1智能電表網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)電能表通信技術(shù)經(jīng)歷了簡(jiǎn)單的本地通信，以及具有遠(yuǎn)程通信能力的電能量自動(dòng)采集（自動(dòng)抄表）系統(tǒng)的發(fā)展歷程。在吸收、借鑒電能量自動(dòng)采集系統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，伴隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的推進(jìn)，智能電表正在步入大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化階段。

對(duì)于配電臺(tái)區(qū)上行通信信道，自動(dòng)抄表系統(tǒng)可采用的通信方式主要有PSTN公用電話網(wǎng)、GPRS無(wú)線、GSM無(wú)線、光纖等。由于采用的是公網(wǎng)通信，有專業(yè)隊(duì)伍負(fù)責(zé)運(yùn)行、服務(wù)，其通信技術(shù)、設(shè)備等相對(duì)成熟，運(yùn)行可靠性也較好。

對(duì)于配電臺(tái)區(qū)下行通信信道，主要有RS-485總線、低壓電力線載波、無(wú)線及其混合方式。

下行信道的選擇直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性、性價(jià)比、施工難度等，是自動(dòng)采集系統(tǒng)或智能電表通信網(wǎng)絡(luò)成功與否的關(guān)鍵。

1.1智能電表網(wǎng)絡(luò)對(duì)本地通信的要求

為滿足“全覆蓋、全采集、全預(yù)付費(fèi)”以及其他增值服務(wù)的需要，智能電表本地通信網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮并滿足下述要求：

1）通信一次成功率應(yīng)達(dá)到95%以上。

2）環(huán)境適應(yīng)性要滿足全面覆蓋的要求，能廣泛適用于密集的中心城區(qū)、城市郊區(qū)、城鄉(xiāng)結(jié)合部、小城鎮(zhèn)、農(nóng)村村落、新建住宅、老舊城區(qū)、中小工業(yè)商業(yè)區(qū)等。

3）物理層應(yīng)能自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)免設(shè)置，以盡可能降低調(diào)試及維護(hù)費(fèi)用。

4）通信速率應(yīng)能滿足中小動(dòng)力和工商業(yè)用戶大信息量的傳輸要求。尤其對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，中小動(dòng)力用戶數(shù)量龐大，需要低成本、低運(yùn)行費(fèi)用、快速可靠的本地通信信道。

5）良好的性價(jià)比。本地網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施不僅需要考慮抄表計(jì)費(fèi)，還需要考慮提高用電管理水平和提供增值服務(wù)的能力。

1.2智能電表網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

低壓電力線載波通信、微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和基于有線連接的總線通信是當(dāng)前本地網(wǎng)絡(luò)通信采用的三類主要技術(shù)。從全球的AMR和AMI工程應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，約63%的AMR、AMI用戶采用的是微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其次是電力線載波或其他技術(shù)。

1）低壓載波通信。由于220V/380V低壓配電網(wǎng)的阻抗及衰減特性與高壓電網(wǎng)截然不同，在高壓電網(wǎng)應(yīng)用成熟的載波技術(shù)，在低壓配電網(wǎng)幾乎無(wú)法使用。配電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)、服務(wù)的對(duì)象也是電力用戶，如果能將已建成的巨大的配電網(wǎng)資源利用起來(lái)，用于數(shù)據(jù)采集和信息傳輸，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)有著重大的意義。

低壓電力線載波通信載波信號(hào)頻率范圍為3～500kHz，電力公司使用的頻率范圍為3～95kHz，其中3～9kHz一般用于語(yǔ)音傳輸。為了在有限的頻帶內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸出去，各種各樣的調(diào)制與解調(diào)方式被應(yīng)用到低壓電力線載波方案中，常見的有鍵控頻移、鍵控幅移、鍵控相移和Chirp跳頻。

國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較多的載波通信芯片產(chǎn)品主要來(lái)自于意法半導(dǎo)體公司、埃斯朗（Echelon）公司、北京福星曉程公司和青島東軟公司。

意法半導(dǎo)體公司產(chǎn)品的解決方案是較為經(jīng)典的FSK調(diào)制的電力線載波收發(fā)器，對(duì)基于電力線信道的自動(dòng)抄表（AMR）的興起做出重大貢獻(xiàn)。其載波中心頻率可編程，有8個(gè)頻率可供選擇，頻率范圍滿足歐洲、北美、中國(guó)等標(biāo)準(zhǔn)；有4種通信波特率可編程選擇。STMicroelectronics公司作為芯片級(jí)供應(yīng)商，其載波芯片與外部采用無(wú)線通信協(xié)議的位傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，需要外部處理器（MCU）進(jìn)行通信協(xié)議的處理和中繼路由算法的實(shí)現(xiàn)。

埃斯朗（Echelon）公司產(chǎn)品的解決方案采用窄帶雙頻自動(dòng)切換通信技術(shù)，利用數(shù)字信號(hào)處理的方法克服噪聲干擾和校正信號(hào)相位畸變現(xiàn)象，并通過(guò)前向糾錯(cuò)對(duì)突發(fā)位錯(cuò)誤進(jìn)行糾正。PL3120芯片自身支持LonWorks網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了OSI的七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對(duì)于高速的雙絞線、同軸電纜、光纖、無(wú)線通信介質(zhì)是適合的，但對(duì)于低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏€信道來(lái)說(shuō)，由于協(xié)議復(fù)雜、數(shù)據(jù)吞吐量大，可能導(dǎo)致效率降低。

北京福星曉程公司產(chǎn)品的解決方案的特點(diǎn)是芯片集成度較高，將電力線載波信號(hào)收發(fā)器、MCU以及計(jì)量和控制功能集成在一個(gè)芯片中，是一款SOC級(jí)的芯片。考慮到數(shù)據(jù)交換、通信協(xié)議處理、中繼路由計(jì)算等均須由MCU處理，所以MCU的負(fù)擔(dān)較重，應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與通信系統(tǒng)的響應(yīng)之間存在沖突。

青島東軟公司產(chǎn)品的解決方案通過(guò)高效、自適應(yīng)、全自動(dòng)的配電網(wǎng)絡(luò)中繼路由算法，自動(dòng)感知配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)地自適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)的變化，保證了通信系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定。

其載波芯片由三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計(jì)是基于高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC），具有信息幀的長(zhǎng)度可變、地址域長(zhǎng)度可擴(kuò)充性、幀中繼轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制等功能，提高了主站與從站之間數(shù)據(jù)交換能力。

2）微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。微功率無(wú)線指使用433MHz/470MHz/780MHz/2.4GHz頻率、發(fā)射功率小于等于50mW的無(wú)線射頻通信。國(guó)家電網(wǎng)電能量信息采集與管理系統(tǒng)中把利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信組網(wǎng)方式叫做微功率無(wú)線組網(wǎng)。微功率無(wú)線通信的特點(diǎn)是微功耗、自組網(wǎng)、雙向?qū)崟r(shí)通信、標(biāo)準(zhǔn)化、便于移動(dòng)、適合嵌入式安裝，可方便地嵌入到抄表設(shè)備、電能表以及用電電器中。缺點(diǎn)是點(diǎn)與點(diǎn)之間傳輸距離較短，無(wú)線信號(hào)易受障礙物阻擋［3］。

微功率無(wú)線組網(wǎng)的靈活組網(wǎng)方式可以擴(kuò)展到智能用電領(lǐng)域。

通過(guò)支持無(wú)線組網(wǎng)的電能表、采集設(shè)備和用電電器，可以方便的給用戶提供實(shí)時(shí)的負(fù)荷曲線，分時(shí)電價(jià)，各電器實(shí)時(shí)、每日、每月耗電量（電費(fèi)）的顯示；還可以遠(yuǎn)方設(shè)定時(shí)段、電價(jià)、定時(shí)控制方案，更可以提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻的信息。

ZigBee技術(shù)是微功率無(wú)線組網(wǎng)在電能量信息采集與管理系統(tǒng)中應(yīng)用最成功的。ZigBee網(wǎng)絡(luò)分為4層，自下向上分別為物理層（PHY）、媒體訪問(wèn)控制層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）和應(yīng)用層（APL）。