电力线远程自动抄表系统的研制.pdf
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1、四川大学硕士学位论文电力线远程自动抄表系统的研制姓名:袁笑鹏申请学位级别:硕士专业:电力系统及其自动化指导教师:田远富20030401电力线远程岛动抄表系统的研制窀力系薤爱羹蠡凄憩专曼疆窕嫩袭莛鹧摇嚣鬻黼群远富隧鬻貔鹫藩琵经济鞍魄力攀邂筑逐滚寝鼹,缝犬部分逮蓬麓瘸魄鬯没青蔽麓,户袭裁墨基本蓉及。垒遣霰熬篷力受耱篷溅、控潮系统愁在些建嚣毅A 霞臻,取褥了鞍菇麓羧粱。侄蘸基懑力弱产爨予鼗爨多,蜷蠛努鸯广,遗力公司的抄表工作量褶懑大,因此采用新的技术筝段,军甩杰地靳远程自动抄袭技术,究敲鑫动抄袭鬻=遮猢实嚣亨益控魄耗表诗的嚣静;同辩域多天王上门轸寝、数搬输入等繁杂又磐易如铸的劳动,提高工律效率,真正
2、微到阉电管理自动魏,鑫旗掺表系统裁簸为魄力公运薅凌抄表露题麓一黎莲驽。,羁翦,远程爨凄掺凌技术(A u t o m a t i cM e t e rR e a d i n gS y s t e mA M R S)簧意专线逶黼技术霸窀力线戴波髓倍技术。专线逶镕技术俸必零裁方法,蒜特点是通信稳滗性好;但是需铺设专阁通信线路,存秘施工量大、综合成本瀚、维护爨强囊、;嚣城嚣燕工鼹壤交攀瓣题,黪叛大簸攒旋徭。魄力线载淤瀵餐接式采掰皂力缝 警为运绩奔震,哭鸯究分刹弱巍蠢姿灏、彝麓王、综金成本诋、不受繇蘧条镣缀裁莓燕轰。爨罴,惫努凌逶蕊穰暹存密瓣歌鼗嗓声夫、陵捺穗受鼗嶷豫大、髂譬衰减夫等缺纛,严蓬制约了它的
3、礴敝翻用。针对-二述翘题,本交撼濑了转解凌方塞。零方案袋怒扩鼹皴潦道镶鼓寒,利用扩糊通信抗于扰熊力强的特点,大大提高了数据传输的可靠憔,蜜现了在巾、羝擞邀力线上耱进行运糕抄袭豹功蕤。扩毅技零耪娄较多,主要瞧菇妻蓑露舞扩灏、黢蘩,筑霹巍我健潺簇。塞予毫力缓蘧髂露境麓簿臻骸,主要是蒙率的跟嗣,以及蔽奉、竣诗簸杂程度等鞭素,态僚疆奄力线上是慧溯霈扩颓逶信中的躐憔调频技术。线性调缀技术能够很好粥寂现低成本韵将倍峰扩展到可爝频段,潮对它不使用伪髓桃粥。从露不存在伪髓规码闽步阕蹶。熊缀燃采甩类戗戳太瓣的冲突检测方式,蜜瑗总线复瘸。萋予戴,本文设诗了一鼙争在低压电力线上进行数据传输的电路模块,以实现数据的准
4、确传输。此电路模块的核心部件就是一种基于线性调频的扩频载波(S p r e a dS p e c t r u mC a r r i e rS S C)技术的电力线网络接口控制器。本文试强从通信数角度探讨魄力线远程抄表系统熟设诗葶瑟实现。蓠毙象设计孛采矮懿线缝谣颓技术貔萋本蒎理彳乍了分褥,陡爱洋维论述了系统懿矮箨设计合软件开发。其中硬件设计包括用户数据采集器、数据集中器和数传机。软件开发包撼蒜模块单片机汇编程序的编写。最后,对该系统进行了调试和性能分析。实验童调试及现场测试绺果说明,本抄表系统性能优越、性价比筒,稍加改动即可遴入真正静实用阶段。关疆竭:抄袋系统扩颏逶蕊魄力线线缝调频D e v e
5、 l o p m e n to fA u t o m a t i cM e t e rR e a d i n gS y s t e mo nP o w e rL i n eE l e c t r i cS y s t e ma n dI t sA u t o m a t i z a t i o nP o s t g r a d u a t eY u a nX i a o p e n gS u p e r v i s o rT i a nY u a n f uW i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y,t h ec o n s u m p
6、t i o no fe l e c t r i c a lp o w e rh a sg r e a t l yi n c r e a s e d B e c a u s eo ft h eg r e a ta m o u n ta n dw i d e s p r e a do ft h ep o w e rc o t l s u m e r s,t h ew o r k l o a do fm e t e rr e a d i n gb e c o m e sb u r d e n s o m e A u t o m a t i cM e t e rR e a d i n gS y s t
7、 e mi sag o o ds o l u t i o nf o rt h i sp r o b l e m A M R Sc a nh e l pu sr e d u c et h ew o r k l o a do fm e t e rr e a d i n g,i m p r o v ew o r ke f f i c i e n c ya n dr e a l i z et h em a n a g e m e n ta u t o m a t i z a t i o n A tp r e s e n t,t w os c h e m e sa r ea p p l i e di n
8、A M R S T h ec o n v e n t i o n a ls c h e m ei sb a s e do nt h es p e c i a lt r a n s m i s s i o nl i n e I nt h i ss c h e m e,s p e c i a lt r a n s m i s s i o nl i n e sa r el a i dt ot r a n s m Rt h es i g n a l s,w h i c hg r e a t l ye n h a n c et h es t a b i l i t yo fc o m m u n i c
9、 a t i o n。H o w e v e r,t h ee x o r b i t a n tc o s to fl a y i n gs p e c i a ll i n e sa n dm a i n t e n a n c e,g r e a tw o r k l o a da n dd i f f i c u l t yi nc o n s t r u c t i o np r e v e n ti tf r o mp o p u l a r i z a t i o n T h eo t h e rs c h e m ei sb a s e do nt h ee l e c t r
10、 i c a lp o w e rl i n e,w h i c hm a k e su s eo ft h ep o w e rl i n ea st r a n s m i s s i o nm e d i a O nt h ec o n t r a r yt ot h ef o r m e rs c h e m e,t h eo v e r a l lc o s to ft h i ss c h e m ei sf a i r l yl o w,w h e r e a s,t h es t a b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o ni su n w
11、 a r r a n t e d G r e a ti n t e r m i t t e n tn o i s e,w i d ev a r i e t yo fi m p e n d e n c ea l o n gw i t ht h el o a da n dg r e a ta t t e n u a t i o no fs i g n a l sh a v er e s t r i c t e dt h ef u r t h e ru t i l i z a t i o no f p o w e rl i n e,I na l l u s i o nt ot h ep r o b
12、l e mm e n t i o n e da b o v e,an e ws c h e m ei sb r o u g h tf o r w a r di nt h i sp a p e r S p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sa p p l i e di nt h i ss c h e m e,w h i c hg r e a t l yi m p r o v e dt h er c l i a b i l i t yo fd a t at r a n s m i s s i o
13、 n S p r e a ds p e c m a mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yc a I lb ec l a s s i f i e di n t of o u rc a t a l o g s:D i r e c tS e q u e n c eS p r e a dS p e c t r u m,F r e q u e n c yH o p p i n g,T i m eH o p p i n ga n dC h i r p T h eC h i r pt e c h n i q u ec a ne f f e c t i v
14、 e l ys p r e a dt h es i g n a l st ot h ea v a i l a b l ef r e q u e n c yb a n dw i t hl o wc o s t i td o e sn o tn e e dp s e u d o r a n d o mc o d ea n dc a r l b eu s e dt oi m p l e m e n tC a r r i e rS e n s eM u l t i p l eA c c e s sn e t w o r k s T h i sp a p e rf i r s ti n t r o d
15、u c e st h ef u n d a m e n t a lp r i n c i p l e so fC h i r pt e c h n i q u e,a n dt h e nd i s c u s s e st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n to fA M R Si nd e t a i l T h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i sr e s u l t so f t h i ss y s t e ma r ea l s ol i s t e di nt
16、 h ee n do f t h i sp a p e r K e yw o r d s:A u t o m a t i cM e t e rR e a d i n gS y s t e m,S p r e a dS p e c t r u mC o m m u n i c a t i o n,P o w e rL i n e,C h i r p s四川大学硕士学位论文(2 0 0 3)1 概述1 1 课题的目的、意义和必要。|生从十九世纪七十年代贝尔发明电话到今天信息高速公路的建设一百多年来,通信技术已经发生了翻天覆她的变化,特别是近年来,随着微电子技术和计算机技术的商速发展,通信技术更是日
17、新月异。迅速发展的通信技术已经成为人们生活不可缺少的一部分。随着城乡电网改造工程的深入和电力市场改革的深化,要求用电管理、配电管理实现智能化、自动化和科学化,配电网的自动抄表系统是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分。通过自动抄表可以实现自动、集中、定时地抄录各用户的电量;迅速统计低压实时线损;通过银行向各用户自动完成转账收款、电费结算:为供电部门的用电监察提供服务;当配网电力市场开放时,提供更多的用户信息和市场信息。因此自动抄表系统是迈向配电自动化的第一步。集中抄表的媒介可以有低压电力线、双绞线、同轴电缆等。目前,大部分建筑物内的防火、防盗、空调等系统都是基于双绞线、同轴电缆或光缆等物
18、理媒介进行通信的。这些通信线路,虽然通信容量较大,但造价高、维护难,尤其对老建筑物的改造更加不易。相反只要有建筑就会有电力线,利用电力线进行通信可以大大地减少投资和对线路的维护成本。电力线自动抄表系统的成本低,免去了重新架设线路的麻烦,而且可最大限度地发挥电力系统的优势。电力部l J 平U 用电力线传输数据可以达到四遥的水平,即遥测、遥讯、遥控和遥调。这样就可以节约大量的人力、物力和财力。因此,电力线远程抄表是最符合电力系统特点的自动抄表方案,但低压电力线路的恶劣通信环境和由此造成的抄表成功率低的现象却阻碍了此项技术的大量应用,所以在电力线远程抄表系统中,核心问题就是低压电力线上的通信问题。单
19、边带调幅电力线载波通信技术在电力系统中许多年来一直起着主导作用,并取得了成功经验,但对配电线路(t 0 K V)来说,其恶劣的通道特性,历来被认为是不宜使用载波通信的。同样,在低压(2 2 0 V、3 8 0 v)电力线上的干扰问题也十分严重,以往采用的窄带通信技术,如F S K、P S K 等存在数据传输速率低、误码率高等缺陷,因而其应用受到极大限制。近几年来,扩展频谱通信(S p r e a dS p e c t r u mC o m m u n i c a t i o n)技术在通信,特四川大学硕士学位论文(2 0 0 3)别是无线通信领域已经广为应用,例如,无线局域网、点对点数传系统、
20、个人通信系统等。同时在导航和测量系统中也受到日益广泛的重视和应用。扩频通信相对窄带通信技术而言具有一定技术上的优势,主要表现在抗干扰能力方面。因为扩频信号的带宽通常较大,所以其受干扰的频率范围所占比例相对减小,换句话说,就是各种噪声仅能影响到一小部分所要传输的信号,而大多数信号都能完整、正确的到达目的地,所以对于各种类型的干扰都具有较强的抵抗性。对于最常见的脉冲噪声而畜,尽管窄带通信中的接收器具有较窄的通带,使锝仅有一小部分噪声能进入接收器,但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因素,瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰;而使用低品质因素的滤波器又会使其通道带宽加大,令更多的噪声进入接收器,所以,窄
21、带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。然而,利用扩频技术,当接收到具有较大能量的噪声信号时,接收器会在噪声的高能部分自动停止工作,所以接收方仅对一小部分受影响的信号进行纠错解码即可:另外,扩频接收设备使用的滤波器具有较低的品质因素,因而不会造成系统自干扰。所以,扩频技术具有较强的抗干扰能力。综上所述,将扩频通信技术应用到电力线远程抄表系统之中,可以有效的解决电力线通信信道中干扰严重的问题,进一步把远程抄表系统推向实用化。远程自动抄表系统不仅可用于对电能表的远程抄表,也可用于水表、煤气表等的远程抄表。远程自动抄表系统使管理更加科学化、规范化,提高了工作效率和管理水平。管理部门在自己的计算机上就可进行读表
22、、控制、显示、打印等操作,真正实现了抄表的自动化,因此,远程自动抄表系统必将得到广泛的应用。1 2 国内外技术研究现状及发展趋势随着全球范围内电力经营市场化的发展,自动抄表技术(A M R)的应用愈加广泛。自动抄表成为新的产业部门,国外已有不少著名厂商已生产出A M R 系列产品,而且对A M R 的研究也越来越深入。美国于1 9 8 6 年就建立了自动抄表技术协会(A M R A),近年又成立了欧洲自动抄表技术协会(E U R O A M R A)和英国自动抄表技术协会(U K A M R A)。自动抄表可以从多种途径来实现。比如,电能表的数据可借助电话线、电四川大学硕士学位论文(2 0 0
23、 3)力线载波、微波或无线电传送。A B B 公司设计的E m t c o n 系统利用电力线将电能表数据送至变电站,而后换用空闲电话线或微波送至电费计量中心。G E 设计的U C N E T 同时使用了无线电和载波技术。美国农村电气化管理局(N R E C A)的农村电气化研究工程出资赞助了一种称作“海龟”的抄表系统。该系统是由H u n t 技术公司研制的,抄表器通过电力线载波在很窄的频带宽度内传输数据,而“海龟”的工作频率也很低,只有6 H z。由于频带窄,它发出的信号能通过电容器和变压器,并能沿很长的配电线路传送。“海龟”系统的频带宽度比无线电所载的声音信号窄三百万倍,因而它的抗噪声性
24、能相当强,进而功耗低、可靠高,但它抄表时间较长,一天最多只能读到三次电费数据。自动抄表技术在我国的出现仅有7 年左右,但发展很快,全国各地有不少制造商。目前安装试用单位也不少,但大多只有小区规模,当前全国上规模的自动抄表系统都是低压配电线载波方式,载频1 0 0 k H z 左右。二十一世纪是网络化时代,在计算机技术、微电子技术和网络技术等的迅速发展下,抄表方案也层出不穷。各种方案都有其特点,有其相适应的应用环境和存在的条件,不能一概而论,甚至在特殊情况下还需要将其结合在一起,扬长避短可发挥出更大的优势。基于三网合一的抄表系统美国率先在1 9 9 3 年9 月宣布了“信息高速公路计划”,此后全
25、世界范围内掀起了一场信息高速公路的建设热潮。因此把通信广播电视、电信业务和多媒体传输等多种信息服务纳入计算机网络,打破传统的信息传递模式和行业界限,统一规划建立一个宽频带、大容量、高速率的共用信息网络(即三网合一)就变得尤为重要。在智能化小区以及现代化城市中,利用多功能、多接口的机顶盒进行三表(电表、水表和煤气表)的自动抄表系统自然是未来的发展方向。基于电网的抄表系统近年来,信号处理技术、通信技术的进步,使低压电力载波通信得N T 迅速发展。为了抑制噪声,目前主要采用扩频通信技术。低压电力载波通信的强大优势电所到、网所达,使低压电力载波通信仍然保持强劲的发展势头。基于移动无线网络的抄表系统目前
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