胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：目前，我國電網(wǎng)建設(shè)中智能電能表是重要的設(shè)備之一，有利于實(shí)現(xiàn)用電信息的全覆蓋采集。智能電能表以功能豐富、擴(kuò)展靈活、接口多樣等諸多優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用。

關(guān)鍵詞: 智能電能表；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 智能電能表的原理及特點(diǎn)

1.1 原理

      電子式智能電能表，參照和結(jié)合了電子式電能表的相關(guān)原理。作為近年研發(fā)的高科技產(chǎn)品，其核心部件為電子元器件。基本原理：采集電壓以及電流在不同時(shí)段的數(shù)據(jù)，借助集成電路來搜集電壓，并對(duì)不同電流信號(hào)進(jìn)行處理，將它們更改為合適的脈沖輸出。利用單片機(jī)進(jìn)行集中處理，將脈沖轉(zhuǎn)變成用電量后再予以輸出。

1.2 特點(diǎn)

（1）功耗。智能電能表搭載了電子元件，表的功耗基本上都在0.6w～0.7w。有些集中式電能表，其到戶功率并不是很大。一個(gè)感應(yīng)式電能表，它的功耗已經(jīng)低到1.7w。 

（2）精度。顯示誤差上，2.0級(jí)電子式電能基本上是5%～400%，誤差結(jié)果不超過±2%。現(xiàn)行選擇的均為1.0級(jí)，其誤差相對(duì)更小。

（3）過載、工頻范圍。過載倍數(shù)上，本文提及的智能電能表可以達(dá)到6～8倍，它的量程明顯夠?qū)挕Ｈ绻恢槐肀堵蔬_(dá)到8～10倍，用戶也會(huì)更為喜歡，有些還將接近20倍。考慮到它的工作頻率非常寬，達(dá)到40Hz～1000Hz。針對(duì)那些感應(yīng)式電能表，過載倍數(shù)同樣接近于4倍，頻率則基本上只有45～55Hz。

（4）功能。智能電能表選取了電子技術(shù)，根據(jù)通信協(xié)議能夠和計(jì)算機(jī)之間完成聯(lián)網(wǎng)。利用編程軟件，控制應(yīng)用硬件。故而，智能電表的體積并不是很大，允許遠(yuǎn)傳控制(抄表也可以是斷送電)、對(duì)惡性負(fù)載進(jìn)行辨識(shí)、預(yù)先付費(fèi)，也可以反竊電。同時(shí)，用戶也可以修改軟件參數(shù)，適應(yīng)基本的控制需求。上述功能，從前的感應(yīng)式電能表根本沒有辦法實(shí)現(xiàn)。

2用電數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集抄采集的主要方式

2.1 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，用戶的用電數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了上傳。

2.2 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。

2.3 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(wǎng)營銷部在市場(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)選擇這一方式。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。

3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)包括中心管理站，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中心站。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)與中心站和智能電表進(jìn)行通信，本系統(tǒng)利用集中器工具，以GPRS形式與中心站進(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。 

4安科瑞AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

4.1 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。

4.2 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。

4.3 產(chǎn)品選型

5結(jié)束語

      作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的基本構(gòu)成，智能電能表除了能夠直接記錄終端用電信息外，同時(shí)還可作為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行B可缺少的信息采集媒介，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建中，擔(dān)任極為關(guān)鍵的角色。企業(yè)應(yīng)將智能電能表的運(yùn)行維護(hù)和科學(xué)管理工作視為眼前的工作要點(diǎn)，突出智能電能表本身的*性，推廣和普及智能電能表，推動(dòng)電力行業(yè)的和諧運(yùn)轉(zhuǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐雪剛.試論智能電能表的遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【2】劉錦華,周瑞萍,蔡曉萍,等.淺析智能電能表的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2012,22(06):153-155．

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06