導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)線抄表在電力管理的運(yùn)用探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、解決方案

基于上述種種原因，并適應(yīng)智能電網(wǎng)[1]和當(dāng)前的電網(wǎng)電力管理信息系統(tǒng)（MIS）[2]建設(shè)的迫切要求，集抄系統(tǒng)無(wú)疑是電力管理信息化的一個(gè)重要部分，而且其先天的優(yōu)勢(shì)也得到很多人的認(rèn)可。但是理想和現(xiàn)實(shí)存在一定差距，目前的集抄系統(tǒng)絕大多數(shù)屬于有線的集抄方案，該方案的應(yīng)用不容樂(lè)觀，甚至很多企業(yè)電力管理部門(mén)將其視為一塊“心病”，92％以上的抄表成功率對(duì)于現(xiàn)實(shí)而言意義也不大，抄表人員還要為沒(méi)有成功得到讀表數(shù)據(jù)的電能表進(jìn)行人工抄表。此外，有線的抄表系統(tǒng)投資成本巨大，加上硬件設(shè)施，一個(gè)中小規(guī)模的廠區(qū)也要十萬(wàn)元以上，且施工周期長(zhǎng)，需要和很多部門(mén)例如市政、自來(lái)水、煤氣、電信等協(xié)調(diào)，至少需要1至2個(gè)月的工期，同時(shí)由于線纜是埋入地下，讓故障修復(fù)變得不可控制，維護(hù)壓力巨大。當(dāng)然其他還有些方案，例如自帶采集功能的載波電表等方案，但是都因?yàn)槌杀尽⒓夹g(shù)和實(shí)施問(wèn)題未得到很好的推廣。很多企業(yè)的電力管理部門(mén)要求抄表工作不僅僅是抄回表碼，還要關(guān)注電能表的現(xiàn)場(chǎng)情況，例如是否有偷電現(xiàn)象、電能表燒毀、電能表?yè)p壞等。近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，抄表行業(yè)出現(xiàn)了基于GSM、GPRS等收費(fèi)使用頻段，以及基于紅外、藍(lán)牙、ZigBee技術(shù)等免使用頻段的無(wú)線抄表方式。前一種基于GSM、GPRS等收費(fèi)使用頻段的方式穩(wěn)定性較好，但需要按實(shí)際使用流量收費(fèi)，且工作頻段高峰期擁擠，實(shí)時(shí)性較差，而后一種基于紅外、藍(lán)牙、ZigBee技術(shù)等免使用頻段的方式費(fèi)用低，實(shí)時(shí)性好。本文采用一種基于ZigBee的無(wú)線抄表系統(tǒng)方案，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)抄表系統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能化管理。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

一般來(lái)講，無(wú)線抄表系統(tǒng)[3]的構(gòu)建主要是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，無(wú)線抄表系統(tǒng)分為三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分、無(wú)線組網(wǎng)部分和數(shù)據(jù)管理部分，可由電表集抄中心、智能電表、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、公網(wǎng)等構(gòu)成，形成多層分布式結(jié)構(gòu)。本文所使用的無(wú)線抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。廠房每層樓的電表經(jīng)RS-485總線與本層的采集器相連，采集的電表數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)采集器收集后由本廠房的路由設(shè)備將其匯總并發(fā)出，不同廠房之間的路由設(shè)備經(jīng)過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成一種網(wǎng)狀廠區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于廠區(qū)這種實(shí)際工業(yè)環(huán)境，由于地形、干擾等種種因素的影響，不能實(shí)時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)中每條通道的可行性，采用這種網(wǎng)狀無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某條通道出現(xiàn)暫時(shí)性問(wèn)題時(shí)，通過(guò)其他路徑仍可以達(dá)到目的地，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。網(wǎng)絡(luò)中的所有電表數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)集中器的整理，通過(guò)GPRS公網(wǎng)發(fā)送給集抄中心。集抄中心接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行電表數(shù)據(jù)的記錄以及費(fèi)用的核算。廠區(qū)網(wǎng)狀無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用免費(fèi)頻段的ZigBee協(xié)議。ZigBee[4]協(xié)議是一種可靠的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，與GSM和CDMA類似。ZigBee的無(wú)線傳輸模塊的作用類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基站，通訊距離適中，而且可以根據(jù)實(shí)際的需要無(wú)限擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。和GSM與GPRS兩種常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，其不同之處是此種網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)最初的目的是解決工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中控制數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，從實(shí)際出發(fā)具有使用方便、傳輸可靠、價(jià)格低廉等顯著特點(diǎn)。其自2001年出現(xiàn)以來(lái)得到工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并得到迅速發(fā)展。時(shí)至今日，ZigBee協(xié)議已成為一種世界認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議，其優(yōu)勢(shì)也在不斷擴(kuò)展。1.低功耗由于ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間，這是其他無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。2.成本低ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5—2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。3.時(shí)延短通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制（如工業(yè)控制場(chǎng)合等）應(yīng)用。4.網(wǎng)絡(luò)容量大一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和1個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。5.可靠采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。6.安全ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。因此采用ZigBee協(xié)議作為本無(wú)線抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在廠區(qū)分散環(huán)境下，可以在較小的投入下得到更好的效果。并且采用以上無(wú)線抄表系統(tǒng)不僅符合智能電網(wǎng)和當(dāng)前的電網(wǎng)電力管理信息系統(tǒng)（MIS）的建設(shè)的要求，而且可以大幅度提高工作效率，降低管理核算部門(mén)的管理難度，更有助于企業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。

三、應(yīng)用效果

為確保本系統(tǒng)的可行性與準(zhǔn)確性，隨機(jī)抽取本企業(yè)一個(gè)廠區(qū)中不同分布的五臺(tái)電能表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并與經(jīng)抄表人員人工抄表的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。由上表所示，使用本文所述的無(wú)線抄表系統(tǒng)，抄表準(zhǔn)確率可達(dá)到99.99%。同時(shí)由于采用了無(wú)線抄表系統(tǒng)，滿足了企業(yè)的實(shí)時(shí)性需求，實(shí)時(shí)掌握企業(yè)各部門(mén)的電能消耗，使得電量考核數(shù)據(jù)更加精確，驗(yàn)證了本系統(tǒng)可行性與準(zhǔn)確性。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速、蓬勃發(fā)展，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能源管理系統(tǒng)也將逐漸成為企業(yè)能源管理系統(tǒng)升級(jí)的可靠選擇。借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，不僅可以很好地解決有線通信方式在布線難度、成本核算、維護(hù)和升級(jí)周期等方面存在的問(wèn)題，而且基于網(wǎng)絡(luò)的管理系統(tǒng)靈活性高，前景十分廣泛。本文通過(guò)對(duì)一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線抄表系統(tǒng)的探討與實(shí)驗(yàn)，對(duì)廠區(qū)的部分電表數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取，可以真實(shí)反映廠區(qū)的能源負(fù)荷情況，并提高電能表讀取的準(zhǔn)確性。同時(shí)解決了企業(yè)電力管理部門(mén)在抄表工作上現(xiàn)存的種種問(wèn)題，節(jié)省了人力物力，極大提高了各管理部門(mén)人員分配的靈活性及辦事效率，提高了企業(yè)用電核算的準(zhǔn)確性，推進(jìn)了我國(guó)智能電網(wǎng)和當(dāng)前電網(wǎng)電力管理信息系統(tǒng)的建設(shè)步伐。

本文作者：王愛(ài)民劉俊強(qiáng)工作單位：凌云工業(yè)股份有限公司上海分公司