基于RobuNet无线自组网的自动集抄以及GPRS的配网自动化系统Rev_19.doc

基于“RobuNet无线自组网”的自动集抄以及GPRS通信网的配网自动化系统
RobuNetTM Wireless Self-forming Network，Automated Meter Reading and Distribution Automation System

一、对比现有其它技术，无线自组网是中低压用电管理的优选方案

我们一直在不懈努力实现计量管理的自动化，从而解决目前存在的一系列用电管理难题，如线损高、人工抄表效率低、电费结算实时性差，中小动力用户的监控、防窃电、限电、对关口及配变计量的监测，等等。一套满足我们要求的自动集抄和配网自动化系统是解决上述难题的关键。该系统应具备：

—— 高可靠的通信信道（包括当前可靠性和未来可预见的可靠性）；
—— 网络化，智能化；
—— 集抄和监控系统应同时囊括小区中小动力三相多功能表和单相表；
—— 高的抄收成功率；
—— 实时的系统抄收响应；
—— 依供电部门要求, 通过网络可实现表计远程断送电和远程预付费功能；
—— 低的差错率（残余差错率趋向于零）；
—— 符合使用国际的技术标准；
—— 非常便利的施工安装；
—— 便于供电部门的资产管理；
—— 优异的性能价格比；

自动集抄和配网自动化系统由智能表计、配网终端、主站后台管理和数据库以及通信信道装置组成。对通信信道而言，又分为上行信道（主站与配网终端之间）和下行信道（配网终端与数量庞大的表计之间）。当前主站后台管理系统、数据库及智能表计已趋于成熟 。而且随着2.5G 移动数字网的大量应用，基于“通用分组无线业务”GPRS（General Packet Radio Service）或CDMA通信网的上行信道已迈入实用化阶段。但“last mile” 即最后一公里的下行信道成为瓶颈。从集中器到用户的表计，直至不久以前，下行信道尚无真正可行的解决方案。由于“last mile” 面临用户数量大，现场环境复杂（有些甚至相当恶劣），通信媒介质量低，成本压力大等一系列难题。目前市场上可获取的方案包括：有线RS485、电力线载波（PLC）以及无线点对点（手持无线PDA或无线抄表车）等。有线RS485或MBUS作为一种专用有线通信信道，其通信可靠，但要作为一种通用方案，要求将所有表计用导线连接起来，这类似新建一个全国范围有线网，从工程施工的角度来看，几乎不可行。PLC技术虽然利用现有的低压供电网，无需铺设新线，但目前PLC的应用还存在许多问题：

—— 抄收成功率低。PLC在低压电网上面所面临的主要问题包括：高衰减（有高达130dB 的记录）、低阻抗、谐波干扰和污染严重（尤其是大量
的变频负载）、几乎不可预测的拓扑结构， 等等。使得PLC技术在国内的应用步履维艰。即使采用有序扩频、跳频、多载波调制、正交调制、链码自适应调制、纠错、跳时、拓扑自适应中继等技术措施，PLC仍然无法提供实时可靠的抄收。

—— 未来低压电网特性的不可预见及不可控，是PLC难以逾越的另一个
障碍。目前，尚无完备的国家规范来约束低压电网的干扰源，而且干
扰侦测困难。即使PLC系统在初期验收时能够正常工作，但并不能保
证未来电网有新的用电设备加入后，PLC产品仍能成功抄收

无线手持PDA走抄和无线抄表车，因为没有根本解决实时和效率的问题，也很难成为主要的解决方案。
许多世界其它国家，包括发达国家及中等发达国家，都已开始试装或正式列装无线自组网技术及产品，例如，澳大利亚四大供电集团Energy Australia, Powercor, Citipower及SP-AusNet；美国南加州Edison 供电公司等。

基于无线网状网络的自组网技术，用于电能数据自动收集，监控及远动，具有许多传统技术不具备的优势：极高的抄读可靠性（经RobuNet无线信道的一次抄读成功率优于99.5%, 真正满足对于数据的实时性要求，是控制线损和实时监控的技术基础）；足够的数据带宽（可将大数据量的三相多功能电表囊括在同一网络内，实现对其的重点监控。而低数据率的现有载波技术，无法完成这一任务）；可实现先进而可靠的用电管理手段，如：无卡远程预付费（基于可靠的信道，购电金额从后台直接下发至表计，可取消难以管理的各类电能卡）；远程断送电。

Robulink Technology 锐拔科技针对业界现状，深入研究对比所有可能的技术方案，包括世界前沿短距无线通信发展趋势，独创地开发出RobuNet短距无线自组网技术，并成功将其应用于自动抄表，监控及远动系统。锐拔科技作为核心成员之一, 已开始参与国家标准《社区能源计量抄收系统规范》的起草, 将为此国家标准的制定提供建议。

国内采用RobuNet无线自组网技术进行试装或正式列装，包括已决定试装的供电局有：苏州市太仓供电公司，广东肇庆供电公司，山东济宁供电公司等，该技术的现场运行表现优异。澳大利亚供电公司Powercor 和Citipower也正在对RobuNet无线自组网技术进行最后评估。

二．基于RobuNetTM 无线自组网的自动集抄以及GPRS通信网的配网自动化解决方案

1．系统总体构架

如图1所示。

一个典型的RobuNet无线自组网自动集抄及配网自动化系统由以下各部分组成:

—— 内嵌RobuNet无线模块的各种电子式电能表, 如单相表, 内置远程通断继电器单相表, 内置远程通断继电器单相预付费表, 三相多功能表, 内置远程通断继电器三相预付费表等。内嵌RobuNet无线模块的远程通断继电器单相预付费表，和内嵌RobuNet无线模块的小区内三相多功能表混合组网的模式为优选方案。带远动功能的预付费用电模式，以及小区周围中小动力用户三相表的集抄和监控，将给供电部门带来巨大效益。对现有小区进行自动集抄及配网自动化改造, 可采用RL224D型RobuNet无线采集器, 经RS485与单相或三相电能表相连，如以台变为用电管理子网，则同一台变的全部RobuNet无线采集器与所属RobuNet无线集中器自动组成网络。

—— RobuNet无线集中器, 作为RobuNet短距无线网的网关, 通过下行信道对网内各类电能表进行抄收, 管理, 和远程通断等操作, 并经上行GPRS信道与后台主站相连。为适应当前配网自动化的发展趋势, 本方案采用PBT2-C2W型三合一配网终端 (包括RL124D型RobuNet无线集中器, 配网管理及上行GPRS模块, 和配网电能表, 后两部分由深圳浩宁达以及深圳银骏科技提供)。

——用户侧前置机 (或称网关, 经GPRS与配网终端相连), 以及电能管理后台数据库主站 (深圳银骏科技提供)。

系统一旦上电，RobuNet无线集中器会依后台主站数据库下发的设备号，和全部内嵌RobuNet无线采集模块的各类电能表（或RobuNet无线采集器）自动组网（或由主站下达组网命令）。待组网完成后，即可开始抄表 （包括单抄、透抄、集抄）。除自动抄表外，系统还具备一个完整的AMR系统所应拥有的全部功能：

—— 自动上传报警 (如三相多功能表过载和表壳开启, 预付费表远程送电故
障, 等)；
—— 自动网络维护、自诊断；
—— 下传购电量 (针对预付费电能表)；
—— 远程拉合闸 (针对内置通断继电器电能表)；
—— 电量冻结；
—— 网络校时；
—— 加装新的表计, 等；

2．RobuNet无线自组网“last mile”最后一公里解决方案

鉴于以下理由，无线信道是最有前途被选为AMR“last mile” 的通信媒介：

—— RobuNet短距无线自组网技术的突破性进展，改变了无线抄表仅限
于点对点或点对多点的局限，使得网络化、智能化、低功耗、低成本、
高可靠、实时性强的集中抄表成为现实。

—— 国家无线电管理委员会于2005年10月1日颁布实施的《微功率（短距离）无线电设备的技术要求<信部无[2005]423号>》，规定470-510MHz可作为民用无线电计量仪表使用频段。从法律上保证了无线AMR的频率资源及技术条件，使得所有符合此标准的无线AMR产品在具备自适应能力的基础上，安全工作于指定的无线频段。

—— 无线集成电路的最新发展，在技术上为低成本高集成度应用系统的研
制，提供了条件。

—— 无线方案极大降低了安装施工的工作量和费用。

—— 无线方案与复杂的低压电网特性无关，优化设计的无线AMR系统，具有适应各种现场环境的能力。

单相电能表
单相或三相电能表
RobuNet无线采集器
RobuNet无线采集器
台变B
专用光纤
控制指令VPN专线
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的三相电能表
台变A
WEB服务器
通信工作站
通信工作站
接入交换机
WEB服务器
通信工作站
10KV线路
防火墙
CDMA/GPRS上行信道
配变终端
RobuNet 无线集中器
CDMA/GPRS上行信道
配变终端
RobuNet 无线集中器
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的单相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的单相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的单相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的单相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的三相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的三相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的三相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的三相电能表
具有RobuNet表内嵌无线采集模块的三相电能表
10KV线路

图1 基于RobuNetTM 无线自组网的自动集抄以及GPRS通信网的配网自动化解决方案
—— 无线信道是最佳的四表合一自动抄收媒介，有线接入方案不适于水表、
气表、热能表的网络化集中抄表。为各类表计单独建设一套网络化集
抄系统，显然是资源的巨大浪费。RobuNet AMR系统已预留无线信号
接口给水表、气表、热能表，下一代RobuNet AMR系统将为四表合一
集中抄表提供完整解决方案。

正如上述背景介绍中所描述，一般点对点，以及点对多点的无线通信技术，并不能解决AMR系统“last mile”的问题。利用锐拔科技（Robulink Technology）RobuNet短距无线自组网技术，能很好解决下行信道难题，在国家规划的无线频段内，提供给用电管理部门一个技术先进、实用可靠的集中抄表和远动解决方案。
三、RobuNet无线自组网集中抄表系统技术优势

RobuNet无线自组网技术是在研究了世界范围众多前沿无线Ad-Hoc组网理论和系统，包括Zigbee等技术的基础上，针对网络化集中抄表复杂的应用环境，创造性地发展出来的最新解决方案。它具有技术起点高，环境适应性强、成本优化、稳定可靠、响应快、高度智能化、易于安装等特点。其技术优势包括：

1． 自适应组网的mesh network：RobuNet是基于mesh network构架的自适应无线网络。组网过程自动完成，现场无需人工设置参数。mesh network的一大优势是具有冗余的数据传递路径，使得网络本身具有高可靠性，实现非视距传输，并有效降低传输功率，减少相互干扰、提高信道利用率。同时，RobuNet还能自动修复那些处于突发环境干扰中的网络路径。

2． 高度频率自适应机制：RobuNet采用智能化的具有前瞻性的无线频率自适应技术，从设计上保证了用RobuNet组成的自动抄表系统，能够长期稳定工作于国家无线电管理委员会划定的短距微功率AMR频段，而且能避免与相邻小区其他短距微功率AMR系统之间的干扰。采用RobuNet无线网络的各相邻集中器和各相邻小区，能够无互扰地独立工作。

3． 良好的鲁棒性（robustness）和很高的一次抄读成功率：RobuNet所有的硬件及软件的设计考量，都是针对工业现场环境，系统内所有电能表，经RobuNet无线信道的一次抄读成功率优于99.5%。

4． 快速的系统响应： 空中数据速率19.2Kbps，在一个典型的小区台变下采用RobuNet技术的AMR系统，单次单表抄读响应时间典型值为5秒左右或以内。

5． 快速可靠的信道支持小区三相多功能表的抄收和表计特殊数据主动上传功能，如远程拉合闸，三相表过负载报警等，不仅解决长期困扰的下行信道不可靠带来的小区中小动力三相表抄收难题，并且使自动监控和远动等功能成为现实。

6． 弹性的系统容量：一个RobuNet系统支持的电能表数量从很少直至上千只（例如1016只）。并考虑了未来多个RobuNet系统的级联，以减少集中器上行信道GPRS的运行费用。

7． 良好的数据安全性： RobuNet系统空中的无线数据，采用64位DES加密，具有高度的保密性。

8． 极低的数据差错率：任一单次通信过程，以及端到端全程数据通信，采用二级32位CRC校验，使得总的残余差错率趋向于零。

四、基于RobuNetTM 无线自组网的自动集抄以及GPRS通信网的配网自动化系统性能参数

PBT2-C2W型 具有RobuNet表内嵌无线
配变监测计量终端内嵌 采集模块的单相电能表
RL124D型RobuNet无线集中器模块

RL224D型 具有RobuNet表内嵌无线
RobuNet无线采集器 采集模块的三相多功能电能表

1．RL224D型RobuNet无线采集器性能参数

A．应用参数
互连特性：经RobuNet 无线链路自动组网, 并与1至16只具有RS485接口的表计相连
读表方式：支持实时条件下的集抄、单表透抄、电量冻结、以及报警状态主动上传

B．无线参数
工作频段：470MHz—510MHz
最大发射功率：17dBm
数据速率：19.2Kbps
接收灵敏度： -112 dBm@ 0.1%BER
工作占空比：发射状态持续时间<300msec

C．电气参数
交流输入电压：220VAC, +/-20%
非发射状态有功功率：<0.3W/户
非发射状态视在功率：<0.36VA/户
发射状态视在功率增量：<2.0VA
发射状态有功功率增量：<1.5W

D．网络参数
网络容量：最大节点数无明确限制的弹性容量方案（取决于每个节点
所使用的存储单元容量）。例如，一个典型的RobuNet系
统可支持多至1016只表计。
数据加密：64bit DES

E．机械参数
尺寸：148mm×88mm×58mm
重量：xxxg

F．环境参数
工作环境温度：-40℃~+85℃
工作环境相对湿度：≤95%

2．RL124D型RobuNet无线集中器模块性能参数

A．应用参数
互连特性：下行信道经RobuNet 无线链路自动组网，上行信道与配网终端GPRS相连。
运行方式：支持实时条件下的无线集中器全部功能
时钟误差：<±0.5秒/天

B．无线参数
工作频段：470MHz—510MHz
最大发射功率：17dBm
数据速率：19.2Kbps
接收灵敏度： -112 dBm@ 0.1%BER
工作占空比：发射状态持续时间<300msec

C．电气参数
输入电压： 5VDC，±10%
非发射状态有功功率：<0.20W
发射状态有功功率增量：<0.75W

D．网络参数
网络容量：最大节点数无明确限制的弹性容量方案（取决于每个节点
所使用的存储单元容量）。例如，一个典型的RobuNet系
统可支持多至1016只表计。
数据加密：64bit DES

E．机械参数
尺寸：162mm×64mm×16mm

F．环境参数
工作环境温度：-40℃~+85℃
工作环境相对湿度：≤95%
3．RL324G型RobuNet表内嵌无线模块性能参数

A．应用参数
互连特性：经RobuNet 无线链路自动组网
读表方式：支持实时条件下的集抄、单表透抄、报警状态主动上报、预付费表购电量下传、以及表内嵌继电器远程拉合等

B．无线参数
工作频段：470MHz—510MHz
最大发射功率：17dBm
数据速率：19.2Kbps
接收灵敏度： -112 dBm@ 0.1%BER
工作占空比：发射状态持续时间<300msec

C．电气参数
输入电压： 5VDC，±10%
非发射状态有功功率：<0.15W
发射状态有功功率增量：<0.75W

D．网络参数
网络容量：最大节点数无明确限制的弹性容量方案（取决于每个节点
所使用的存储单元容量）。例如，一个典型的RobuNet系
统可支持多至1016只表计。
数据加密：64bit DES

E．机械参数
尺寸：91mm×41mm×9mm

F．环境参数
工作环境温度：-40℃~+85℃
工作环境相对湿度：≤95%