．５７５ ２２４．５７５ ２ ２３０．６７５ ２２３．６７５ １５ ２３１．６５０ ２２４．６５０ ３ ２３０．７２５ ２２３．７２５ １６ ２２８．０７５ ２２８．０７５ ４ ２３０．８５０ ２２３．８５０ ｌ７ ２２８．１２５ ２２８．１２５ ５ ２３０．９５０ ２２３．９５０ １８ ２２８．１７５ ２２８．１７５ ６ ２３１．０２５ ２２４．０２５ １９ ２２８．２５０ ２２８．２５０ ７ ２３１．１２５ ２２４．１２５ ２０ ２２８．３２５ ２２８．３２５ ８ ２３１．１７５ ２２４．１７５ ２１ ２２８．４００ ２２８．４００ ９ ２３１．２２５ ２２４．２２５ ２２ ２２８．４７５ ２２８．４７５ １０ ２３１．３２５ ２２４．３２５ ２３ ２２８．５５０ ２２８．５５０ ｌｌ ２３１．４２５ ２２４．４２５ ２４ ２２８．６７５ ２２８．６７５ １２ ２３１．４７５ ２２４．４７５ ２５ ２２８．７５０ ２２８．７５０ ｌ３ ２３１．５２５ ２２４．５２５ 表２远程通信技术比较 最高速率（ｂｐｓ） 频率资源 传输距离 业务保障能力 信息安全 产业链 标准化情况 适用场景 窄带２３０ １９．２Ｋ ２３ＯＭＨｚ ２Ｏ专网，稳定 较高 完备 国网企标 负荷控制、集抄业务的配变 专网 授权频段 ３０ｋＩｎ 性好 用电信息至采集主站部分 无线 ＴＤ２３０ＭＨｚ 城域５ｋｍ、 —ＬＴＥ２３０ １．７６Ｍ 授权频段 乡村３０ｋ专网，稳定 ｍ 性好 较高 设备厂商少 无 适合集抄、负控业务的配变 至变电站接入部分 ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ ２０Ｋ ８００ＭＨｚ／ 不限 公网延迟较大 低 完备 国际标准 集抄业务用户或配变至电力 公网 ９００ＭＨｚ ，公司部分 无线 集抄业务用户或配变至电力 ３Ｇ ２Ｍ １．８Ｇ 不限 公网，延迟较大 低 完备 国际标准 公司部分 光纾 ＥＰ０Ｎ １．２５Ｇ ３０ｋｍ 专网，稳定性好，高可靠 高 完备 国际标准 适合集抄、负控业务配变至 变电站接入部分 远程通信技术包括：①无线公网（ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、 成终端争抢信道现象，使该区域终端稳定性下降，采集成 ３Ｇ）；②无线专网（ＴＤ—ＬＴＥ２３０ＭＨｚ、２３０ＭＨｚ）；③ 功率下降。 光纤通信技术（ＥＰＯＮ通信技术）。多种远程通信技术性 专网优劣分析 能比较如表２所示。 用电信息采集系统远程通信方式采用专网的技术有光 远程通信技术性能指标综合对比 纤专网、无线专网。 无线公网优劣分析 优势：①可流量使用，节约运行费用，长期效益 优势：①无需建设网络，网络建设由运营商投资；② 明显；②灵活度高、可扩展性强，可以根据电力业务需求， 初始投资低，通信ＳＩＭ卡费用约每年６０元／张；③网络 自由规划网络；③实时性强，电网可以根据不同业务等级， 资产归属运营商，电力企业无需承担网络运维；④无线网 灵活自定义业务优先级，确保实时性业务获得最优信道资 络接入方便，在信号覆盖区域内，即插即用。 源；④安全性保障机制完善，可采用认证、加密等多种安 缺点：①长期、大规模应用将产生大量的租用费用， 全机制，保障业务安全性；⑤可承载更多电力业务，如移 数据流量统计不透明；②部分区域ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ等无线 动作业、应急抢修等业务，附加价值高；⑥光纤专网及无 公网终端在线率较低，不能很好的满足费控等实时性要求 线宽带专网传输速度快、距离远、抗干扰能力强、后期扩 较高的业务；③业务应用依赖于运营商提供的网络资源， 展能力强，支持未来双向互动业务。 应用水平和推广进度受制于公网建设程度，部分区域通信 缺点：①投资成本高，运行维护较复杂；②无线专网 未覆盖；④公网通信首先满足公共用户业务应用，无法保 和载波技术标准不统一，缺乏相关文件支撑。 障实时性、延时等服务质量要求，且运营商网络维护并不 本地通信技术分析 通知电力公司，电信业务语音优先；⑤存在公网系统升级 各种本地通信技术在性能指标方面差异化较大，在技 换代风险，目前使用的ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ是２Ｇ网络，未来 术实现，工程实施、运行管理等方面也存在一定差异，具 运营商将网络升级至３Ｇ后，运营商２Ｇ网络资源会大幅 体性能比较如表３所示。 下降，服务质量更难以保证；⑥网络覆盖区域与供电区域 本地通信技术性能指标综合对比 不完全一致，有可能导致漫游费用；⑦用电信息采集终端 优势：①电力线窄带载波方式安装方便，适用于城网 安装位置存在无线公网覆盖盲点；⑧随着终端数量的不断 表计分层安装小区，可满足当前基本业务需求；②ＲＳ一 增加，存在用户密集区域无线公道接入能力有限，造 ４８５通信方式从实时性、可靠性方面均优于其他通信方式， 一ｌ６９— 实用技术推广 中国科技信息 ４年第２４ ・ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．２０１４ 表３本地通信技术基本情况比较表 通信技术 电力线窄带低速载波 电力线窄带高速载波 通信速率 ２００－５Ｋｂｐｓ １０Ｋ－１００Ｋｂｐｓ 频率范围 ３Ｋ－５００ＫＨｚ ３Ｋ－５０ＯＫＨｚ 通信时延 百毫秒级 百毫秒级 实时性 弱 较强 业务承载能力 弱 较强 适用需求 实时性要求低 实时性要求一般 电力线宽带载波 微功率无线 ＲＳ一４８５ １ＭｂｐＳ以上 １ＯＫ一１００Ｋｂｐｓ ９．６Ｋｂｐｓ １Ｍ－５０ＭＨｚ ４７０Ｍ一５１０ＭＨｚ 毫秒级 百毫秒级 毫秒级 较强 中等 强 较强 较强 较强 实时性要求一般 实时性要求一般 实时性要求高 表４用电信息采集系统远程通信方式效果比较 远程通信方式 ＧＰＲＳ无线公网 运行采集终端数量（台） ６０５４６ 在线采集终端数量（台） ５３５４３ 在线率 ８８．４３％ 光纤通信专网 ４５６１ ４５２２ ９９．１４％ 表５用电信息采集系统本地通信方式效果比较 通信方式 电力线窄带载波 微功率无线 ＲＳ－４８５ 采集系统关联电表数（只） ７ｌ５２６３ ８５４００６ ３４４９３０ 采集成功数（只） ６０ｌ８６７ ７４３３７０ ２９９０８５ 采集成功率 ８４．１５％ ８７．０５％ ８６．７１％ 适用于城网表计集中安装小区，更利于下一代采集业务的 拓展；③电力线宽带载波方式支持并发，业务承载能力强， 可承载双向互动业务；④微功率无线通信方式业务承载能 力较强，一般采用蜂窝状组网方式，可实现分散用户的用 电信息采集。 缺点：①电力线窄带载波局限性较多，受低压线路走 向和运行状况制约较大，不能很好承载用电信息采集业务； ②通讯设备布点密集，设备运维和ＲＳ－４８５通信电缆敷设 工作量较大；③电力线宽带载波方式受频率，传输距 离较短，设备布点数量大，运维工作量大；④微功率无线 通信方式由于存在多级路由，传输时延较大。 点，该种方式应用与城市表计分层安装小区，但采集成功 率较低，主要原因为窄带载波通信模块信号输出功率太低、 电力线载波通信信号衰减严重、现场线路与用户对应关系 错误、通讯速率较慢等，导致采集成功率较低。如果能将 上述影响电力线窄带载波通信方式的问题解决，该种本地 通信方式是将具有较大的竞争实力，可以大范围推广应用。 微功率无线通信方式是在三种本地通信方式中占比最 大，因为该种方式具有业务承载能力较强、组网方式先进、 实时通讯速度加快的特点，目前农网用户全部采用该种方 式进行采集，但采集成功率未达到国网公司要求，主要原 因有：①受ＧＰＲＳ信号制约，部分偏远地区集中器离线； ②各品牌模块与集中器无法实现互联互通，制约上线调试 工作；③系统中客户档案存在问题，下发至集中器后无法 对电能表进行采集。该种通信方式的应用应结合台区现场 运行情况而定，建议在农村地区或用户较为分散地区使用。 ＲＳ－４８５通信方式具有实时通信速率快、稳定性高等 特点，但设备安装和ＲＳ－４８５通信电缆敷设工程量较大。 目前采用该种通信方式主要用户城市表计集中安装小区， 但受到ＧＰＲＳ信号覆盖、现场接线、ＳＩＭ卡故障等因素制 各类通信方式采集应用效果分析 目前，用电信息采集系统远程通信方式主要采用 ＧＰＲＳ无线公网和光纤专网，本地通信方式主要采用电力 线窄带载波、微功率无线和ＲＳ－４８５。 各类远程通信方式应用比较 用电信息采集系统远程通信方式效果比较主要是通过 采集终端在线率进行分析，具体情况如表４所示。 通过表４对比分析，可以看出，目前采用光纤专网通 信的采集终端数量较少，只覆盖了变电站、部分居民小区 用户和专变用户，通信可靠率较高，能够基本满足用电信 息采集系统建设和应用需要，但是光纤通信的资金投入较 大，且在居民小区内施工困难较多，且后期运维成本较大， 无法实现大面积推广应用。 约，该种方式采集成功率也未达到要求，该种通信方式建 议在城市单元表计集中安装小区使用。 结语 综上所述，从业务带宽速率和稳定性综合比较， “光 纤专网＋ＲＳ一４８５”的组网方案具备高速率、高可靠性、 采用ＧＰＲＳ无线公网通信的采集终端数量较多，但 采集终端在线率只有８８．４３％，主要原因是有些偏远地区 ＧＰＲＳ信号未覆盖、采集终端ＧＰＲＳ模块故障、ＳＩＭ卡质 量问题等，但是ＧＰＲＳ无线公网通信的资金投入相对较少， 使用方便，可以大面积推广应用。 高实时性和高安全性，能够同时满足多种用电信息采集业 务应用需求，尤其在费控业务、电费服务、有序用电等方 面优于其他方案，是用电信息采集系统最理想的传输信道 组网方案。现阶段“无线公网＋窄带载波”等通信方式虽 在安全性、可靠性上稍差，但也可满足当前基本业务需求。 各类本地通信方式应用比较 用电信息采集系统本地通信方式效果比较主要是通过 智能电能表采集成功率进行分析，具体情况如表５所示。 电力线窄带载波通信方式具有安装方便、投资少的特 一由于未来业务需求量较大，对通信实时性、可靠性要求较 高，宜采用“光纤专网＋ＲＳ一４８５／宽带载波”、无线专网 ＋ＲＳ－４８５／宽带载波等通信方式的组网方案。 １７Ｏ一
