2009-05-11電力用戶用電信息采集系統(tǒng)-信道介紹

1、電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信信道介紹,徐富泉,通信信道介紹,通信網(wǎng)絡鏈接主站、采集終端、電能表，是信息交互的承載體。通信網(wǎng)絡的主要方式有光纖通信、230MHz無線通信、無線公網(wǎng)通信、載波通信等。 遠程通信是指采集終端和系統(tǒng)主站之間的數(shù)據(jù)通信。 本地通信是指采集終端和用戶電能計量裝置之間的數(shù)據(jù)通信。,通信信道介紹,遠程通信,遠程通信可分為專網(wǎng)信道通信和公網(wǎng)信道通信。 專網(wǎng)信道是電力系統(tǒng)為滿足自身通信需要建設維護的專用信道，可分為230MHz無線專網(wǎng)及光纖專網(wǎng)兩大類。 公網(wǎng)信道是相對于電力系統(tǒng)自身建設的專用信道而言的，它指的是使用或租用通信運營商建設的公共通信資源。,遠程通信,遠程通信,分類及特點

2、,遠程通信,適用范圍,遠程通信,230MHz無線專網(wǎng),230MHz無線專網(wǎng)通信模式簡稱230專網(wǎng)，它是利用國家無線電委員會為電力負荷控制批準的專用、在230兆頻段范圍內的十五對雙工頻點和十個單工頻點構建的、承載于模擬式無線通信技術基礎上的數(shù)據(jù)通信資源，目前仍被多數(shù)網(wǎng)省公司作為電力大型專變用戶用電信息采集和監(jiān)控所用。 在電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設中繼續(xù)保留230專網(wǎng)模式，是當前的技術層面的權宜之計。鑒于該模式受容量限制，可限作為大型專變用戶的信息采集和監(jiān)控之用，并積極向光纖專網(wǎng)過渡。,230MHz無線專網(wǎng) 建設實施,建網(wǎng)時，要進行市區(qū)及各個中繼站（分站）供電區(qū)域范圍內的電磁波傳輸場強測試，提交

3、場強測試報告及中繼站信號覆蓋圖，并在此基礎上設計組網(wǎng)方案。 230MHz無線專網(wǎng)組網(wǎng)時，中繼傳輸信道還可選擇擴頻通信、微波中繼、光纖中繼、網(wǎng)絡中繼等多種方式。對于一些特殊的應用場合還可以采用終端中繼轉發(fā)的方式。,230MHz無線專網(wǎng) 組網(wǎng)方式,單信道無線組網(wǎng) 擁有一組雙工頻點的單信道無線組網(wǎng)技術，采用一點多址的應答式通信方式，是無線電力負荷管理系統(tǒng)最常見的組網(wǎng)方式之一。一般主站電臺采用雙機雙天饋熱備模式，并能自動及手動切換。主站電臺直接與各終端通信，如下圖所示：,單信道雙機雙天饋熱備組網(wǎng)方式示意圖,230MHz無線專網(wǎng) 組網(wǎng)方式,雙信道或多信道無線電組網(wǎng) 系統(tǒng)規(guī)模達到一定數(shù)量時需要采用雙信道或

4、多信道同時工作，從而縮短巡測時間，滿足實際使用要求。在多信道系統(tǒng)中頻率的選用必須解決系統(tǒng)的互調干擾和同頻干擾的問題。 多信道系統(tǒng)可以采用雙工、單工頻點實現(xiàn)混合組網(wǎng)。 多信道組網(wǎng)如下圖所示：,230MHz無線專網(wǎng) 組網(wǎng)方式,多信道組網(wǎng)示意圖,230MHz無線專網(wǎng) 組網(wǎng)方式,中繼組網(wǎng) 主要有倒頻中繼、光纖中繼、微波中繼、網(wǎng)絡中繼、擴頻中繼組網(wǎng)等組網(wǎng)方式，可依據(jù)實際情況加以選擇。 典型的二組頻點無線中繼組網(wǎng)如下圖所示：,遠程通信,光纖專網(wǎng),光纖專網(wǎng)是指依據(jù)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設總體規(guī)劃而建設的以光纖為信道介質的一種電力公司內部通信網(wǎng)絡，覆蓋全網(wǎng)的配電線路。,目前國網(wǎng)公司所轄電網(wǎng)內35kV及以上

5、變電站基本具備骨干光纖通信網(wǎng)絡，具備了向下延伸的網(wǎng)絡基礎。配電線路的光纖專網(wǎng)建設只需在配電線路敷設電力特種光纜，將低壓側全部業(yè)務流進行匯集，在上述變電站節(jié)點與骨干光纖網(wǎng)對接，形成全覆蓋的光纖專網(wǎng)。業(yè)務流向為將配電線路和低壓側業(yè)務，即專變大用戶、工商業(yè)用戶和居民用戶的用電信息統(tǒng)一接入，由上級變電站通信節(jié)點上傳至系統(tǒng)主站。 光纖網(wǎng)絡完整地覆蓋整個配電線路，在每一個專變大用戶和公用臺變提供以太接口方式的網(wǎng)絡接口。,光纖專網(wǎng) 基本條件與建設范圍,光纖組網(wǎng)示意圖,光纖專網(wǎng) 基本條件與建設范圍,分為以太無源光網(wǎng)絡（xPON），傳統(tǒng)SDH/PDH混合組網(wǎng)和光調制解調器組網(wǎng)三種類型。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,

6、（1）以太無源光網(wǎng)絡（xPON）：xPON是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術，它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。它在物理層采用了PON（無源光網(wǎng)絡）技術，光線路終端（OLT）與光網(wǎng)絡單元（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此，可有效節(jié)省建設和運營維護成本，尤其適應于配網(wǎng)線路配網(wǎng)結構，具備通信保護能力。xPON在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，使用標準以太網(wǎng)（I）利用PON的拓撲結構實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術和以太網(wǎng)技術的優(yōu)點：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等

7、。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,基于xPON技術的兩種組網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)示意圖如下：,以太無源光網(wǎng)絡組網(wǎng)方式一,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,多級分光方式。此種方式采用單纖波分復用技術（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT（光線路終端），傳輸距離可達20公里。在ONU（光網(wǎng)絡單元）側通過多級光分路分送給最多64個用戶，因此可大大降低OLT（光線路終端）和主干光纖的成本壓力成本較低。此方案適合呈帶狀或鏈狀分布的配網(wǎng)線路。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,以太無源光網(wǎng)絡組網(wǎng)方式二,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,在OLT（光線路終端）側配置多路分光器，直接輸出至多路終端進行通信。此種方式

8、組網(wǎng)方式靈活，覆蓋半徑大，布放多芯光纜時僅需放置分纖器而不使用分光器，傳輸距離較遠。此方案適合業(yè)務需求密集的城鎮(zhèn)地區(qū)。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,（2）SDH/PDH混合組網(wǎng)方式是電力通信專網(wǎng)比較傳統(tǒng)的通信方式，在骨干網(wǎng)絡上應用廣泛，即需要在每個站點配置光端機，技術成熟，運行穩(wěn)定，但對運行環(huán)境要求較高。成本較無源光網(wǎng)絡亦高。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,SDH/PDH網(wǎng)絡組網(wǎng)方式,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,此種組網(wǎng)方式每一級都需要進行一次光電轉換，通信網(wǎng)節(jié)點較多，維護量大。但在已建成的網(wǎng)絡中擴展非常方便，只需布放較短距離的光纜即可對網(wǎng)絡進行延伸，適用于對通信速度要求不高的場合。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案

9、,（3）光調制解調器方式組網(wǎng)，在簡單點對點通信中應用較廣，技術成熟。但對于大數(shù)量臺區(qū)組網(wǎng)，會大量占用光纖資源，增加建設成本。,光調制解調器組網(wǎng)方式,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,在變電站內放置光收發(fā)池，點對點和業(yè)務點進行通信。此種方式應用較為廣泛，覆蓋半徑大，設備升級擴展方便，但在原有網(wǎng)絡上增加通信節(jié)點可能需要重新布放光纜和添置局端設備，成本較高，適合業(yè)務數(shù)據(jù)量較大的城鎮(zhèn)地區(qū)選用。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,推薦使用方案 綜合以上組網(wǎng)技術和電力網(wǎng)絡的實際情況，推薦采用xPON技術進行組網(wǎng)。目前的電力骨干網(wǎng)絡已滿足向配網(wǎng)線路延伸的基本條件，xPON技術非常適合于呈帶狀或鏈狀分布的配網(wǎng)線路，系統(tǒng)建設成本低

10、，易于維護，標準10/100BASE-T RJ-45以太網(wǎng)接口輸出至終端，方便應用和擴展，也方便原有業(yè)務終端的接入。,光纖專網(wǎng) 光纖組網(wǎng)方案,遠程通信,遠程通信,分類及特點,公網(wǎng)信道是相對于電力系統(tǒng)自身建設的專用信道而言的，它指的是使用或租用通信運營商建設的公共通信資源。 公網(wǎng)信道可分為無線、有線兩大類， 隨著通信技術的飛速發(fā)展，公網(wǎng)信道（尤其是無線通信，如3G技術）能為用電信息采集系統(tǒng)提供傳輸速率更高、傳輸數(shù)據(jù)量更大的數(shù)據(jù)傳輸信道。 常用的公網(wǎng)信道類型見下表,分類及特點,遠程通信,適用范圍,遠程通信,設計要求,由于公網(wǎng)信道建設的初衷是為社會公眾提供通信資源，用電信息采集系統(tǒng)使用公網(wǎng)信道時必須

11、采用一系列的技術手段以滿足自身需求，尤其應該在安全性、可靠性、實時性、可擴展性、經(jīng)濟性等諸方面著重考慮。 建議以?。ㄖ陛犑校┕緸閱挝唬厥校▍^(qū)縣）單位參與，統(tǒng)一與通信運營商協(xié)商進行技術與商務談判爭取最大的技術支持和最優(yōu)惠的資費以滿足下述各項要求。,設計要求,安全性要求 必須組建獨立的APN/VPN私有虛擬專網(wǎng)，從IP層予以隔離，隧道外的公網(wǎng)IP無法訪問隧道內的IP，隧道內的IP不能訪問隧道外的IP，隧道內的IP互訪也僅限于授權的資源。通信運營商需采用IPSec、ACL、信息加密等技術保障公網(wǎng)的通信安全。,設計要求,與通信運營商對接的通信設備必須放置在隔離區(qū)，通過防火墻予以隔離。 必須設置完善

12、的身份認證體系，攔截非授權設備接入。 應建立終端IP綁定機制，身份唯一識別。 應建立終端SIM/UIM卡號認證體系，攔截非法SIM/UIM登錄。 應建立終端主叫識別機制，攔截非法指令。,設計要求,可靠性要求 通信網(wǎng)關必須可靠，硬件設備可采用集群機制保障可靠性，單點設備故障不影響整個通信網(wǎng)關的正常通信。通信網(wǎng)關軟硬件應具備自診斷、自守護、自恢復功能。 實時性要求 信道接入應盡量縮短通信延時。正常情況下，采用ADSL、GPRS、CDMA信道遙控響應時間5s，SMS信道召測響應時間30s。,設計要求,可擴展性要求 當接入終端規(guī)模不斷擴大時，公網(wǎng)信道應具備很強的可擴展性，通過增加通信設備或增加通信進程

13、(線程)滿足不斷增大的系統(tǒng)通信需求。,設計要求,經(jīng)濟性要求 在使用公網(wǎng)信道時，應充分考慮使用成本，優(yōu)先選擇性價比高的信道。 公網(wǎng)信道中移動通信網(wǎng)絡（GPRS/CDMA/SMS）覆蓋面廣、可靠性高、實時性好（GPRS/CDMA）、資費低，應優(yōu)先采用。移動通信網(wǎng)絡（GPRS/CDMA/SMS）建議使用GPRS/CDMA為主信道，SMS作為備用信道。,設計要求,經(jīng)濟性要求 使用移動通信網(wǎng)絡需支付每臺終端的月通信費用，一般采用包月套餐，包月資費含：主信道(GPRS/CDMA)流量不低于xMByte，外加短信不低于y條，包月資費不高于z元/月（x,y,z值依賴于系統(tǒng)的規(guī)模及商務談判）。采用省公司（直轄市

14、）統(tǒng)一與通信服務商協(xié)商可以獲取較低的通信費用，也便于維護。對于短信部分，可以采取捆綁一定數(shù)量短信的策略，即采用全?。ㄖ陛犑校├壥褂?，一年結算一次的方式，以降低短信總資費。 在使用過程中，應建立通信費用監(jiān)控、預警與評估機制，及時發(fā)現(xiàn)通信異常，杜絕終端費用超標現(xiàn)象發(fā)生。,遠程通信,GPRS/CDMA無線公網(wǎng)組網(wǎng)方式,組網(wǎng)方式,采集終端接口方式： 采集終端以無線MODEM的方式和GSM/CDMA基站進行數(shù)據(jù)信號的調制通信，遵循GPRS/CDMA無線傳輸標準。 GPRS/CDMA核心網(wǎng)和系統(tǒng)接入設備之間組建獨立的APN/VPN私有虛擬專網(wǎng)，公網(wǎng)和采集系統(tǒng)之間以專線形式連接。 終端和通信平臺之間建立建

15、立TCP/IP協(xié)議鏈接，并一次作為用電信息采集系統(tǒng)通信的物理鏈接。 終端地址分配：靜態(tài)分配方式MS號碼與IP地址進行綁定。終端保持GPRS永遠在線狀態(tài)。,組網(wǎng)方式,通信方式比較,下表是各種不同數(shù)傳通信方式的比較：,通信方式比較,確定電力用戶用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通信信道的應用時應按以下優(yōu)先原則進行： 首先，市區(qū)和城鎮(zhèn)首先選擇電力營銷專用光纖網(wǎng)絡； 其次，可應用公共營運商提供的GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡，構建虛擬專用數(shù)傳通信網(wǎng)絡； 第三，利用供電企業(yè)現(xiàn)有的230MHz無線專網(wǎng)資源。,通信方式比較,通信信道介紹,本地通信,本地通信是指采集終端和用戶電能計量裝置之間的數(shù)據(jù)通信。對于不同電能信息采集

16、應用，本地通信的差異很大。專變、公變的電能信息采集的本地通信通常采用RS 485總線，相對比較簡單；居民電能信息采集的本地通信相對比較復雜，多種通信方式同時共存。 本地通信分為電力線載波（窄帶、寬帶）、RS 485總線及微功率無線等通信方式，其中電力線載波通信又分為窄帶和寬帶兩類；微功率無線指使用433MHz/470MHz頻率、發(fā)射功率小于等于20mW的無線射頻通信，也稱為小無線。,本地通信,分類及特點,本地通信,適用范圍,本地通信,遠程通信,窄帶載波,集中器載波表組網(wǎng)方式和集中器采集器組網(wǎng)方式下圖所示。,集中器-載波表組網(wǎng)方式示意圖,窄帶載波,集中器-采集器組網(wǎng)示意圖,窄帶載波的路由：集中器

17、的路由設定應當是采用自我學習，自動優(yōu)化設定的方式。,遠程通信,寬帶載波,寬帶載波組網(wǎng)拓撲圖,寬帶載波,在每個配電變壓器低壓出線側安裝集中器（內含寬帶電力線載波通信模塊并與光網(wǎng)絡設備通過RJ45接口連接）進行寬帶載波信號注入，各計量表箱安裝采集器，通過485線對表箱內的電表進行采集。集中器作為寬帶電力線載波的頭端設備與寬帶載波采集器組成寬帶電力線網(wǎng)絡，形成以電力線為傳輸介質的高速IP網(wǎng)絡。采集的數(shù)據(jù)通過電力線網(wǎng)絡傳至主站。在通信效果欠佳的情況下，可通過安裝中繼器增強通信效果。,寬帶載波,寬帶PLC信號耦合方式一般采用“相-零”耦合，在所有小區(qū)都能順利實施。在地線完備的小區(qū)，可采用地線耦合寬帶電力線載波信號進行數(shù)據(jù)傳輸，地線上分支少干擾小，信噪比更高，可帶來更好和傳輸效果和穩(wěn)定性。 在通信效果欠佳的情況下，可通過安裝中繼器增強通信效果。寬帶PLC中繼技術支持時分和頻分方式，用于應對電力線傳輸阻抗失配較大或延伸通信距離。,遠程通信,RS-485接口,RS-485總線方式主要是指集中器和配電總表以及采集器和電能表的通信。 技術要求： 接收器的輸入電阻RIN12k。 驅動器能輸出7V的共模電壓。 輸入端的電容50pF。 在節(jié)點數(shù)為32個，配置了120的終端電阻的情況下，驅動器至少還