【摘要】对电力行业现有的各种抄表方式进行了总体的分析和比较，总结出当前适用的抄表方式，并从现有的技术平台以及成本等方面给出较为充分的论述，而且对诸如抗干扰等影响实际使用的重要因素给出了切实可行的解决方案。
【关键词】自动抄表电力线载波数据传输差错控制
1概述
电力是社会文化生活及工业生产的最主要能源。伴随着我国经济建设的快速发展以及城乡居民生活水平的提高，对发展电力系统提出了更新、更高的要求。21世纪是一个信息的时代， 无疑电力作为未来社会的重要能源基础设施，也必将走向信息化。根据国家电力公司“厂网 分开”的总体部署，电力部门将成为以管理电网为主要内容的企业，同时随着城乡电网改造及“一户一表”工程的实施，电力部门对电力的调度和控制，无论在管理手段上，还是在技术手段上都需要有极大的提高。
在电力事业迅速发展，电网不断扩大的同时，用户对用电质量和供电可靠性的要求也越来越高，要求电力供电部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。传统的技术和管理手段已无 法适应新的形势，在配电自动化和电力系统通信等方面的滞后显得尤为突出。
配电自动化是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统，是现代计算机技术和通信技术在配电网监视与控制上的综合应用。配电自动化可以大大提高配电网运 行的可靠性和效率，提高电能的供应质量，降低劳动强度和充分利用现有设备的能力，从而对用户和电力公司均能带来可观的收益，配电自动化正是电力企业发展的必由方向。同时，由于国家市场经济的进行，加上进入WTO在即，各行业都提高了市场竞争意识，如何采用新技术提高竞争力，树立良好形象，提高经营管理水平，提高服务水准，成了电力企业关注的焦点。
在电力系统通信方面，随着电力工业的飞速发展，特别是在电力走向市场，实行“厂网分开，竞价上网”的形势下，现有通信传输网越来越难以满足各种通信业务的需求，成为电网进一步发展的“瓶颈”。电力走向市场，电力通信网将作为电力市场的重要组成部分，必须承担繁重的业务信息传输任务。
这些信息主要包括以下几个方面：
(1)调度电话、行政电话。
(2)保护信息、安全自动装置信息、故障录波信息以及水文、水调度信息等。
(3)调度自动化信息，包括电网生产实时信息、远动信息、AGC信息、计算机实时信息、电能 量计费系统、EMS、SCADA等。
(4)自动化应用业务，包括电力企业MIS、VOD视频点播、交互视频，会议电视系统等。
(5)电力市场支持信息系统包含的各类应用业务。
(6)Internet信息系统、多媒体系统等。
各类信息的传输对可靠性、实时性和突发性的要求都与传统通信业务有很大的不同。以当前的网络条件，显然无法满足要求，这就迫使电力专用通信网的规划建设应着眼于提供可靠、灵活、高质、高速的宽带服务，满足各种应用业务的数据通信业务要求，并考虑向社会开放，创造电力市场新的增长点。
以中低压配电网电力线作为信号载体实现通信，是90年代中期以来各国电力与通信界研究的一项前沿技术。该技术在电网自动化、自动抄表、楼宇自动化等领域已广泛应用，尤其是对电网的市场化运行有特别重要的意义。
在近几年的实际研究和应用中，电力线通信技术的研究与应用范围不断扩大，涉及的领域主要有：各种表记读数的自动抄收、用户需求侧管理(DSM)、负荷的自动监测与自动切换、远端用户的电源供电质量、电压稳定、干扰、谐波等的监测、楼宇自动化系统、家庭安全防范系统、电力线局域网等。
2自动抄表的现状及分析
自动抄表系统作为配电自动化中的一部分，必须顾及到配电自动化系统的发展，从而要求它必须不论是系统通信通道的构建还是系统各组成部件等方面都必须适应配电自动化的总体发展，也就是说，自动抄表系统不但必须有良好的灵活性、可扩展性，更加需要有在电力系统的生产与规划中的适用性。
纵观当前抄表方式，大致有以下几种：
(1)有线总线方式此技术成熟、简单，在通信信道正常的情况下通信稳定可靠，可以实现即时通信，但布线量大，通信信道易受人为损坏，损坏后故障排除困难、恢复慢，信道后续维护量大。
(2)低压电力线载波方式就目前的成本要求和技术水平而言，低压电力线载波通信方式已 经满足实用化要求。由于利用现有电力线作为通信信道，因此信道建设工作量极少，且信道不易被破坏。目前，利用电力线进行实时监控还有待完善，但是利用电力线进行电能表数据 传输已经完全可行。
(3)公用电话网方式较稳定可靠，维护量也较少，但系统运行有固定的基本费用，而且不能覆盖所有的用电区域，使用后易受制约，因而不利于长期规划和发展。
(4)10kV电力线载波方式最大的优点是网络自成一体，不涉及电力企业以外的部门，一次性投资后，不再发生大的费用，即系统后续的运行费用以及维护费用都极少。该方式的另一个优点是系统的整体数据抄收快，比公用电话网和无线网方式都快。缺点是系统的安装和维护可能要求线路停电，需要部门之间的协调。
(5)其他如专用无线网、公用无线网(即蜂窝分组无线交换网)、光纤光缆网、有线电视电缆网等通信方式，大多存在诸如造价高、安装维护复杂等，不适用于电能表的远程抄收。
综上所述，目前在电能表远程抄收中，最适宜采用的方式为低压电力线载波与10kV电力线载 波所组合而成的系统。优点有以下几个方面：
(1)电力线是电力部门完全控制的通信信道。可以直接利用电力线信道，实现电网自动化中遥信、遥测、遥控的各项功能，而不必另外敷设通信信道，也可以不用或少用公用通信信道。
(2)电力线是所有住房和建筑物的基础设施，以其作为通信信道，可大大节省铺设新的通信信道的投资。
(3)以电力线作为通信信道，几乎不需要维护或维护量极少。
(4)以电力线作为通信信道，组网灵活，扩容容易，易于规划和使用。
利用电源线作通信信道，有很大困难，主要有：
(1)多种不同类型的电源线对信号所呈现的特征阻抗和衰减常数不一样。
(2)不同的用电负载有不同的特性。
(3)负载情况在经常变化。
(4)电源线上除50Hz交流电外，还存在不同来源的多种电磁干扰，窄带的宽带的均有。
在低压供电网中，各种电气设备操作所造成的干扰，工业设备的电火花、闪烙、电焊干扰，外界电台信号干扰及自然界存在的各种电磁干扰，比如雷击及宇宙射线等，使得电网噪声分布频带宽，随机起伏大，信噪比极低。
当然，噪声分布及信号衰减也不是无规律可寻，一般来说，电源线上40kHz以下的干扰最为 严重，因此传输信号频谱下限不应低于40kHz，上限频率可延伸到广播中波频段的低端；电源线的特性阻抗在15～60Ω之间，因而对传输信号的衰减较大，家庭电源线一般100m的衰减 约为10dB，而工厂和实验室大约20m就可能高达20dB。10kV高压干线干扰相对较小较干净，因为高压与低压间有市电变压器耦合，干扰在低电压端被吸收而传不上高压。
针对噪声的特点和出现规律，在采用电力线载波技术进行通信时，可以采取以下措施：
(1)参考国际上成熟的标准，结合国内的电网实际状况，选择适合的通信频带。国际上的有 欧洲标准CENELEC EN50065—1所使用的A频段3～148.5kHz，美国FCC标准的100～450kHz频段。根据国内电网，宜选用80～200kHz频段。
(2)对雷击采取多点防护措施。比如设置共模抑制线圈和压敏电阻组成的浪涌电压吸收电路；工作电源入口和用户接口电路中使用瞬变电压抑制器件，防止经由电源回路和外部接口串入的雷击干扰；监控MCU的电源经过滤波后单独供电以进一步防止雷击对整机的影响。
对于10kV载波通信，中压耦合设备中的耦合电容和结合滤波器在耐压参数选择上应留有较大余量。结合滤波器输入端带有一个内置大容量氧化锌避雷器，而且其输入和输出端完全依靠磁耦合方式传递信号，可以有效地衰减和隔离雷击脉冲的影响。同时使用具有一定耐压等级的隔离变压器，而且在这些隔离变压器后端使用的器件均考虑到适当的耐压等级。
(3)在硬件方面，为了减少各个电路部分相互之间的串扰，要合理划分弱信号电路，强信号电路；合理划分数字电路部分和模拟电路部分；对于模拟信号输出和输入口均采用磁路耦合方式进行隔离，同时对于输入信号使用具有高的带外衰减系数的无源带通滤波器；对于外部数字信号接口电路部分使用具有良好电磁兼容性能的集成电路；在各输入和输出端口添加相应的保护器件；另外，还要使用具有高稳定性、高抗干扰性的电源，进一步提高整体的抗干扰能力。
(4)在软件方面，使用内置式看门狗，使之能够有效地监测软件运行故障，在合理的较短时间内从故障中恢复；在MCU软件设计中使用分布式软件陷阱，以监测软件的运行并从故障中恢复；对端口采样时，使用重复采样判别技术，防止慢上升速率信号中叠加的噪声对采样精度的影响。
(5)在数据传输方面，为了提高传输的可靠性，克服信道中噪声对判决错误的影响，除了合理选择调制与解调方法外，还要采用差错控制编码技术(也称纠错编码)，最大限度地保证数据传输的可靠。
在实际应用中，通过采取以上措施，很好地解决了电网干扰的问题。
3前景
电力线载波通信技术的应用不仅仅局限于远程无人抄表，还可以在配电系统线路上各相应的地方加装某些数据采集和控制装置，实现配电自动化。例如：
(1)对于某些工业用电户、重要或特殊的用电区，可以方便地在系统相关部分加装传感器组件以及功率控制组件等，以对用户及线路的电力运行进行自动遥测、遥控(例如对欠费用户实行断电处理等)，实现电力自动化管理，提高电网经济效益。
(2)对于野外、农村和山区的输电线路则可附加相应组件，以对线路及设施运行状况进行监测和维护，减少线路维护时间和工作强度。
(3)可与配变监控终端相配合，组成配电监控系统。
(4)可利用10kV载波通道实现馈线自动化、开闭所和配电变电站自动化，负荷监控管理等配电自动化。
从本质来说，电力线载波通信是以电力网作为信道，实现数据传递和数据交换。电力线连接家家户户，甚至每一个房间、每个用电设备。若能在电力线上实现可靠、安全的通信，对于实现对用电设备的监测和控制，在经济性、便利性等方面都具有其他通信方式不可比拟的优势，进而若能以电力网为信道，进入公用电话网和因特网等通信领域，则其应用前景将更加广阔。
