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智能電能表的遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

更新時(shí)間:2021-10-12 點(diǎn)擊次數(shù): 864次

劉細(xì)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(wù)也發(fā)生著智能化轉(zhuǎn)變?,F(xiàn)在隨著智能科技的應(yīng)用,電力用戶已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集,此外,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)和用戶的實(shí)時(shí)管理和監(jiān)測(cè),以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代用戶需求。本文對(duì)智能電能表的遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)設(shè)計(jì)一些技 
術(shù)進(jìn)行介紹,以期為更好的做好遠(yuǎn)程集抄工作。
關(guān)鍵詞: 電能表;遠(yuǎn)程集抄;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 

0引言
       電力系統(tǒng)利用智能電能表實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集抄,其原則是借助遠(yuǎn)程智能抄表工具,對(duì)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(tái)。采集到用戶數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)智能用電的基礎(chǔ)信息,發(fā)展電能自動(dòng)抄表技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能用電和用電管理的必經(jīng)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(chǎn)物。

 

1 用電數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(qū)動(dòng)器并作為數(shù)據(jù)傳輸接口專線通信方式??偩€通信較比其它模式的優(yōu)點(diǎn)在于具有較強(qiáng)的抗噪聲干擾性,信道數(shù)據(jù)的傳輸速率峰值達(dá)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(zhǎng)(短),則數(shù)據(jù)傳輸速率越?。ù螅.?dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率峰值達(dá)到了100Mbps,那么通信距離就能成為現(xiàn)實(shí)。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(shí)現(xiàn)共享,從而進(jìn)行多點(diǎn)雙向的通信。后者信道不能共享,所以只能一對(duì)多進(jìn)行通信。鑒于前者優(yōu)勢(shì)非常明顯,所以這種連接方式被廣泛使用。遠(yuǎn)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(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)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(guó)國(guó)網(wǎng)營(yíng)銷部在市場(chǎng)上主推這種方式的相關(guān)產(chǎn)品,所以在安裝利用時(shí)大多會(huì)這一方式。這種通信所使用的頻率范圍是 3~500kHz,但實(shí)際上當(dāng)頻率處于9~95kHz時(shí)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(jià)格便宜、安裝簡(jiǎn)單、不需要后期維護(hù)等。所以,有些電力部門選擇這種通信方式,既達(dá)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(guān)數(shù)據(jù),而且還能對(duì)電力等情況進(jìn)行檢測(cè),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(shù)是建立在以太網(wǎng)技術(shù)和正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM 基礎(chǔ)之上的。該技術(shù)的基本頻帶范圍是1~20MHz,而擴(kuò)展頻帶的范圍具體是3~100MHz。該通信技術(shù)在以太網(wǎng)技術(shù)、正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM、離散多音頻調(diào)制技術(shù)DMT這三種技術(shù)的綜合作用下,讓數(shù)據(jù)的傳輸更敏捷、更可靠。這是因?yàn)橐环矫嫘盘?hào)的傳輸是采用正交子信道,進(jìn)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(hào)和數(shù)據(jù)的抗多徑干擾能力,進(jìn)而讓信道傳輸更快、數(shù)據(jù)更可靠。智能電能表采集相關(guān)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(jìn)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(zhuǎn)換成PLC電力線寬帶信號(hào),然后再將這些信號(hào)與出戶電力線進(jìn)行耦合,并將之傳輸?shù)骄W(wǎng)橋當(dāng)中,這樣就到達(dá)了總抄表集中器和交換機(jī)上,把用戶的用電數(shù)據(jù)實(shí)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(dāng)前使用的無線路由出現(xiàn)的時(shí)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(wǎng)絡(luò)WSN實(shí)現(xiàn)的。至于如何組網(wǎng),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(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)信息或數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)然,利用全載波和集中器進(jìn)行結(jié)合也可以進(jìn)行信息或數(shù)據(jù)的傳輸。

 

2智能電能表的遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
        遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由上位機(jī)和下位機(jī)組成,上位機(jī)包括管理站,下位機(jī)包括數(shù)據(jù)集中器、采集終端。上位機(jī)的作用有兩個(gè)方面,其一負(fù)責(zé)設(shè)置系統(tǒng)、命令發(fā)送、監(jiān)測(cè)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(gè)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(jì)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(fù)責(zé)用戶實(shí)時(shí)用電的數(shù)據(jù)采集和記錄。不僅如此,還能對(duì)電表相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。因此數(shù)據(jù)集中器需要同時(shí)與站和智能電表進(jìn)行通信,本系統(tǒng)利用集中器工具,以GPRS形式與站進(jìn)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(shè)計(jì)基本要求
      為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集抄,對(duì)智能電表設(shè)計(jì)的整體需求其功能主要是依靠三個(gè)不同的單元,對(duì)應(yīng)的功能分別是采集電能、處理信號(hào)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(nèi)容比較多,比如設(shè)備的運(yùn)行情況、年月日、時(shí)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(chǔ)存數(shù)據(jù) 智能電表應(yīng)用二級(jí)儲(chǔ)存系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其中一級(jí)由CPU的程序存儲(chǔ)器閃存方式實(shí)現(xiàn),二級(jí)由擴(kuò)展閃存的方式實(shí)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(shí)現(xiàn)這一目的。當(dāng)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(dāng)中,然后再借助無線網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。如對(duì)一部分?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生疑問,還可以采用終端現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)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(dāng)前主要使用的手持抄表終端設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián),讓抄表工作變得更加簡(jiǎn)便。
    (5)編程 采用程序編程后,電表相關(guān)功能的使用會(huì)變得更加靈活。設(shè)計(jì)方案時(shí),可以給整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)射方式采用無線射頻技術(shù),讓上位機(jī)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(gè)電表實(shí)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(shè)計(jì)無線收發(fā)器時(shí)特地選用了當(dāng)前比較新型的 Si4438收發(fā)器。之所以稱為新型收發(fā)器,是因?yàn)镾i4438收發(fā)器一方面采用了ilicon Lab的設(shè)計(jì)s方式,另一方面是滿足了我國(guó)對(duì)新能源要求的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),尤其是我國(guó)智能電表使用的頻段是470-510MHz,這種模塊可以達(dá)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(zhǎng)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(diǎn),如輸出功率狀態(tài)可以達(dá)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(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)
5.1 系統(tǒng)方案
      系統(tǒng)為B/S架構(gòu),主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺(tái)集抄服務(wù),配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列,實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng),達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的,剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。
5.2 系統(tǒng)功能
      AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)由云平臺(tái)-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成,通過通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報(bào)警等功能。
     本系統(tǒng)適用于一些大集團(tuán)和大物業(yè),往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理,面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸,財(cái)務(wù)操作分散,在線支付,總部財(cái)務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。

 

遠(yuǎn)程集中抄表:抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái),快速便捷,免去人工抄表 。
水表預(yù)付費(fèi):可是查看某區(qū)域水表的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,并可以進(jìn)行單表或批量設(shè)置水價(jià)控閥等操作。
遠(yuǎn)程售電:財(cái)務(wù)集中管理,電量實(shí)時(shí)下發(fā),并比對(duì)充值次數(shù),方便快捷。

   

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況;可提供能耗分析+財(cái)務(wù)軌跡一體式綜合管理報(bào)表,包含用戶表的能耗、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財(cái)務(wù)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(hào)實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi),也可以實(shí)時(shí)關(guān)注商鋪用水用電情況。
短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒,都可及時(shí)短信通知商戶。
 

 

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

 

5.3 產(chǎn)品選型

 

 

 

6結(jié)束語(yǔ)
       本文針對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集問題,一方面利用了si4438無線收發(fā)器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行組建,另一方面根據(jù)數(shù)據(jù)采集實(shí)地設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集端,以遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)為主要呈現(xiàn),并且通過對(duì)該系統(tǒng)的通信方式進(jìn)行研究和分析,從而為智能電能表的遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)功能提供了基礎(chǔ)理論,進(jìn)而讓智能電表遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)給實(shí)際工作帶來便利。

 

【參考文獻(xiàn)】
【1】高磊.智能電能表的遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)設(shè)計(jì)
【2】王廣輝.中國(guó)智能用電的實(shí)踐與未來展望[J].中國(guó)電力,2012,45(1):1-3.
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06

 

作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)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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