智能電能表的遠程預付費系統(tǒng)設計與應用

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

 

       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)據收集和分析，再利用數(shù)據通信傳輸功能，將在用戶收集的數(shù)據傳輸至管理平臺。采集到用戶數(shù)據是實現(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。

 

1.1 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)據傳輸接口專線通信方式?？偩€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。根據理論數(shù)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(shù)據傳輸速率越小（大）。當數(shù)據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)據采集終端，依靠該終端可以對電力數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(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)據傳輸?shù)撵`活性，另一方面這樣就提升了信號和數(shù)據的抗多徑干擾能力，進而讓信道傳輸更快、數(shù)據更可靠。智能電能表采集相關用電數(shù)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(shù)據以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)據的傳輸。

 

        遠程集抄系統(tǒng)的結構由上位機和下位機組成，上位機包括中心管理站，下位機包括數(shù)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(tǒng)、命令發(fā)送、監(jiān)測及顯示系統(tǒng)狀態(tài)，其二與數(shù)據集中器保持雙向通信。數(shù)據集中器是整個系統(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，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(shù)據采集和記錄。不僅如此，還能對電表相關參數(shù)進行設置，并實現(xiàn)數(shù)據的轉發(fā)。因此數(shù)據集中器需要同時與中心站和智能電表進行通信，本系統(tǒng)利用集中器工具，以GPRS形式與中心站進行通信數(shù)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

 

 

      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，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 智能電表應用二級儲存系統(tǒng)進行數(shù)據存儲。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)據進行遠程自動抄表。如對一部分數(shù)據產生疑問，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。

      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。

 

5.1 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、能耗和財務的期初期末值等數(shù)據。

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

 

 

 

       本文針對電網數(shù)據采集問題，一方面利用了si4438無線收發(fā)器對電網進行組建，另一方面根據數(shù)據采集實地設計了遠程數(shù)據采集端，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。

 

【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