淺談智能電能表的遠程預付費集抄系統設計

更新時間：2022-02-16

技術文章

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：目前，我國電網建設中智能電能表是重要的設備之一，有利于實現用電信息的全覆蓋采集。智能電能表以功能豐富、擴展靈活、接口多樣等諸多優點，在電網的穩定、安全運行中發揮著重要作用。

關鍵詞: 智能電能表；遠程集抄；系統設計

0引言

電力系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，再利用數據通信傳輸功能，將在用戶收集的數據傳輸至管理平臺。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，也是電力系統和智能數字化生活發展的必然產物。

1 智能電能表的原理及特點

1.1 原理

電子式智能電能表，參照和結合了電子式電能表的相關原理。作為近年研發的高科技產品，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段的數據，借助集成電路來搜集電壓，并對不同電流信號進行處理，將它們更改為合適的脈沖輸出。利用單片機進行集中處理，將脈沖轉變成用電量后再予以輸出。

1.2 特點

（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。一個感應式電能表，它的功耗已經低到1.7w。

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

（3）過載、工頻范圍。過載倍數上，本文提及的智能電能表可以達到6～8倍，它的量程明顯夠寬。如果一只表倍率達到8～10倍，用戶也會更為喜歡，有些還將接近20倍。考慮到它的工作頻率非常寬，達到40Hz～1000Hz。針對那些感應式電能表，過載倍數同樣接近于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，根據通信協議能夠和計算機之間完成聯網。利用編程軟件，控制應用硬件。故而，智能電表的體積并不是很大，允許遠傳控制(抄表也可以是斷送電)、對惡性負載進行辨識、預先付費。同時，用戶也可以修改軟件參數，適應基本的控制需求。上述功能，從前的感應式電能表根本沒有辦法實現。

2用電數據遠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，進而提高了數據傳輸的靈活性，另一方面這樣就提升了信號和數據的抗多徑干擾，進而讓信道傳輸更快、數據更可靠。智能電能表采集相關用電數據，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。然后，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。第三步就是將IP格式的數據轉換成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，并將之傳輸到網橋當中，這樣就到達了總抄表集中器和交換機上，用戶的用電數據實現了上傳。

2.2 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輸信息，是依靠無線傳感器網絡WSN實現的。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信息或數據的傳輸。當然，利用全載波和集中器進行結合也可以進行信息或數據的傳輸。

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選擇這一方式。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生，能適用于廣大用戶家中。

3智能電能表的遠程集抄系統的實現

遠程集抄系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。上位機的作用有兩個方面，其一負責設置系統、命令發送、監測及顯示系統狀態，其二與數據集中器保持雙向通信。數據集中器是整個系統的通信樞紐，具有非常重要的地位，不僅接受指令、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。不僅如此，還能對電表相關參數進行設置，并實現數據的轉發。因此數據集中器需要同時與中心站和智能電表進行通信，本系統利用集中器工具，以GPRS形式與中心站進行通信數據的傳輸，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。

4安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

4.1 系統方案

系統為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，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。