智能電能表的遠程預付費系統設計與應用

更新時間：2023-06-07

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胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定

摘要：近幾年伴隨著智能可記得不斷發展，電力行業的服務也發生著智能化轉變。現在隨著智能科技的應用，電力用戶已經實現了遠程數據采集，此外，已經實現了對電網和用戶的實時管理和監測，以適應互聯網時代用戶需求。本文對智能電能表的遠程集抄系統設計一些技

術進行介紹，以期為更好的做好遠程集抄工作。

關鍵詞: 電能表；遠程集抄；系統設計

0引言

電力系統利用智能電能表實現遠程集抄，其原則是借助遠程智能抄表工具，對用戶數據收集和分析，再利用數據通信傳輸功能，將在用戶收集的數據傳輸至管理平臺。采集到用戶數據是實現智能用電的基礎信息，發展電能自動抄表技術是實現智能用電和用電管理的必經之路，也是電力系統和智能數字化生活發展的必然產物。

1 用電數據遠程集抄采集的主要方式

1.1 RS485通信方式

RS485總線通信方式不僅需要分接收器而且要配合平衡驅動器并作為數據傳輸接口專線通信方式。總線通信較比其它模式的優點在于具有較強的抗噪聲干擾性，信道數據的傳輸速率峰值達到了10Mbps，優化的通信距離更是超過了1.2千米。根據理論數據顯示，總線通信的傳輸距離和傳輸速率成反比，即傳輸距離越長（短），則數據傳輸速率越小（大）。當數據傳輸速率峰值達到了100Mbps，那么通信距離就能成為現實。RS-485并不只是一種連接方式，除了半雙工連接方式外，還有全雙工這種鏈接方式。前者能讓通信雙方的信道實現共享，從而進行多點雙向的通信。后者信道不能共享，所以只能一對多進行通信。鑒于前者優勢非常明顯，所以這種連接方式被廣泛使用。遠程集抄系統給每棟安裝了集中控制器，給每戶都裝上了數據采集終端，依靠該終端可以對電力數據進行采集。

1.2 窄帶電力線載波通信方式

窄帶電力線載波通信除了相移鍵控方式外，還有頻移鍵控方式。前者用“0"和“1"分別表示 0°相位和 180°相位，后者也用“0"和“1"分別表示存在差異的兩種頻率。這種通信方式一方面由于成本不高、操作更便捷，另一方面我國國網營銷部在市場上主推這種方式的相關產品，所以在安裝利用時大多會這一方式。這種通信所使用的頻率范圍是 3~500kHz，但實際上當頻率處于9~95kHz時數據傳遞性好。窄帶電力線載波通信方式較比RS-485通信方式有很多不同之處，如可直接使用、價格便宜、安裝簡單、不需要后期維護等。所以，有些電力部門選擇這種通信方式，既達到了雙向傳輸數據的目的，又有效降低了投入的成本。特別是如果用戶的電壓很低，那么采用這種方式連接之后，不僅能同樣有效采集相關數據，而且還能對電力等情況進行檢測，更者能有效防止竊電等違法行為的發生，能適用于廣大用戶家中。

1.3 寬帶電力線載波通信方式

電力線寬帶載波這種技術是建立在以太網技術和正交頻分復用技術OFDM 基礎之上的。該技術的基本頻帶范圍是1～20MHz，而擴展頻帶的范圍具體是3～100MHz。該通信技術在以太網技術、正交頻分復用技術OFDM、離散多音頻調制技術DMT這三種技術的綜合作用下，讓數據的傳輸更敏捷、更可靠。這是因為一方面信號的傳輸是采用正交子信道，進而提高了數據傳輸的靈活性，另一方面這樣就提升了信號和數據的抗多徑干擾能力，進而讓信道傳輸更快、數據更可靠。智能電能表采集相關用電數據，首先需要將居民電表和電力線抄表的終端依靠RS-485接口進行連接。然后，需要將這些數據以IP格式呈現，這需要借助電力線寬帶載波采集器。第三步就是將IP格式的數據轉換成PLC電力線寬帶信號，然后再將這些信號與出戶電力線進行耦合，并將之傳輸到網橋當中，這樣就到達了總抄表集中器和交換機上，把用戶的用電數據實現了上傳。

1.4 微功率無線通信方式

微功率無線通信和當前使用的無線路由出現的時間比較接近。微功率無線通信方式傳輸信息，是依靠無線傳感器網絡WSN實現的。至于如何組網，這種通信方式中采用的仍是采集器的安裝。這樣一來，將采集器和微功率無線結合就可以實現信息或數據的傳輸。當然，利用全載波和集中器進行結合也可以進行信息或數據的傳輸。

2智能電能表的遠程集抄系統的實現

遠程集抄系統的結構由上位機和下位機組成，上位機包括中心管理站，下位機包括數據集中器、采集終端。上位機的作用有兩個方面，其一負責設置系統、命令發送、監測及顯示系統狀態，其二與數據集中器保持雙向通信。數據集中器是整個系統的通信樞紐，具有非常重要的地位，不僅接受指令、集中和統計數據，而且連接智能電表和中心站。采集終端和智能電表相連，主要負責用戶實時用電的數據采集和記錄。不僅如此，還能對電表相關參數進行設置，并實現數據的轉發。因此數據集中器需要同時與中心站和智能電表進行通信，本系統利用集中器工具，以GPRS形式與中心站進行通信數據的傳輸，再與智能電表之間的短程通信是利用無線方式采取通信通信，可見，集中器自身需有無線通信方式的模塊。

圖1

3智能電表設計基本要求

為實現遠程集抄，對智能電表設計的整體需求其功能主要是依靠三個不同的單元，對應的功能分別是采集電能、處理信號和數據通信。通常來說，智能電表共有以下幾大功能：

（1）輸入輸出功能這種電表要顯示出數據，通常是借助LCD顯示屏。這種電表顯示屏顯示的內容比較多，比如設備的運行情況、年月日、時間、用電峰值和谷值、電力的平值循環顯示等。另外，這種電表在信息輸入這方面也有很多功能，如開始、暫停、確定等。

（2）儲存數據智能電表應用二級儲存系統進行數據存儲。其中一級由CPU的程序存儲器閃存方式實現，二級由擴展閃存的方式實現。

（3）抄表想要電表數據得到更順利的傳輸，無限模塊SI4438可以實現這一目的。當然，除此之外還可以采用RS485接口，將需要傳輸的數據先匯總到集中器當中，然后再借助無線網絡可以對這些數據進行遠程自動抄表。如對一部分數據產生疑問，還可以采用終端現場讀表抄數。

（4）通信智能電能表通信方式主要有兩種，一種是借助Si4438無線模塊，另一種是借助RS485接口。后者的通信功能更強大和靈活，距離在1.2千米之間都可以滿足用戶需求。更重要的是，這種方式和當前主要使用的手持抄表終端設備可以實現互聯，讓抄表工作變得更加簡便。

（5）編程采用程序編程后，電表相關功能的使用會變得更加靈活。設計方案時，可以給整個系統的數據發射方式采用無線射頻技術，讓上位機發出的命令借助數據集中器傳輸給RS485接口，然后就可以讓整個電表實現編程控制。

4Si4438無線模塊

為了提高智能電表的使用性能，在設計無線收發器時特地選用了當前比較新型的 Si4438收發器。之所以稱為新型收發器，是因為Si4438收發器一方面采用了ilicon Lab的設計s方式，另一方面是滿足了我國對新能源要求的各項標準，尤其是我國智能電表使用的頻段是470-510MHz，這種模塊可以達到這一頻段要求。為了讓信息傳輸受到的阻礙越小，從而確保信息能傳輸更長的距離，可以給智能電表的信息收發器安裝攻略放大器。它有諸多顯著特點，如輸出功率狀態可以達到+20，靈敏度也更好，相鄰信道抑制保持在58分貝左右。

5安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

5.1 系統方案

系統為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。