智能電能表的遠程預付費係統設計與應用

簡婷

韦德1946网址  上海嘉定  201801

摘要：近幾年伴隨著智能可記得不斷發展，電力行業(ye) 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係統設計一些技 

術進行介紹，以期為(wei) 更好的做好遠程集抄工作。

關(guan) 鍵詞: 電能表；遠程集抄；係統設計

0 引言

       電力係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(chuan) 輸功能，將在用戶收集的數據傳(chuan) 輸至管理平台。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，也是電力係統和智能數字化生活發展的必然產(chan) 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(jin) 需要分接收器而且要配合平衡驅動器並作為(wei) 數據傳(chuan) 輸接口專(zhuan) 線通信方式。總線通信較比其它模式的優(you) 點在於(yu) 具有較強的抗噪聲幹擾性，信道數據的傳(chuan) 輸速率峰值達到了10Mbps，優(you) 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(chuan) 輸距離和傳(chuan) 輸速率成反比，即傳(chuan) 輸距離越長（短），則數據傳(chuan) 輸速率越小（大）。當數據傳(chuan) 輸速率峰值達到了100Mbps，那麽(me) 通信距離就能成為(wei) 現實。RS-485並不隻是一種連接方式，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(cong) 而進行多點雙向的通信。後者信道不能共享，所以隻能一對多進行通信。鑒於(yu) 前者優(you) 勢非常明顯，所以這種連接方式被廣泛使用。遠程集抄係統給每棟安裝了集中控製器，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，後者也用“0”和“1”分別表示存在差異的兩(liang) 種頻率。這種通信方式一方麵由於(yu) 成本不高、操作更便捷，另一方麵我國國網營銷部在市場上主推這種方式的相關(guan) 產(chan) 品，所以在安裝利用時大多會(hui) 這一方式。這種通信所使用的頻率範圍是 3~500kHz，但實際上當頻率處於(yu) 9~95kHz時數據傳(chuan) 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(jia) 格便宜、安裝簡單、不需要後期維護等。所以，有些電力部門選擇這種通信方式，既達到了雙向傳(chuan) 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，那麽(me) 采用這種方式連接之後，不僅(jin) 能同樣有效采集相關(guan) 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(wei) 的發生，能適用於(yu) 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複用技術OFDM 基礎之上的。該技術的基本頻帶範圍是1～20MHz，而擴展頻帶的範圍具體(ti) 是3～100MHz。該通信技術在以太網技術、正交頻分複用技術OFDM、離散多音頻調製技術DMT這三種技術的綜合作用下，讓數據的傳(chuan) 輸更敏捷、更可靠。這是因為(wei) 一方麵信號的傳(chuan) 輸是采用正交子信道，進而提高了數據傳(chuan) 輸的靈活性，另一方麵這樣就提升了信號和數據的抗多徑幹擾能力，進而讓信道傳(chuan) 輸更快、數據更可靠。智能電能表采集相關(guan) 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。然後，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。三步就是將IP格式的數據轉換成PLC電力線寬帶信號，然後再將這些信號與(yu) 出戶電力線進行耦合，並將之傳(chuan) 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(chuan) 。

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(chuan) 輸信息，是依靠無線傳(chuan) 感器網絡WSN實現的。至於(yu) 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(chuan) 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(chuan) 輸。

2 智能電能表的遠程集抄係統的實現

        遠程集抄係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(liang) 個(ge) 方麵，其一負責設置係統、命令發送、監測及顯示係統狀態，其二與(yu) 數據集中器保持雙向通信。數據集中器是整個(ge) 係統的通信樞紐，具有非常重要的地位，不僅(jin) 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(jin) 如此，還能對電表相關(guan) 參數進行設置，並實現數據的轉發。因此數據集中器需要同時與(yu) 中心站和智能電表進行通信，本係統利用集中器工具，以GPRS形式與(yu) 中心站進行通信數據的傳(chuan) 輸，再與(yu) 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(wei) 實現遠程集抄，對智能電表設計的整體(ti) 需求其功能主要是依靠三個(ge) 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(nei) 容比較多，比如設備的運行情況、年月日、時間、用電峰值和穀值、電力的平值循環顯示等。另外，這種電表在信息輸入這方麵也有很多功能，如開始、暫停、確定等。

    （2）儲(chu) 存數據 智能電表應用二級儲(chu) 存係統進行數據存儲(chu) 。其中一級由CPU的程序存儲(chu) 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(chuan) 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(chuan) 輸的數據先匯總到集中器當中，然後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(chan) 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(liang) 種，一種是借助Si4438無線模塊，另一種是借助RS485接口。後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 采用程序編程後，電表相關(guan) 功能的使用會(hui) 變得更加靈活。設計方案時，可以給整個(ge) 係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(chuan) 輸給RS485接口，然後就可以讓整個(ge) 電表實現編程控製。4Si4438無線模塊

      為(wei) 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(wei) 新型收發器，是因為(wei) Si4438收發器一方麵采用了ilicon Lab的設計s方式，另一方麵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(wei) 了讓信息傳(chuan) 輸受到的阻礙越小，從(cong) 而確保信息能傳(chuan) 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，相鄰信道抑製保持在58分貝左右。

5 安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台

5.1 係統方案

      係統為(wei) B/S架構，主要包括前端管理網站和後台集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352係列以及多用戶計量箱ADF300L係列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳(chuan) 閥控水表組成水電一體(ti) 預付費係統，達到先交費後用水的目的，剩餘(yu) 水量用完自動關(guan) 閥。

5.2 係統功能

      AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台由雲(yun) 平台-網關(guan) -預付費電能表組成，通過通信網絡完成係統到表的充值、查詢、監控、控製及短信報警等功能。

     本係統適用於(yu) 一些大集團和大物業(ye) ，往往需要將多個(ge) 物業(ye) 環境、分散於(yu) 各地的物業(ye) 集中式收費和管理，麵臨(lin) 著數據公網傳(chuan) 輸，財務操作分散，在線支付，總部財務紮口等複雜的需求。

      遠程集中抄表：抄表信息通過網關(guan) 實時上傳(chuan) 到雲(yun) 平台，快速便捷，免去人工抄表 。

      水表預付費:可是查看某區域水表的實時狀態信息，並可以進行單表或批量設置水價(jia) 控閥等操作。

      遠程售電:財務集中管理，電量實時下發，並比對充值次數，方便快捷。

      能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體(ti) 式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數據、能耗和財務的期初期末值等數據。

      在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾(zhong) 號實現在線自助充值水電費，也可以實時關(guan) 注商鋪用水用電情況。

      短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。

      遠程控製:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一係列遠程控製操作，方便管理。

5.3 產(chan) 品選型

6 結束語

       本文針對電網數據采集問題，一方麵利用了si4438無線收發器對電網進行組建，另一方麵根據數據采集實地設計了遠程數據采集端，以遠程抄表係統為(wei) 主要呈現，並且通過對該係統的通信方式進行研究和分析，從(cong) 而為(wei) 智能電能表的遠程集抄係統功能提供了基礎理論，進而讓智能電表遠程集抄係統給實際工作帶來便利。

【參考文獻】

【1】高磊.智能電能表的遠程集抄係統設計

【2】王廣輝.中國智能用電的實踐與(yu) 未來展望[J].中國電力,2012,45(1):1-3.

【3】安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06

作者簡介：簡婷，女，現任職於(yu) 韦德1946网址。