摘要：本文针对陕西地电供电区域的地域情况，通过对比RS485、电力线载波、CFDA等用电信息采集本地通信技术方案，选择比较适合陕西地电实际情况的CFDA方案，通过CFDA设备的调试及试运行，设备运行稳定，效果良好。基于CFDA用电信息采集的数据传输，符合加快推进用电信息采集系统的深化应用政策，更好支持各类营销新业务的增加，方便电能表的管理，节省人工工作量，提高工作效率等。
关键词：用电信息采集系统、陕西地电、CFDA、采集成功率
引言
智能电网技术将是未来向社会供应优质、清洁、可靠和持续电力的关键，它融合了传统和前沿的电力工程、先进的传感和监测技术、信息技术和通信手段，实现电网的信息化、数字化、自动化及互动化，从而提供更好的电网性能，为用户提供各种增值服务。智能电网既是下一代全球电网的基本模式，也是中国电网现代化的核心 。
智能电网包括四大技术范畴（智能决策，先进通信，传感器及执行机构，电力转换、运输、存储及消耗） 。涵盖了发电、调度、输变电、配电和用户各个环节，组成部分包括调度自动化系统、稳定控制系统、柔性交流输电，变电站自动化系统、微机继电保护、配网自动化系统、用户用电信息采集系统等。用电信息采集系统作为建设智能电网的重要组成部分。
目前，陕西省地方电力（集团）有限公司（以下简称陕西地电），承担着榆林、汉中、安康、渭南、西安、延安、咸阳、商洛、宝鸡9市，66县区的供电任务。供电营业区占全省面积的72%，供电人口占全省总人口的51%，拥有500多万用电客户，是陕西电力市场的重要主体和骨干企业。为了提高供电可靠率，公司积极采用先进信息采集技术，大力建设用电信息采集系统，实施现场终端接入工程，推广应用智能电能表。
1 陕西地电现状
1.1地域情况
陕西的榆林、汉中、安康、渭南、西安、延安、咸阳、商洛、宝鸡9市地域情况如下表所示。
1.2本地通信概况
用电信息采集系统作为建设智能电网的重要组成部分，在建设过程中，选择稳定、可靠、实时、安全的通信方式是保证系统安全稳定运行的关键。直接影响着集中器与主站，集中器与采集器（电能表）之间通信的可靠性和采集成功率。目前，常用的用电信息采集系统远程通信主要有电力光纤、无线专网和无线公网3种方式，本地通信也有电力载波（包括电力宽带和电力窄带）、RS-485、微功率无线3种方式。
目前，陕西的用电信息采集系统中，低压电力用户数量多，地域分布广，且运行环境复杂多样。陕西的榆林、汉中、安康、渭南、西安、延安、咸阳、商洛、宝鸡9市的用电信息采集系统采用了多种方案，有无线、载波、RS485等方式，不同地区采用了不同的方案，采集成功率均不理想。
2 采集系统本地通信比较分析
如何根据地理环境和低压用电网络分布情况，合理选择本地通信方式对用电信息采集系统后续建设和推广应用有决定性的意义，为此，有必要对各通信方式进行比较全面的分析比较。
2.1各通信技术比较
下面从成本、维护、实时性、成功率和稳定性等方面对光纤、CFDA、电力线载波、RS485进行全面的比较分析。
（1）成本
2.2 CFDA技术分析
2.2.1概述
CFDA，即（Cellular Fixed-wireless Digital Access）微蜂窝式固定节点无线数据接入网络，是一种自组织的MESH网络结构特征的无线数据接入网络平台。该网络工作于470MHz～510MHz公共计量免申请频段，支持10组共40个频点的频率空间复用及跳频技术，具有较高的频率利用效率和网络扩展性；网络采用微蜂窝结构的网络覆盖方式，通过蜂窝网络的衍生特性，可以快速方便的在有效的频率资源上构建规模庞大的城域网和广域网，CFDA节点的标准场地点对点通信距离为1000米，在每个蜂窝小区范围内支持自组织多跳传输技术，使得每个蜂窝小区的现实场地有效覆盖半径达到500米～1000米，较好地解决了网络覆盖盲区问题；CFDA提供异步串行接口（TTL-232、RS-485、RS-232），可以方便的和各种表计的通信接口自适应连接，具有良好的通用性。
CFDA兼具分布式和集中式系统特征，具有网络覆盖率高、结构灵活、可靠性高、通用性强、施工铺设简单、维护方便、工程总成本低等特点。
2.2.2系统组成
CFDA系统由两类节点设备构成：
1）分布接入单元（Distributed Access Unit—DAU）：分布在每个用户计量采集点上，与用户的表计或采集设备相连，构成CFDA中的分布式数据采集接入的表端通信节点，负责将表计或采集器的用户数据传输到指定的微蜂窝接入数据中心CAC（即集中器）。
2）微蜂窝接入中心（Cellular Access Center—CAC）：安装在集中器设备上，构成在集中器管理区域范围内的数据中心接入点，负责与集中器管理区域内所有的表计和采集器的分布接入单元DAU的用户数据通信，并进行后续处理。
图1 CFDA拓扑图
在CFDA中，DAU和CAC是与用户的数据采集设备、数据处理设备相互连接，协调工作，共同构成完整的数据采集接入网络平台。因此，CFDA实际上是一个通信中间件。集中器将需要采集的用户的数据发给CAC，CFDA网络平台将数据送到目的表计或采集器的DAU无线模块，DAU将集中器来的数据送给目的表计或采集器，采集设备将采集到的数据交给DAU发送回CAC；CAC接收到DAU发出的数据，再交给集中器进行后续处理。
2.2.3网络特征
第四代CFDA的网络拓扑采用MESH网络结构，充分利用了无线信道的广阔的空域特性；并采用全局的Ad hoc网络结构，具有较好的扩展性，而且分级结构使路由信息局部化可以提高系统的吞吐量；支持多跳的自组织动态组网，最大跳数为7，扩展了CFDA平台的有效覆盖能力。每个DAU节点可以动态入网，且可为其相邻的DAU转发数据，这使得从DAU到CAC可能存在多条有效路由，当无线信道受到干扰或者某中间转发DAU出现故障而造成某条路由中断时，在CFDA中可立即对路由进行优化，继续进行数据传输，因而提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。
在CFDA中，DAU与CAC之间的链路最多为7跳。每个CAC周围7跳范围内的DAU构成一个“微蜂窝”（Cellular），“微蜂窝”是CFDA中的一个基本结构单元，根据实际应用环境的情况，整个CFDA系统可能由一个或者多个“微蜂窝”构成。一个微蜂窝能支持的接入点的数目为1000个。以正六边形小区为每个微蜂窝小区的简化区域范围，每个微蜂窝小区分配一组频点，以避免相邻小区间的同频信号干扰，图中不同的标号表示不同的频率组。在理论上以基于蜂窝结构对频率资源进行计算，7组频率即可实现网络全覆盖，而实际应用中的小区形状与正六边形小区不同，它们取决于地形、建筑物分布、天线的方向性和辐射功率等因素，因此在CFDA中设计有10组频点备用。蜂窝状网络结构可以很好的实现变压器台区或小区之间的无线通讯中同频干扰的隔离，能有效的解决以一定区域或者变压器台区为中心的低压220V的网络覆盖问题。以达到有限频率资源的全域化应用。
2.2.4频率资源分配
CFDA网络系统频率资源目前分布在：480M-500M，划分为10个频道组，每组4个频道，10个频道组用于实现不同台区或集中器之间微蜂窝结构的频率复用，每个频道组内的4个频道，频道的间隔带宽为5M，采用跳频工作模式，一个频道组的跳频带宽为15M，完全可以避免外部信号干扰，包括情况最为极端的车载电视的宽频信道的干扰，该干扰为8M带宽，假如在信道组内某信道被干扰，CFDA系统会自动优化到组内的其他信道，能够有效保证系统的可靠性能和抗干扰能力。在系统中由于主动上报事件是突发性事件，为了避免与下行主采集业务进行冲突，将每一组的第四频道作为上行通道，以提高主动上报事件的成功率。另外加一个勤务频道（测试频道），共计41个频道。
3 陕西地电微功率无线通信方案
由于CFDA具有频分复用和调频技术，可以有效规避无线信号干扰，抗干扰能力强。通信网络工作频率在470~510MHz频段，每个频道有200KHz带宽可用，可轻易达到10Kbps传输速率，传输速率高、实时性强。不会像其他通信方案那样受到成本、施工、电力线路干扰的影响，因此在全天24小时之内都可以保证良好的通信效果，其一次通信成功率可达到99%以上，可靠性高。其现场施工安装灵活，造价成本较低。CFDA设备在进行调试时，可直接通过无线掌机远距离对集中器和无线通信模块进行操作和控制。另外微功率无线方案的集中器、电表模块可以通过空中无线通讯，实现广播式批量升级，升级覆盖范围大，无需接触现场运行设备，操作简单，效率很高，方便快捷的升级使得微功率无线方案具有良好的扩展性和可延续性。
陕西地电公司基于CFDA技术等优势，于2015年开始加快用电信息采集系统的建设，在大部分供电区域的智能电能表中应用CFDA本地通信方案。
图2 CFDA的电力应用图
目前，已经在榆林、汉中、安康、渭南、西安、延安、咸阳、商洛、宝鸡9市运行，具体情况如下表所示。
由于陕西地电采用CFDA设备在各个区域进行了试运行，上表数据仅是试运行期间的数据，采集成功率已比其他方式好，用电信息采集成功率已达94%以上，最高可达99.01%。经过设备的进一步调试运行及所有模块安装完成后，采集成功率将大幅提升，将达到预定整体目标的99%。
4 结语
本文在对陕西地电的用电具体情况梳理分析，以及通过对光纤、CFDA、电力线载波、RS485的用电信息本地通信技术的对比分析，选择适合陕西地电实际情况的CFDA技术，通过对CFDA设备的调试及试运行，其采集成功率已有大幅提升。由此可见，CFDA技术优势明显，设备运行稳定，效果良好。基于CFDA用电信息采集的数据传输，符合公司加快推进用电信息采集系统的深化应用政策，更好支持各类营销新业务的增加，方便电能表的管理，节省人工工作量，提高工作效率等。
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作者简介
刘娇健(1978-)，女，大学本科，工程师，研究方向为智能电能表及电力用户大数据的应用。18099054@qq.com
肖鹏（1975-）男，大学本科，高级工程师，研究方向智能用电。376794866@qq.com
论文作者:刘娇健1,肖鹏2
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/6
标签：集中器论文; 地电论文; 陕西论文; 通信论文; 蜂窝论文; 网络论文; 电力论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;