基于HFC网络技术的远程抄表系统

关键词：电能计量；远程抄表系统；HFC网络 中图分类号：TP393．1 文献标识码：A Automatic Meter Reading System Based On HFC Network Technology HE Ying, CHENG Liang-lun(Guangdong Guang- Dian Power Grip Group CO. , LTD, Guangzhou Panyu Power Supply Branch, Guangzhou 511400, China) Abstract: This paper analyzes the methods and traits of the urban electric power metering in our country, compares the studies on various automatic meter reading system currently in use and provides a new remote automatic meter reading system based on HFC network technology. Descriptions of the proposed system, its comprisal, theory, features and characters are also given. Key words: electric power metering; automatic meter reading system; HFC network 1 引 言 目前，随着城网“一户一表”工程和农网“两改一同价”211程的广泛推行，抄表到户工作的实施，使大量农村住宅、居民商住小区及工厂住宅区的电表由电力部门接管，这些急剧增加的住宅户无疑会大大增加电力部门的抄表和计量管理工作。而在当前“减员增效”的趋势下，为提高抄表和计量管理的工作效率，建立一套远程自动抄表系统，实现电能表数据的自动采集和集中管理，已经成为一种趋势。 国内目前出现的抄表系统有基于电话线网络的抄表系统、无线通讯网抄表系统、RS - 485总线网抄表系统和低压电力线载波通讯网抄表系统等。 这几种抄表系统都有着自身的优点和适应性，但它们的不足之处也不能忽视。电话线网络对于采集点数目多的情况，就会出现通讯效率低，系统反应慢。无线通信网安装调试容易，适合范围广、分布分散的电表数据采集，但现在的无线通讯网频点不足，容易造成干扰，会出现错码、丢码的情况。RS - 485总线网抗干扰性很好，但必须重新布线，安装复杂，投人较大。我国的电力线网干扰很大，各种电气设备产生的高次谐波、脉冲干扰大大影响了数据的通信。 在我国的有线电视普及率越来越高的有利条件下，采取HFC网络，就是光纤/同轴电缆作为通信方式的远程集抄系统是今后的发展趋势。 HFC远程自动抄表系统是利用计算机技术、数字通讯技术、HFC有线双向宽带网络技术与电表计量技术完满结合，集计量、实时数据采集、数据处理网络通讯于一体，将城市居民电能消费信息加以综合处理的系统，该系统的计量、数据采集信息也同时为供电部门实现电费管理信息系统(MIS)打下基础。这里涉及到两方面的技术，一是远程自动抄表系统采用的技术、二是网络通讯技术。 2 HFC网络技术 HFC网络技术是基于同轴电缆入户的一种技术体制。它采用光缆作为传输介质，同轴电缆作为接入介质，从传输介质的角度来看，HFC指光纤同轴电缆混合结构。 HFC网主干部分采用光纤，光节点到配电线盒使用同轴电缆，配线盒到用户端使用树枝状结构分配型同轴引入线。HFC的带宽将近1000MHz， HFC实现双向传输的方式是在其光纤系统中采用空间分割法，分别用两根光纤传送上行和下行信号，而在同轴系统中采用频率分割法。HFC技术将数字信号调制成某个频段的上传信号，经过网络接口，传入同轴电缆，以模拟方式传输，在接收端解调恢复为原来信号。 HFC网作为一种刚刚兴起的通讯机制，与其他网络环境相比在带宽、等时性、兼容性及投资方面占据了优势，成为目前多媒体通讯最具竞争力的网络。而现时全国各大中城市HFC网络已经形成相当规模，进行局部双向改造，即可用于电表集抄系统的主干网络。该方案不需另外布线，实时性强，传输速率快，有良好的抗干扰性能，在我国有线电视普及率很高的今天，HFC网络技术的自动抄表系统的将会得到更加广泛的使用。 2．1 HFC网络远程抄表系统工作原理 HFC网络远程抄表系统由以下部分组成：有线电台部分，光纤Internet网，底层公用网络部分(集抄器、入户同轴电缆网及智能电表)，供电部门监控主机及相关设备。结构图如图1所示： 系统的工作原理如下： (1)由安装在电表内部的采集模块，利用光电耦合发出的电表转盘计度脉冲，同时监测转盘转动方向，进行脉冲的采样，数据的计算与储存，并将用电数据经过FSK调制成上传频段的电视信号传入同轴电缆。 (2)安装在配电房的集抄器，对同轴电缆通道中上传频段的信号进行解调，接收各采集器数据信息，集抄器下发命令经FSK调制另外一个频段的下行信号，通过同轴电缆传递给各采集器，采集器将下行频段的信号解调，接收集抄器的命令进行相应的处理。 (3)集抄器同HFC网络中的光节点并接，进入 Internet光纤网，每一个集抄器在Internet网上均有独立的IP地址，同供电局的主站服务器进行网 络通讯，完成供电局下发的控制命令及各集抄器信息的回传整个过程。 (4)主站服务器收到结果后，供电部门通过电费信息管理系统(MIS)可以对采集数据进行相应的处理、维护和管理。 2．2 HFC网络远程抄表系统主要组成 整个HFC网络远程抄表系统，主要有如下部分构成： (1)智能电表 智能电表处于整个系统的最底层，在转盘式电表内加装采集板构成，利用光电耦合发出的电表转盘计数脉冲，同时监测转盘转动方向，进行脉冲的采样，根据脉冲数和电量的对应关系，得到用户的有功、无功电量信息。还可利用采集板中的电压、电流传感器模块检测电压、电流数据。 智能电表通过同轴电缆，接收采集器的指令，解调后，根据集抄器的命令，完成对有功电量、无功电量、电压、电流等数据的实时读取和指定时间的读取，将检测数据接过调制后通过同轴电缆上报集抄器，并在电表的液晶显示板上显示电量的检测结果。智能电表还可依照指令完成校时、复费率、假日费率、超功、超量等参数的设置和电表采集器的关断和接通操作。 (2)集抄器 集抄器处于整个系统的中间位置，依照主控计算机和集抄器之间、集抄器和智能电表之间的两套通讯协议的要求，在主控计算机和智能电表之间传送数据。一方面，将接收到的主站的命令解拆，下发给对应的智能电表，使其完成各种数据的抄收、参数设置；另一方面，接收所属的智能电表的采集结果打包，发给主站。还要向主站主动上传异常信息。同时，集抄器记录相关上报数据及设定参数，并定时轮询，监视电表状态。 (3)主站监控系统任务 主站监控系统接收供电部门电费管理信息系统(MIS)的命令，与集抄器通过Internet光纤网络进行通信，向集抄器下发实时数据采集和参数设置的命令，将集抄器的上报数据回送系统数据库，上报电费管理信息系统。对集抄器、用户电表的运行状态进行远程监控。 (4)信息管理系统 供电部门电费管理信息系统采用客户机/服务器(C/S)的体系结构。在该结构下，应用系统被分为前端(客户机部分)和后端(服务器部分)两个部分。应用处理(如实现用户界面并处理人机交互)由客户端(Client)完成，数据访问和事务管理(如大量数据库管理或运算量很大的复杂运算)由服务器端(Server)完成。在查询处理过程中，由Client提出查询请求，而Server完成对数据库的查询任务，把查询结果通过网络返回给Client。在本系统中，电费管理信息系统主要完成以下功能： 1．实时数据查询，下发实时处理和参数设置命令。 2．历史数据查询。 3．电费报表管理，按月对电量电费等相关信息进行统计分析。 4．电表基本信息的维护和故障处理等。 5．工作人员登陆授权管理。 (5)有线电视台 有线电视台提供的HFC网络是电表远程抄表系统中数据传输的媒介，网络中数据包的路由，信号在传输过程中的光电传唤，由有线电视台提供的有关设备完成，同时有线电视台也对整个网络进行维护，保护可靠的运行。 3 HFC网络远程抄表系统实现功能 HFC网络远程抄表系统结合现今用电管理的需求，可以实现如下功能： (1)实时读取系统中所属的用户电表或任意一群电表的各种用电参数； (2)实现尖、峰、谷、平不同时段和节假日复费率计费功能； (3)对用户的用电负荷进行控制； (4)能识别表是否正常工作，如果用户的表有异常错误时本系统有自动上报功能： (5)可对系统中任意电表进行接通和关断的远程控制； (6)可以远程冻结用户的表； (7)系统可与供电部门电费管理信息系统进行联接，共享公用数据库。 4 HFC网络远程抄表系统的特点 (1)系统充分利用了现代宽带网络资源，大大减小了在大楼和小区内的布线复杂程度，实现远程的自动抄表和数据采集传输。此类方式是一个实时的在线系统，它克服了通过电话拨号上网的种种弊病，把抄表系统真正提高到了计算机网络化的平台上。 (2)在集抄器与电表采集器数据传输过程中，对数据进行了解调，数据的下行和回传有专用的频段，与有线电视信号互不干扰，信道中数据传输的实时性、可靠性和误码率方面相比低压载波系统来说，有了很大的提高。 (3)远程抄表系统实时采集用户电表的多种参数，如对尖、峰、平、谷有功电量，实时电压、电流以及整点电压、整点电流，无功电量等参数的采集。而且主站还可通过集抄器对电表进行多样操作，如采集器的关断，复费率的设置，抄表时间的设置和超功超量的设置等。 (4)该系统是一个通用的系统平台，除了用于电力部门的用电控制外，还可以方便地扩展到煤气监测系统、用水监测系统等。 (5)随着城市双向有线电视网改造的完成(1～2年后)，远程抄表系统所具备的基于HFC宽带网络集抄功能，计划没置抄读功能，将使供电部门营业处集抄中心帐务中心通过有线宽带接人、实现综合管理(CIMS)成为可能。 5 结束语 本文介绍的基于HFC网络技术的远程自动抄表系统集计算机技术、数字通讯技术、与电表计量技术于一体，采用先进的HFC有线双向宽带网络作为数据传输的平台，进行数据抄录既快速又准确，彻底解决了人工抄表的所有弊病。还可进一步与银行系统的微<