1智能電表網(wǎng)絡通信技術電能表通信技術經(jīng)歷了簡單的本地通信，以及具有遠程通信能力的電能量自動采集（自動抄表）系統(tǒng)的發(fā)展歷程。在吸收、借鑒電能量自動采集系統(tǒng)工程經(jīng)驗的基礎上，伴隨著智能電網(wǎng)建設工作的推進，智能電表正在步入大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡化階段。

對于配電臺區(qū)上行通信信道，自動抄表系統(tǒng)可采用的通信方式主要有PSTN公用電話網(wǎng)、GPRS無線、GSM無線、光纖等。由于采用的是公網(wǎng)通信，有專業(yè)隊伍負責運行、服務，其通信技術、設備等相對成熟，運行可靠性也較好。

對于配電臺區(qū)下行通信信道，主要有RS-485總線、低壓電力線載波、無線及其混合方式。

下行信道的選擇直接關系到系統(tǒng)的可靠性、性價比、施工難度等，是自動采集系統(tǒng)或智能電表通信網(wǎng)絡成功與否的關鍵。

1.1智能電表網(wǎng)絡對本地通信的要求

為滿足“全覆蓋、全采集、全預付費”以及其他增值服務的需要，智能電表本地通信網(wǎng)絡在設計時應考慮并滿足下述要求：

1）通信一次成功率應達到95%以上。

2）環(huán)境適應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）物理層應能自動完成網(wǎng)絡構建，現(xiàn)場網(wǎng)絡節(jié)點免設置，以盡可能降低調試及維護費用。

4）通信速率應能滿足中小動力和工商業(yè)用戶大信息量的傳輸要求。尤其對于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，中小動力用戶數(shù)量龐大，需要低成本、低運行費用、快速可靠的本地通信信道。

5）良好的性價比。本地網(wǎng)絡的實施不僅需要考慮抄表計費，還需要考慮提高用電管理水平和提供增值服務的能力。

1.2智能電表網(wǎng)絡通信技術

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

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)應用成熟的載波技術，在低壓配電網(wǎng)幾乎無法使用。配電網(wǎng)已經(jīng)進入千家萬戶，高級計量系統(tǒng)、服務的對象也是電力用戶，如果能將已建成的巨大的配電網(wǎng)資源利用起來，用于數(shù)據(jù)采集和信息傳輸，對于建設資源節(jié)約型社會有著重大的意義。

低壓電力線載波通信載波信號頻率范圍為3～500kHz，電力公司使用的頻率范圍為3～95kHz，其中3～9kHz一般用于語音傳輸。為了在有限的頻帶內將數(shù)據(jù)傳輸出去，各種各樣的調制與解調方式被應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。

國內應用比較多的載波通信芯片產(chǎn)品主要來自于意法半導體公司、埃斯朗（Echelon）公司、北京福星曉程公司和青島東軟公司。

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

埃斯朗（Echelon）公司產(chǎn)品的解決方案采用窄帶雙頻自動切換通信技術，利用數(shù)字信號處理的方法克服噪聲干擾和校正信號相位畸變現(xiàn)象，并通過前向糾錯對突發(fā)位錯誤進行糾正。PL3120芯片自身支持LonWorks網(wǎng)絡協(xié)議，LonWorks控制網(wǎng)絡協(xié)議是第一個實現(xiàn)了OSI的七層網(wǎng)絡協(xié)議，對于高速的雙絞線、同軸電纜、光纖、無線通信介質是適合的，但對于低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娏€信道來說，由于協(xié)議復雜、數(shù)據(jù)吞吐量大，可能導致效率降低。

北京福星曉程公司產(chǎn)品的解決方案的特點是芯片集成度較高，將電力線載波信號收發(fā)器、MCU以及計量和控制功能集成在一個芯片中，是一款SOC級的芯片。考慮到數(shù)據(jù)交換、通信協(xié)議處理、中繼路由計算等均須由MCU處理，所以MCU的負擔較重，應用系統(tǒng)對實時性的要求與通信系統(tǒng)的響應之間存在沖突。

青島東軟公司產(chǎn)品的解決方案通過高效、自適應、全自動的配電網(wǎng)絡中繼路由算法，自動感知配電網(wǎng)絡拓撲結構，動態(tài)地自適應配電網(wǎng)絡的變化，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)絡構成，其中數(shù)據(jù)鏈路層的設計是基于高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC），具有信息幀的長度可變、地址域長度可擴充性、幀中繼轉發(fā)機制等功能，提高了主站與從站之間數(shù)據(jù)交換能力。

2）微功率無線網(wǎng)絡。微功率無線指使用433MHz/470MHz/780MHz/2.4GHz頻率、發(fā)射功率小于等于50mW的無線射頻通信。國家電網(wǎng)電能量信息采集與管理系統(tǒng)中把利用無線傳感網(wǎng)絡技術的通信組網(wǎng)方式叫做微功率無線組網(wǎng)。微功率無線通信的特點是微功耗、自組網(wǎng)、雙向實時通信、標準化、便于移動、適合嵌入式安裝，可方便地嵌入到抄表設備、電能表以及用電電器中。缺點是點與點之間傳輸距離較短，無線信號易受障礙物阻擋［3］。

微功率無線組網(wǎng)的靈活組網(wǎng)方式可以擴展到智能用電領域。

通過支持無線組網(wǎng)的電能表、采集設備和用電電器，可以方便的給用戶提供實時的負荷曲線，分時電價，各電器實時、每日、每月耗電量（電費）的顯示；還可以遠方設定時段、電價、定時控制方案，更可以提供語音、數(shù)據(jù)、視頻的信息。

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