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智能電能表的遠程預付費系統(tǒng)設計與應用

更新時間:2021-10-12 點擊次數(shù): 862次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要近幾年伴隨著智能可記得不斷發(fā)展,電力行業(yè)的服務也發(fā)生著智能化轉變?,F(xiàn)在隨著智能科技的應用,電力用戶已經實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)采集,此外,已經實現(xiàn)了對電網和用戶的實時管理和監(jiān)測,以適應互聯(lián)網時代用戶需求。本文對智能電能表的遠程集抄系統(tǒng)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(tǒng)設計

 

0引言
       電力系統(tǒng)利用智能電能表實現(xiàn)遠程集抄,其原則是借助遠程智能抄表工具,對用戶數(shù)據(jù)收集和分析,再利用數(shù)據(jù)通信傳輸功能,將在用戶收集的數(shù)據(jù)傳輸至管理平臺。采集到用戶數(shù)據(jù)是實現(xiàn)智能用電的基礎信息,發(fā)展電能自動抄表技術是實現(xiàn)智能用電和用電管理的必經之路,也是電力系統(tǒng)和智能數(shù)字化生活發(fā)展的必然產物。

 

1 用電數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸接口專線通信方式。總線通信較比其它模式的優(yōu)點在于具有較強的抗噪聲干擾性,信道數(shù)據(jù)的傳輸速率峰值達到了10Mbps,優(yōu)化的通信距離更是超過了1.2千米。根據(jù)理論數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸速率越?。ù螅?。當數(shù)據(jù)傳輸速率峰值達到了100Mbps,那么通信距離就能成為現(xiàn)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(xiàn)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(yōu)勢非常明顯,所以這種連接方式被廣泛使用。遠程集抄系統(tǒng)給每棟安裝了集中控制器,給每戶都裝上了數(shù)據(jù)采集終端,依靠該終端可以對電力數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù),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(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性,另一方面這樣就提升了信號和數(shù)據(jù)的抗多徑干擾能力,進而讓信道傳輸更快、數(shù)據(jù)更可靠。智能電能表采集相關用電數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)以IP格式呈現(xiàn),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(shù)據(jù)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?shù)骄W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(shù)據(jù)實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)信息或數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的傳輸。

 

2智能電能表的遠程集抄系統(tǒng)的實現(xiàn)
        遠程集抄系統(tǒng)的結構由上位機和下位機組成,上位機包括管理站,下位機包括數(shù)據(jù)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(tǒng)、命令發(fā)送、監(jiān)測及顯示系統(tǒng)狀態(tài),其二與數(shù)據(jù)集中器保持雙向通信。數(shù)據(jù)集中器是整個系統(tǒng)的通信樞紐,具有非常重要的地位,不僅接受指令、集中和統(tǒng)計數(shù)據(jù),而且連接智能電表和站。采集終端和智能電表相連,主要負責用戶實時用電的數(shù)據(jù)采集和記錄。不僅如此,還能對電表相關參數(shù)進行設置,并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉發(fā)。因此數(shù)據(jù)集中器需要同時與站和智能電表進行通信,本系統(tǒng)利用集中器工具,以GPRS形式與站進行通信數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù),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(huán)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(shù)據(jù) 智能電表應用二級儲存系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)存儲。其中一級由CPU的程序存儲器閃存方式實現(xiàn),二級由擴展閃存的方式實現(xiàn)。
    (3)抄表 想要電表數(shù)據(jù)得到更順利的傳輸,無限模塊SI4438可以實現(xiàn)這一目的。當然,除此之外還可以采用RS485接口,將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先匯總到集中器當中,然后再借助無線網絡可以對這些數(shù)據(jù)進行遠程自動抄表。如對一部分數(shù)據(jù)產生疑問,還可以采用終端現(xiàn)場讀表抄數(shù)。
    (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(xiàn)互聯(lián),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(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)射方式采用無線射頻技術,讓上位機發(fā)出的命令借助數(shù)據(jù)集中器傳輸給RS485接口,然后就可以讓整個電表實現(xiàn)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(fā)器時特地選用了當前比較新型的 Si4438收發(fā)器。之所以稱為新型收發(fā)器,是因為Si4438收發(fā)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(fā)器安裝攻略放大器。它有諸多顯著特點,如輸出功率狀態(tài)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(tǒng)方案
      系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng),達到先交費后用水的目的,剩余水量用完自動關閥。
5.2 系統(tǒng)功能
      AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成,通過通信網絡完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報警等功能。
     本系統(tǒng)適用于一些大集團和大物業(yè),往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理,面臨著數(shù)據(jù)公網傳輸,財務操作分散,在線支付,總部財務扎口等復雜的需求。

 

遠程集中抄表:抄表信息通過網關實時上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。
水表預付費:可是查看某區(qū)域水表的實時狀態(tài)信息,并可以進行單表或批量設置水價控閥等操作。
遠程售電:財務集中管理,電量實時下發(fā),并比對充值次數(shù),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+財務軌跡一體式綜合管理報表,包含用戶表的能耗、財務數(shù)據(jù)、能耗和財務的期初期末值等數(shù)據(jù)。
在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現(xiàn)在線自助充值水電費,也可以實時關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。
 

 

遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作,方便管理。

 

5.3 產品選型

 

 

 

6結束語
       本文針對電網數(shù)據(jù)采集問題,一方面利用了si4438無線收發(fā)器對電網進行組建,另一方面根據(jù)數(shù)據(jù)采集實地設計了遠程數(shù)據(jù)采集端,以遠程抄表系統(tǒng)為主要呈現(xiàn),并且通過對該系統(tǒng)的通信方式進行研究和分析,從而為智能電能表的遠程集抄系統(tǒng)功能提供了基礎理論,進而讓智能電表遠程集抄系統(tǒng)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系統(tǒng)設計
【2】王廣輝.中國智能用電的實踐與未來展望[J].中國電力,2012,45(1):1-3.
【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06

 

作者簡介:劉細鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事宿舍用電研究發(fā)展。


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