全光纤网络在智能用电信息采集系统中的应用
摘要：为建设高速、实时的智能用电信息采集系统，全面推进费控系统的普及，进一步提升现有用电信息采集系统的准确性与完整性，将全光纤网络技术方案应用于智能用电系统，提出一种遵循智能用电信息采集设计原则的全光纤集抄方案，通过光纤网络和采集主站组成了用电信息采集系统。该系统具有网络速度快、实时性好、采集成功率高等优点，在大连开发区某小区试点应用，效果显著，具有推广价值。
关键词：全光纤网络；智能用电；信息采集系统；应用 1、前言
远程费控系统是一项庞杂的系统应用，涉及营销业务应用系统、用电信息采集系统、采集终端、智能电能表等多个系统、硬件之间的远距离数据指令传输。系统、硬件之间各个环节如何衔接、可靠运行是运程费控系统设计中遇到的主要难题。针对远程费控系统的实用性，已有电力公司进行了大量尝试，试点结果表明：通信传输链路的可靠性是整套费控系统成功实施的基本保证，只有稳定、可靠的通信网络才能支撑费控系统各项功能的正确执行。 2、基于全光纤网络的用电信息采集系统
目前，我国在建的用电信息采集系统普遍采用的电力载波作为信号的主要传输方式。这种建设方式可以免去前期布线的步骤。但是，由于低压电力线的基本功能是用来传输电能，与双绞线、同轴电缆和光纤等专用通信介质不同，低压电力线是一种非均匀分布的传输线，低压电力线端用电设备种类繁多，数量巨大，造成低压电力网络的信道特性十分复杂，通信环境相当恶劣。在这种信道环境中进行数据传输，数据漏抄、误抄现象时常发生，很难满足费控功能所需的可靠性要求。
除了电力载波方式外，另外一种常用的传输方式是微功率无线技术。该技术利用470MHz的高频无线链路传送数据，由于信号借助无线空间进行传输，因此在传输过程中既存在信道间干扰问题，又存在由于障碍物阻隔而导致信号衰减，该链路属于不可靠传输链路。为了保证传输效果，通常在系统设计中需要采取大量的技术手段：如自组网、中继、前向纠错编码和CRC纠错等方式来降低传输过程中的误码。
光纤通信作为现代通信的主要支柱技术之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤具有尺寸小、质量轻、容量大、抗电磁干扰强和传输质量好等优点，被广泛用于通信信号的传输载体。但是，传统的石英光纤在应用于信息采集系统时，需要面临多次弯曲、多次插拔的入户施工及维修、维护，传统光纤变得难以胜任，导致人们很少直接将石英光纤用作接入网的终端，而是依靠铜缆来替代。可喜的是，这一局面随着塑料光纤的出现而被打破。
塑料光纤（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯（PC）作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤（光导纤维）。塑料光纤不但可用于接入网的最后100～1000m，也可以用于各种汽车、飞机和等运载工具上，是优异的短距离数据传输介质[10]。与石英光纤相比，塑料光纤具有以下优点：
1）快速安装。POF能够很容易地通过狭小的穿线管。
2）容易连接。POF不用抛光也能达到很好的连接效果，也不用为了连接而采用专用的设备。
3）低廉成本优势。由于具备以上两个优点，所以采用POF作传输介质的网络接入系统，其造价要比石英光纤接入系统低。
4）坚固耐用。POF光缆比石英光缆更加柔韧耐用，弯曲半径也小。 5）简单、安全的连通测试。采用对肉眼无害的可见光。
同其他现有的传输技术相比，塑料光纤技术也具有明显的优势，塑料光纤的最大速率可达到100Kbit/s，远远优于现有的铜缆和窄带电力载波技术，且其最大的优势是传输不受电磁干扰，误码率较其他传输方式下降至10－9以下，远远优于其他传输方式的误码率，这为实施费控功能奠定了强有力的基础条件。 3、塑料光纤通信技术应用
在本项目中，针对已有智能电表用户和新增智能电表用户进行系统可行性试点，先后选取四个台区612户居民进行试点，其中A、B台区为老式智能电表台区，智能电表仅有RS485接口可供数据采集通信。C、D两个台区为新增用户台区，智能电表通信模块采用深圳物联光通公司的生产的塑料光纤通信模块，改造方案如表1所示。
对比上述方案，无论方案1或方案2，均是利用光纤作为上行通道进行数据传输，光纤通道资源可以是自身配电房已有的光纤资源，或是向第三方（如电信、移动和广电）租用的光纤资源。信号通过光纤通道接入到主站控制中心。但是，方案1和方案2在实际应用中有一些差别，具体如下。在方案1中，智能电表的计量数据通过RS485总线进行汇集至电力载波采集器或微功率无线采集器，然后采集器利用已有的电力载波信道或微功率无线信道将信号传输至集中器终端，这种方式属于半载波或半无线方式。对于这种台区情况的改造，只需要将原有的电力载波采集器或无线采集器换成具有光通信功能的采集器，同时将原有的集中器加装光通信模块即可，这种方式比较适用于对原有旧台区改造的场合。
方案2属于全光纤网络结构，该方案通过对原有智能电表加装光通信模块，方案中所有的采集器、集中器均采用带有光纤通信模块的终端，即可完成系统的组成。在这种方案中，由于采用的是TCP/IP协议进行数据传输，因此，当光模块出现问题后，可以选择其他厂家的产品直接进行替换，而不必像电力载波系统在进行模块替换时，需要整套替换，各厂家产品不能互联互通的问题可以得到有效解决。改造完毕后，将各台区所辖居民用户的电能表档案导入集中器及上位机“测试管理软件”。通过“测试管理软件”观察各台区电能表的上线情况。在被改造的台区中，最远的一个用户距集中器有250m。为验证数据采集效果，选取该台区进行评估分析。首先分析该台区上电后，所需的组网时间，通过观察可知，当该台区230户用户全部上线时，组网耗时3min左右。
此外，为验证系统的可靠性，以最高0.5s/次的采集频率对系统进行了10万次不间断通信测试，100%完全成功。如此高的采集频次及通信成功率是低压电力载波、RS485总线通信和微功率无线通信技术所不能比拟的。同时，对台区所有电能表进行抄读，最长耗时2.3s，最短耗时0.7s，真正实现了得到了“分钟组网，秒级抄表”的运行效果。最后，对选取台区2015年4月连续5个工作日的运行结果与2014年同期的运行结果进行对比分析，光纤远程集抄方案不仅大大地提高了用电信息采集成功率，几乎每次可达到100%，而且在更大程度上降低了采集耗时，将台区表计轮抄限定在了秒级，减轻了抄表人员的工作强度。
结语:试点台区的建设结果表明，全光纤网络技术可以有效解决智能用电信息采集系统中采集成功率低、采集时效性差等问题，具有组网速度快、集抄效率高等优点。在实际工程实施过程中，全光纤网络集抄方案的一些劣势也有所显现，
尤其对于一些表计集中安装的台区，全光纤网络集抄方案使用的集中器数量要多于普通的电力线载波集中器或微功率无线集中器，究其原因主要是POF收发设备的光信号传输距离有限(可达250m左右)，需要增加光信号中继转发装置来形成稳健的网络拓扑。因此全光纤网络集抄方案的设备购置费用要高于电力线载波集抄方案或微功率无线集抄方案；另外，从工程实施安装调试费用以及运行维护费用方面比较，全光纤网络集抄方案并没有明显的优势。然而，对于分散台区内部分未抄读成功或抄读不稳定的表计，可以采用光纤集抄方案作为有益补充，从而达到很好的采集效果。 参考文献：
[1]宗建华，闫华光，史树冬，等.智能电能表[M].北京：中国电力出版社，2010.
[2]党存禄，吴青峰，葛智平．智能电网技术在智能小区中的应用研究[J]．电网与清洁能源，2013，29(11)：6-10．
全光纤网络在智能用电信息采集系统中的应用
