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

安科瑞 陳聰

摘要：隨著計量自動化系統(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)到解決實際抄表問題的目的。

關(guān)鍵詞：計量自動化系統(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)在配電自動化和計量自動化中的應(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，實現(xiàn)全量客戶自動化模式抄表，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)，人工抄表耗時費(fèi)力且人身風(fēng)險較大。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.計量自動化系統(tǒng)

搭建計量自動化系統(tǒng)以實現(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)采集是計量自動化系統(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)定可靠傳輸是整個計量自動化系統(tǒng)良好運(yùn)行的基礎(chǔ)。計量自動化系統(tǒng)可進(jìn)行自動抄表率、終端在線率、數(shù)據(jù)完整率等多項指標(biāo)統(tǒng)計。借助系統(tǒng)統(tǒng)計指標(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。

1. 采集終端遠(yuǎn)程抄表實現(xiàn)過程

2. 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)實現(xiàn)與計量主站的雙向通信。廠站側(cè)電能量數(shù)據(jù)采集通信可靠[5]。

3. 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、聯(lián)通、電信），實現(xiàn)計量主站與負(fù)控終端的雙向通信。

4. 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)的實時采集，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

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、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)，能夠提高采集實時性，實現(xiàn)停電事件主動告警等高級應(yīng)用。但目前移動運(yùn)營商N(yùn)B-IoT的基站未全面覆蓋，且NB-IoT采集方式帶來了SIM卡通信費(fèi)用，因此短時間內(nèi)難以全面推廣。

LoRa是一個更靈活的自主網(wǎng)絡(luò)，是一種低功耗遠(yuǎn)距離局域網(wǎng)，一個LoRa網(wǎng)關(guān)可連接上千個乃至上萬個。

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)，實現(xiàn)與計量主站的雙向數(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，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，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)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

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、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、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動顯示。

4.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

4.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

4.3.3用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計，支持報表數(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

復(fù)費(fèi)率報表按日、月、年統(tǒng)計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、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(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段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)出報表。

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用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計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，報告可編輯。

5.系統(tǒng)硬件配置

6.結(jié)論

基于計量自動化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表技術(shù)，是推動供電企業(yè)計量、營銷工作向自動化、智能化發(fā)展的動力。解決信號盲區(qū)終端數(shù)據(jù)采集問題，實現(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頑疾，及時、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)采集數(shù)據(jù)，減少電費(fèi)差錯的同時，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。

7.參考文獻(xiàn)

[1]趙永良.用電信息采集系統(tǒng)本地通信方式對比研究[J].電力系統(tǒng)通信，2010，31（216）：50-54.

[2]賈玲.淺談自動抄表技術(shù)在電能計量領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2010，（6）：188-189

[3]孫國學(xué)，鄭帆.遠(yuǎn)程自動抄表技術(shù)在供電企業(yè)中的應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2008，（3）：5-8.

[4]張捷，付瑤，孫漢威，陳蓉燕，徐揚(yáng)[J].公網(wǎng)無信號區(qū)域遠(yuǎn)程抄表問題解決方案

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.