论文部分内容阅读
【摘 要】 本文根据应用在电能计量中自动抄表技术的特点，介绍了常用的几种自动抄表的方法和电能计量的自动抄表系统具体的结构和特点，并分别从通信信道、采集器和集中器及电能表等相关的几个方面介绍了目前电能计量自动抄表技术的现实状况，介绍了电能计量自动抄表技术应用在混合通信、配电线载波通信、无线扩频通信以及在自动抄表的安全性等相关层次的研究的热点及发展的方向。
【关键词】 电能计量；自动抄表；采集终端
众所周知一直采用传统的抄表方法的人工抄取电能表的数据有很多缺点，例如人工抄表不可避免的会存在抄表估抄、不到位、误抄和漏抄等现象。为解决以上描述的问题，目前采用将电能计量的数据用自动的采集方法、传输和处理的远程式自动抄表系统也就相应的出现了。但在应用中由于通信的因素，以上介绍的先进的系统在配电网的实际应用效果方面很不尽人意。因此，利用先进的无线电、公用电话网络和低压配电线载波等方式的通信网络，达到人们所期望的电能计量远程自动抄表，有很重要的现实意义和实用性价值。经过调查发现的结果，并组合目前远程自动抄表技术所处的现状，综合的简述了目前远程自动抄表技术的研究热点、发展趋势和电能计量远程自动抄表系统的所有配置结构和信道组织。
一、电能计量自动抄表技术产生背景
为了解决传统抄表方式客观存在的如在人工抄表时造成的抄读数据存在误差、成本较高、效率很低、操作很难规范化，数据采集的耗费大量的人工、不及时等众多问题。近年来市场上出现了较先进的将电能计量数据采用自动采集的方式、处理和传输的电能计量自动抄表系统。
二、电能计量自动抄表系统的构成和特点
由通信子系统和中心处理子系统以及前端采集子系统等三部分构成了目前使用较普遍的电能计量自动抄表系统。
1.前端采集子系统
根据采集数据的方式不同，可将电能计量自动抄表系统具体分为远程自动抄表系统、本地自动抄表系统、两种。
所谓的远程采集系统是由加装了先进的光电转换器的机电脉冲式电能表构成系统的最前端或者电子式电能表，用户的用电量是通过他们以电脉冲的形式传递给上一级数据采集装置。红外转换装置一般加装在本地的自动抄表系统的电能表上，通过该装置把电量转换为所需要的红外信号，抄表时操作人员到现场后通过使用便携式抄表微型计算机，即可不用接触地读取数据。
2.通信子系统
所谓的通信子系统是指把所需要的数据传送到控制中心的信道。为了更好的适应不同的复杂的环境条件乃至现实的成本要求，通信子系统的构成也就有了多种方案供使用。根据通信介质的不同，通信子系统主要有低压式电力线载波传输、无线传输、光纤传输和较普遍的电话线传输等四种。而应用最多的光纤通信因为具有较强的抗干扰性、传输速率高和传输距离较远等优良特点，更好的适合了上层通信网的基本要求。但现实生活中很少应用到自动抄表系统中是因为其安装结构受限且成本较高的原因。
3.中心处理子系统
而主要由中心处理工作站以及相对应的软件构成的中心处理子系统，就是所谓的整个电能计量自动抄表系统的最上一层，通过信道将所有用户的用电信息完整的汇集到这里，相应的管理人员通过使用软件即可对数据进行分析和汇总，作出对应的决定。如果硬件允许的情况下，还可以直接向下级电能表或者集中器发出相应的指令，从而对用户的用电行为实施相应的控制如停、送电的远程操作。
因为抄表要处理的数据量很大，所以必须有很强的运算与存储的能力是对中心工作站的硬件的要求。而在软件方面则要求相应的操作系统要稳定可靠，有轻松处理大量数据的实力是抄表软件必备的。普遍的的抄表软件应有以下功能：采集器内的基本所需参数、远程设定抄表的集中器；抄取整个系统里电能表的完整数据；必须使中央控制站的工作人员可以快捷的远程对用户的电能表进行随时断电和送电的控制；用电量日报和月报，进行电费的结算工作可被运行数据库自动生成；必须使系统可进行自由查询管理，对使用出现异常的用户给予警告的提示。
三、电能计量自动抄表技术的现状
1.电能表
随着自动化仪表、传感器和集成电路技术的发展，使得不论是电子式电能表还是机电脉冲式已经能够足够满足目前电能计量自动抄表技术的需求。而对于机电脉冲式电能表，则实现了反映用电量信息的电信号输出需要在表内安装光电转换模块和相应的端口。这种模块和接口具有成本低和小巧且易于拆装的特点，所以适合于目前仍在进行大量投入使用的感应式电能表的改装方向。电子式电能表就可以完成直接快捷的读取其输出脉冲，因为有些新型的电子式电能表自身在安装上具有多种接口，所以适合于模拟和数字等多种通信模式。
2.采集器和集中器
集中器和采集器是汇集电能表电量数据的重要装置，是由存储器、单片机和接口电路等组成的。
3.通信信道
电能计量自动抄表技术中最主要的是通信子系统，因其重要性也占据了一部分的投资比例。在选取数据通信的方式时要全面的考虑地理环境的具体特点、投资成本、管理的体制和用户具体用电行为等实际因素。在普遍情况下，某种方式被选用并不是代表能最大满足经济利益和技术要求，而往往只是衡量了各个方面条件后的办法。
四、电能计量自动抄表技术的研究重点和发展趋向
近几年来在自动抄表技术的领域中逐渐形成了以下一些研究热点和良好的发展趋势。
1.电力线载波通信
将信息调制为高频信号后再叠加到电力线路上进行具体的通信是目前电力线载波通信的主要技术。它的优势是在通信信道上利用了电力线，不需要另外的铺设新的通信信道，节省了很多投资，维护工作量也得到减少，可以灵活实现，即插即用。
2.无线扩频通信
作为一种无线通信方式的扩频技术，首先把发送来的信息快捷的转换成数字信号，然后立即由扩频码发生器所生成的扩频码序列去自动调节数字信号，用以之后应用的扩展信号的频谱，通过相应的设备接收，用对应一致的频码序列进行解扩，最后经过信息的解调，正确的把原始信息恢复。扩频通信距离常常可达到几十千米之远，它最重要的优点是有很强的抗干扰能力。被扩频信号的输出信噪比和输入信噪比的比值应该于扩频信号的射频带宽和信息带宽的比值成正比的关系。将干扰信号的频谱进行展宽后使其变的频谱较宽但功率谱密度低是扩频的实质。而常常在接收端经过窄带滤波之后，干扰信号就会被滤出一大部分，而残留部分的能量就会很低，而再将有用信号经过压缩还原处理成为窄带信号，就会顺利的经过滤波器的滤波，这样就大大增加了信噪比。再根据相关原理做进一步的接收，而必须要求发、受双方要使用一样的擴频码序列，而且要求在负信噪比情况下扩频通信也能继续正常的工作，因此具有很强大的安全保密性。市场上扩频技术的种类有很多，主要包括直接序列扩展频谱，简称：直扩、线性调频和跳频等。直扩技术在实际生产生活中应用最多是因为其简单且容易实现。作为一种点对点的通信方式的扩频通信，要求相互通信的两点之间必须有工作在相同频率的发射、接收电台和符合增益条件且极化方向相同的天线等硬件条件。而且两电台之间必须可视，没有高大建筑物或者山脉阻隔，否则通信效果会被影响。
3.复合通信
往往应用于电能计量自动抄表系统中的一切通信模式中的各个通信模式都存在着优缺点，任何一种采用单一通信技术的方案想要完全满足现实需要都很难。为解决这些现实存在的矛盾，便提出了复合通信方案。
所谓的复合通信方案是指在自动抄表过程中的不同通信阶段采用不同的通信方式，以便组成能实现电能自动抄表的复合通信网络。采用如红外和低压电力线载波甚至点对点的通信方式往往应用在数据传输距离较近、传输量不太大的底层数据采集阶段；而在较复杂的集中器到中央处理站阶段，则可以使用电话线、电缆或无线通信等方式。实际应用中选择什么样的复合方式，需要根据统筹考虑实际情况。要求混合使用的各种通信方式之间必须有很好的相容性，不能在使用中相互干扰，这其中就会应用到运筹学和最优规划等方面的设计和研究工作。
4.自动抄表的安全性
电能计量自动抄表系统的具体抄表过程主要包括中心处理站间在和分散的采集器和集中器之间进行交换数据的完整过程。要求通信中首先要确保所抄数据的一切安全性和可靠传输性，又必须保证中心处理子系统不会被传输网络意外攻击。
五、结语
电能计量自动抄表技术的发展很快，开发和生产的厂家也有很多，所以用户在选用相关厂家的产品时，需事先认真调查和研究，选用较为成熟的产品，避免不必要的重复投资，从而使电能计量自动抄表技术得以更好地为电力系统服务。
参考文献：
[1]陈永甫.现代通信系统和信息网[M].北京：电子工业出版社.2009（9）
[2]赵伟.网络化一测量技术与仪器发展的新趋势[J].电测与仪表，2008（4）
【关键词】 电能计量；自动抄表；采集终端
众所周知一直采用传统的抄表方法的人工抄取电能表的数据有很多缺点，例如人工抄表不可避免的会存在抄表估抄、不到位、误抄和漏抄等现象。为解决以上描述的问题，目前采用将电能计量的数据用自动的采集方法、传输和处理的远程式自动抄表系统也就相应的出现了。但在应用中由于通信的因素，以上介绍的先进的系统在配电网的实际应用效果方面很不尽人意。因此，利用先进的无线电、公用电话网络和低压配电线载波等方式的通信网络，达到人们所期望的电能计量远程自动抄表，有很重要的现实意义和实用性价值。经过调查发现的结果，并组合目前远程自动抄表技术所处的现状，综合的简述了目前远程自动抄表技术的研究热点、发展趋势和电能计量远程自动抄表系统的所有配置结构和信道组织。
一、电能计量自动抄表技术产生背景
为了解决传统抄表方式客观存在的如在人工抄表时造成的抄读数据存在误差、成本较高、效率很低、操作很难规范化，数据采集的耗费大量的人工、不及时等众多问题。近年来市场上出现了较先进的将电能计量数据采用自动采集的方式、处理和传输的电能计量自动抄表系统。
二、电能计量自动抄表系统的构成和特点
由通信子系统和中心处理子系统以及前端采集子系统等三部分构成了目前使用较普遍的电能计量自动抄表系统。
1.前端采集子系统
根据采集数据的方式不同，可将电能计量自动抄表系统具体分为远程自动抄表系统、本地自动抄表系统、两种。
所谓的远程采集系统是由加装了先进的光电转换器的机电脉冲式电能表构成系统的最前端或者电子式电能表，用户的用电量是通过他们以电脉冲的形式传递给上一级数据采集装置。红外转换装置一般加装在本地的自动抄表系统的电能表上，通过该装置把电量转换为所需要的红外信号，抄表时操作人员到现场后通过使用便携式抄表微型计算机，即可不用接触地读取数据。
2.通信子系统
所谓的通信子系统是指把所需要的数据传送到控制中心的信道。为了更好的适应不同的复杂的环境条件乃至现实的成本要求，通信子系统的构成也就有了多种方案供使用。根据通信介质的不同，通信子系统主要有低压式电力线载波传输、无线传输、光纤传输和较普遍的电话线传输等四种。而应用最多的光纤通信因为具有较强的抗干扰性、传输速率高和传输距离较远等优良特点，更好的适合了上层通信网的基本要求。但现实生活中很少应用到自动抄表系统中是因为其安装结构受限且成本较高的原因。
3.中心处理子系统
而主要由中心处理工作站以及相对应的软件构成的中心处理子系统，就是所谓的整个电能计量自动抄表系统的最上一层，通过信道将所有用户的用电信息完整的汇集到这里，相应的管理人员通过使用软件即可对数据进行分析和汇总，作出对应的决定。如果硬件允许的情况下，还可以直接向下级电能表或者集中器发出相应的指令，从而对用户的用电行为实施相应的控制如停、送电的远程操作。
因为抄表要处理的数据量很大，所以必须有很强的运算与存储的能力是对中心工作站的硬件的要求。而在软件方面则要求相应的操作系统要稳定可靠，有轻松处理大量数据的实力是抄表软件必备的。普遍的的抄表软件应有以下功能：采集器内的基本所需参数、远程设定抄表的集中器；抄取整个系统里电能表的完整数据；必须使中央控制站的工作人员可以快捷的远程对用户的电能表进行随时断电和送电的控制；用电量日报和月报，进行电费的结算工作可被运行数据库自动生成；必须使系统可进行自由查询管理，对使用出现异常的用户给予警告的提示。
三、电能计量自动抄表技术的现状
1.电能表
随着自动化仪表、传感器和集成电路技术的发展，使得不论是电子式电能表还是机电脉冲式已经能够足够满足目前电能计量自动抄表技术的需求。而对于机电脉冲式电能表，则实现了反映用电量信息的电信号输出需要在表内安装光电转换模块和相应的端口。这种模块和接口具有成本低和小巧且易于拆装的特点，所以适合于目前仍在进行大量投入使用的感应式电能表的改装方向。电子式电能表就可以完成直接快捷的读取其输出脉冲，因为有些新型的电子式电能表自身在安装上具有多种接口，所以适合于模拟和数字等多种通信模式。
2.采集器和集中器
集中器和采集器是汇集电能表电量数据的重要装置，是由存储器、单片机和接口电路等组成的。
3.通信信道
电能计量自动抄表技术中最主要的是通信子系统，因其重要性也占据了一部分的投资比例。在选取数据通信的方式时要全面的考虑地理环境的具体特点、投资成本、管理的体制和用户具体用电行为等实际因素。在普遍情况下，某种方式被选用并不是代表能最大满足经济利益和技术要求，而往往只是衡量了各个方面条件后的办法。
四、电能计量自动抄表技术的研究重点和发展趋向
近几年来在自动抄表技术的领域中逐渐形成了以下一些研究热点和良好的发展趋势。
1.电力线载波通信
将信息调制为高频信号后再叠加到电力线路上进行具体的通信是目前电力线载波通信的主要技术。它的优势是在通信信道上利用了电力线，不需要另外的铺设新的通信信道，节省了很多投资，维护工作量也得到减少，可以灵活实现，即插即用。
2.无线扩频通信
作为一种无线通信方式的扩频技术，首先把发送来的信息快捷的转换成数字信号，然后立即由扩频码发生器所生成的扩频码序列去自动调节数字信号，用以之后应用的扩展信号的频谱，通过相应的设备接收，用对应一致的频码序列进行解扩，最后经过信息的解调，正确的把原始信息恢复。扩频通信距离常常可达到几十千米之远，它最重要的优点是有很强的抗干扰能力。被扩频信号的输出信噪比和输入信噪比的比值应该于扩频信号的射频带宽和信息带宽的比值成正比的关系。将干扰信号的频谱进行展宽后使其变的频谱较宽但功率谱密度低是扩频的实质。而常常在接收端经过窄带滤波之后，干扰信号就会被滤出一大部分，而残留部分的能量就会很低，而再将有用信号经过压缩还原处理成为窄带信号，就会顺利的经过滤波器的滤波，这样就大大增加了信噪比。再根据相关原理做进一步的接收，而必须要求发、受双方要使用一样的擴频码序列，而且要求在负信噪比情况下扩频通信也能继续正常的工作，因此具有很强大的安全保密性。市场上扩频技术的种类有很多，主要包括直接序列扩展频谱，简称：直扩、线性调频和跳频等。直扩技术在实际生产生活中应用最多是因为其简单且容易实现。作为一种点对点的通信方式的扩频通信，要求相互通信的两点之间必须有工作在相同频率的发射、接收电台和符合增益条件且极化方向相同的天线等硬件条件。而且两电台之间必须可视，没有高大建筑物或者山脉阻隔，否则通信效果会被影响。
3.复合通信
往往应用于电能计量自动抄表系统中的一切通信模式中的各个通信模式都存在着优缺点，任何一种采用单一通信技术的方案想要完全满足现实需要都很难。为解决这些现实存在的矛盾，便提出了复合通信方案。
所谓的复合通信方案是指在自动抄表过程中的不同通信阶段采用不同的通信方式，以便组成能实现电能自动抄表的复合通信网络。采用如红外和低压电力线载波甚至点对点的通信方式往往应用在数据传输距离较近、传输量不太大的底层数据采集阶段；而在较复杂的集中器到中央处理站阶段，则可以使用电话线、电缆或无线通信等方式。实际应用中选择什么样的复合方式，需要根据统筹考虑实际情况。要求混合使用的各种通信方式之间必须有很好的相容性，不能在使用中相互干扰，这其中就会应用到运筹学和最优规划等方面的设计和研究工作。
4.自动抄表的安全性
电能计量自动抄表系统的具体抄表过程主要包括中心处理站间在和分散的采集器和集中器之间进行交换数据的完整过程。要求通信中首先要确保所抄数据的一切安全性和可靠传输性，又必须保证中心处理子系统不会被传输网络意外攻击。
五、结语
电能计量自动抄表技术的发展很快，开发和生产的厂家也有很多，所以用户在选用相关厂家的产品时，需事先认真调查和研究，选用较为成熟的产品，避免不必要的重复投资，从而使电能计量自动抄表技术得以更好地为电力系统服务。
参考文献：
[1]陈永甫.现代通信系统和信息网[M].北京：电子工业出版社.2009（9）
[2]赵伟.网络化一测量技术与仪器发展的新趋势[J].电测与仪表，2008（4）