近年来由于电子科技和网络技术的迅速发展，智能电网的建设已成为必然趋势。它融合了传感技术、通信技术、自动化技术、计算机技术等现代科学技术以及先进的管理服务理念。形成了与用户实时互动的新型供用电关系，实现电力资源的最佳配置，保障供电的安全性、可靠性和用电的便捷性。电力通信网作为智能电网的重要组成部分，是电网智能化、互动化的有力保证。用电信息采集系统是智能电网的重要体现，利用电力通信网实现对用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集和在线监测^[1]。将从用电信息系统的组成结构、远程通信方式及本地通信等方面进行阐述。

1 用电信息采集系统组成

用电信息采集系统的建设能有效的保障供电的安全性、可靠性，提升用电管理水平，节约人力资源降低经济成本，对促进我国电力企业可持续发展提供了有力保障。用电信息采集系统由系统主站、通信信道、采集设备以及智能电表几部分组成，实现计量装置在线监测和用户电压、电量、负荷等重要信息的实时采集，及时、准确、完整地为电力服务与营销业务提供用户用电数据。用电信息采集系统是通过对配电变压器和终端用户用电数据的采集和分析，实现自动抄表、负荷管理、用电监控、有序用电、阶梯电价执行、线损分析等功能，为电力部门提供电网运行数据^[2]。

系统在逻辑上分为三个层面，分别是主站层、通信信道层和采集设备层。用电信息采集系统的结构如图 1所示。

其中主站层与电力服务、营销管理等其他的业务应用相连，包含前置采集平台、数据库管理、营销釆集业务应用三大部分。进行用电信息采集、存储、处理；协议解析、通信调度和指令下发。

通信信道层是主站层和采集设备层的连接纽带，提供多种信息传输通道，通过有线和无线的通信方式，实现了主站和终端之间的信息交流。

采集设备层分为计量设备子层和终端子层，包括专用变压器采集终端、集中器、采集器、手持抄表器和计量设备，负责收集和提供系统所需的基础数据、信息。计量设备子层实现电能计量和数据输出功能；终端子层收集用户计量设备的信息，并通过信道和主站进行信息交互。

2 用电采集系统的通信网络

用电信息采集系统的通信网络分为两部分：一是远程通信网(接入网)，是主站与采集终端、配电终端、集中器/采集器、能源网关和能源管理系统之间的数据传输通道。承担着电力生产和调度的综合业务，也为行政管理和自动化信息传输提供服务。二是本地通信(传感网)，是采集终端与用户电能表、控制器、用能设备之间进行数据传输的通道，传递用户用电的基础数据^[3]。

2.1 远程通信组网方式

远程通信用于实现主站与现场终端之间的信息传输。目前，远程通信主要采用光纤、GPRS/CDMA无线公网、230 MHz无线专网、中压载波、McWiLL无线通讯技术等方式。

2.1.1 光纤通信

光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的通信手段。具有传输速率高、可靠性高和衰减低等其他通信方式难以比拟的优点。目前，光纤通信技术已很成熟，在电力通信网建设中得到广泛应用。光纤通信可分为有源光网络通信和无源光网络通信。有源光网络是指在局端设备和远端设备之间，通过有源光传输设备连接，节点之间需要经过光-电-光的转换。无源光网络(Passive Optical Network，PON)是一种新兴的宽带接入光纤技术，在光分支点不需要节电设备，只需安装光分路器即可，具有安全性高、速度快、成本低的特点。随着PON技术的不断发展，由最初的以ATM为承载协议的APON发展为上下行速率均为1 Gb/s的基于以太网的EPON (Ethernet Passive Optical Network)和上下行速率均为2.5 Gb/s的GPON(Gigabit-Capable PON)。

EPON是一种基于以太网的PON技术采用点到多点结构的无源光纤接入技术，国际标准是IEEE802.3ah，利用PON的拓扑结构实现以太网接入。由光线路终端OLT(Optical Line Terminal)、用户端的光网络单元ONU(Optical Network Unit)和光分配网ODN(Optical Distribution Netowork)组成。信息传输下行方向，从OLT到ONU，OLT采用广播方式发送信号，发出的以太网数据报经过一个1:N的无源光分路器或几级分路器传送到每一个ONU，N最大为64，并可以通过多芯片方式扩展用户数量。ONU根据其前导码中的逻辑链路标志LLID选择性的接收信号；上行方向，从ONU到OLT采用TDMA时分多址接入方式，ONU在OLT分配的时隙中发送信号，任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT，而不能到达其他的ONU。增加了网络的安全性。ODN用来连接OLT和ONU，提供光传输通道，分发下行数据并集中上行数据，完成信号的双向传输^[4]。EPON上行、下行通信原理如图 2所示。

GPON是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准系统，采用与EPON系统相同的点到多点，无源光纤传输方式的网络拓扑结构，通信模式采用时分复用的模式。随着收发模块的发展，GPON的分路比达到1:128。在技术上可以说GPON更高级，有更高的传输速率，可带更多的用户^[5]。EPON与GPON技术对比如表 1。

经过对比GPON在性能指标上存在一定的优势，但作为一种新技术，目前只有少量厂家提供相关产品，而且成本比EPON要高。目前在应用上EPON技术更成熟一些，成本低，应用更为广泛。综合两种技术的性能及应用来看，在未来的发展中，随着GPON技术的不断成熟，会弥补EPON的不足，面向不同要求的客户，二者发挥各自的优势，从而形成互补共存的形式。

EPON技术在电力通信系统中应用已经比较成熟，利用点到多点、无源光纤传输、组网灵活的特点已成为智能电网接入网建设的最佳技术选择。EPON技术远程组网方式如图 3所示^[6]。

2.1.2 电力线载波通信

电力线载波通信是电力系统特有的通信方式，利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的通信技术。按照电压等级的不同可分为高压电力线载波通信、中压电力线载波通信和低压电力线载波通信。中压电力线载波通信方式适用于远程通信信道，而低压电力线载波适用于本地通信网。具有投资小、易维护、网络建设灵活的优点，缺点是易受电网影响，信号衰减大、噪声干扰强。但是作为特有的通信资源，它发挥的独特作用是不可替代的，不易受到人力和自然灾害的破坏。适用于信息调度需求量小的环境，也可作为备用通信手段。

2.1.3 230 MHz专网通信

230 MHz无线通信是利用频段230 MHz的无线电台的方式实现数据采集、监控与控制的远程传输方式，是国家无线电委员会批准的电力负荷管理系统专用频段，该频段电波在大气中传播，气象变化对信道影响小，稳定性好。采用点对点的无线通信方式，实时性强。缺点是点对点的应答方式同一时刻同一频点下只能与一个终端数据通信，传输容量有限。适用于地势相对平坦的地区，也可用于大容量专用变压器用户的用电信息采集和控制^[7]。

2.1.4 GPRS无线通信

GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务，是一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。它是电力公司使用或租用公共通信运营商建设的公共通信资源，为用电信息采集系统提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。基于GPRS网络的用电管理系统，数据通信可靠，质量高，网络稳定，覆盖范围广，不易受环境影响；但与专网相比其安全系数低，容易受到攻击。适用于简短的、突发性的、频繁的、少量的数据传输。

随着通信技术的更新换代，目前已出现“4G”LTE (Long Term Evolution)无线专网通信方式，利用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multi-plexing，正交频分复用)和MIMO(Multi-Input& Multi-Output，多输入多输出)传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，系统结构更简单^[8]。TLE技术不仅具有GPRS的优点，还弥补了GPRS在传输速率、保密性、安全性上的不足，更能满足电力通信网建设的技术要求。

2.1.5 McWiLL无线通信技术

McWiLL(Multi-carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路)宽带无线接入系统是国内自主研发的集先进的码扩正交频分多址(CS-OFDMA)、智能天线、自适应调制编码、快速联合检测等先进技术为一体的宽带无线通信系统。McWiLL系统具有传输容量大、覆盖范围广、安全性高的优势，在电力系统配网通信和应急通信中得到很好的应用。

上述几种通信方式各具特点，从通信质量和性能上来看，光纤通信会逐渐取代其它几种通信方式成为用电信息采集系统的主流通信方式，但在实际情况中远程通信组网形式要综合考虑通信质量、地理位置、区域环境、经济性等问题，因此多种通信方式并存也是电力通信系统未来发展的一大趋势。

2.2 本地通信组网方式

本地通信是指采集终端和用户电表之间的数据通信。一般采用光纤通信、低压电力线载波通信、微功率无线通信和RS-485通信等方式。本地通信方式如图 4所示。

2.2.1 电力线载波通信

低压电力线载波通信分为窄带低压电力线载波通信和宽带低压电力线载波通信。

窄带载波通信技术是指载波信号频率在40~500 kHz范围内的低压电力线载波通信。主要采用移频键控、扩频、正交频分复用等调制技术，信号衰减相对小，传输范围能覆盖几百米内的低压供电台区，无需另设通信线路，便可实现对用户电表的数据采集和控制。但电力谐波噪声大且干扰强，而且易受负载特性影响，稳定性差。一般适用于城乡公变供电区域、城市公寓小区等电表安装位置较分散、布线较困难、用电负载特性变化较小的台区。

宽带电力线载波通信工作在1~40 MHz频率范围内，采用正交频分复用技术，较好地避开了千赫兹频段的低频噪声和干扰，占用频带宽，数据传输速率高，数据容量大，且线路阻抗稳定。缺点是由于载波频率高，信号传输衰减很大，使用频率处于短波无线电频带，需要很高的发射功率，因此通信距离受限，适用于用户电表集中的台区。

2.2.2 RS-485通信

RS-485是由美国电子工业协会EIA研究的一种支持多节点、可靠性高和传输距离远的总线标准。通信方式技术简单、成熟、易于实现，采用半双工工作方式，平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，抗噪声干扰性好。目前，RS-485口已经成为计量电能表的标准配置接口，标准驱动节点数为32个，最大传输距离可达1 200 m。在实际通信使用中，通过加入中继模块可以增加通讯距离和节点数，RS-485网络中节点数最大为2048个。缺点是施工布线的工作量大，网线易受破坏，且故障点不易查找，适用于电能表已集中安装、用电负载特性变化较大的台区, 如城市居民小区、较密集的商住楼、农村配电变压器台区、别墅区等^[9]。

2.2.3 微功率无线通信

微功率无线通信采用WSN(Wireless Sensor Networks)无线传感器网络技术无线通信式。通过对各类集成化的微型传感器节点进行配置和管理，实时监测、采集用电数据或监测、传输对象信息。它的特点是功耗低、组网灵活、经济性好、适合嵌入式安装，可方便地嵌入到抄表设备及电能表中，单表抄表成功率高，速率快且实时性好。缺点是传输距离短，受制约因素多，信号易受障碍物阻挡。微功率无线适用于电能表位集中、用电负荷特性变化较大的台区，如城市居民小区、电能表集中的农村等。

2.2.4 EPON通信方式

随着电力光纤到户技术的发展，光电复合电缆的研究和应用，EPON技术开始应用于本地通信。由10 kV配电室内的局端OLT敷设光纤经分光器设备分接至各栋楼单元电表间的终端ONU。楼体内采用ONU+采集器+RS-485的通信方式，提高可靠性。采集器与电表之间既可以采用RS-485方式，也可以采用PLC载波方式连接，优先采用RS-485通信方式。在不具备铺设RS-485线条件时，可以选用采集器+PLC的通信方式^[10]。EPON在本地通信中应用形式如图 5所示。

EPON技术综合了PON技术和以太网技术的优点，标准化程度高、拓扑结构灵活、带宽高、实时性好。灵活的组网方式及通信优势适用于采集点数量多、采集时间密度高、采集数据量大的复杂场合。

3 结语

电力通信网建设是用电信息采集系统组成的必要条件，是推动电力市场化的基础。系统建设方案也随着经济的发展及电子科技的发展不断优化。通过对各种通信方式在电力通信网建设中的应用进行分析比较，希望对通信方式的选择具有一定的借鉴意义。