電能計量與遠程抄表應用研究期刊發(fā)表論文
電能計量與遠程抄表應用研究
摘要:介紹了目前售電管理的幾種方式,分析了傳統(tǒng)的手工抄表、預付費系統(tǒng)和遠程抄表系統(tǒng)等方式的優(yōu)缺點和發(fā)展方向。介紹了遠程抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點,從電能計量裝置、采集器、集中器、數(shù)據(jù)中心和各種通信方式闡述了遠程抄表技術的發(fā)展和應用現(xiàn)狀。分析了傳統(tǒng)機械式電能表、脈沖式電表、紅外接口電能表和485接口的電子式電表等電能計量裝置的特點和相對應的采集器的數(shù)據(jù)采集模式,重點介紹了DL/T645電能表通信規(guī)約、電力線載波遠抄、GPRS/CDMA網(wǎng)絡遠抄等方式,研究了數(shù)據(jù)中心的建立及與銀行的合作模式。指出遠程抄表系統(tǒng)的發(fā)展方向。關鍵詞:電能計量;遠程抄表;電能表通信;電力線載波。0.引言
智能電網(wǎng)概念的提出,對電力建設有很大的推動和指導作用。遠程抄表是作為電網(wǎng)智能化的基石,它可以實時收集終端用戶的電量信息,監(jiān)控其工作狀態(tài),實現(xiàn)有序用電、自動抄表和用電監(jiān)控,同時為電網(wǎng)企業(yè)線損率管理、用電分析、負荷預測、電價評估和營銷決策提供有力的技術支持。
同時,隨著科學技術的發(fā)展,特別是電力電子技術,電子技術,信息技術和無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展和成熟,電力行業(yè)也逐步體會到科技進步帶來的便利。在抄表行業(yè)中,也經(jīng)歷了幾個時代的發(fā)展,傳統(tǒng)的手工抄表發(fā)展到預付費系統(tǒng)和遠程自動抄表系統(tǒng),今后必將朝著信息化抄表和管理一體化的新的抄表方式方向發(fā)展[1-6]。
目前,比較多的抄表方式主要有三種:
(1)人工抄表模式。這是一種挨家挨戶的抄表方式,工作量大,對居民用戶的影響大,出錯率高,因此而容易引起糾紛。相對有些改進的手持紅外抄表器,利用紅外數(shù)據(jù)傳輸用手持儀器對電表進行抄表,雖然減少了出錯率也可以在離電表幾米遠的地方抄表而節(jié)省了時間,但是仍需要一家一戶進行,沒有發(fā)生根本性的進步。
(2)預付費系統(tǒng)模式。這是一種“先交費后用電”的電力營銷模式。工作過程為:用戶持電卡到供電部門去買電,供電部門收費后利用后臺軟件將相應的電量數(shù)據(jù)寫入到用戶的電卡內(nèi)。用戶拿著電卡在自己的預付費式電表上刷卡取電。電表實時比對剩余電量,如卡內(nèi)電量使用完則給用戶停電[7]。
預付費系統(tǒng)由于先交費后用電,徹底解決了收電費難的問題,為電力部門帶來了便利,是一種新穎的營銷模式。但是,正是這種先交費后用電的模式在法律上并沒有得到保證和許可,往往存在很多爭議。技術上,預付費采集的信息量有限,而且只有在買電和充電的時候進行少量的數(shù)據(jù)交換,無法做到數(shù)據(jù)的大量采集,更無法做到實時采集,要做到信息化管理就無從談起。
(3)遠程抄表模式。遠程抄表系統(tǒng)也稱集抄系統(tǒng),又稱自動抄表系統(tǒng),是指利用現(xiàn)代電子技術、
信息技術等實現(xiàn)電表、水表、燃氣表、暖氣表等表計儀器的自動化遠程抄送和處理的系統(tǒng)。
遠程抄表系統(tǒng)不但是技術的進步、生產(chǎn)力的提高的表現(xiàn),也是實現(xiàn)信息化發(fā)展和管理的一種營銷模式,具有重要意義。隨著科學技術特別是電子技術的發(fā)展數(shù)字化社會建設的進行,抄表也同樣發(fā)生了革命性的進步,出現(xiàn)了載波電表遠抄系統(tǒng)、短消息遠抄系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡遠抄系統(tǒng)等功能強大而成本較低的信息化抄表系統(tǒng)。
1.遠程抄表總體結(jié)構(gòu)
如圖1所示,遠程抄表系統(tǒng)的組成部件有:電能計量裝置,采集器,集中器,網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心。
遠程抄表的基本方式為:每個電表或者每個電表箱安裝一個采集器,通過一定的數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議,從電表上采集電能量等數(shù)據(jù),一個區(qū)域內(nèi)(比如一個小區(qū)或者一個臺區(qū))所有的采集器采集到的數(shù)據(jù)集中到集中器,然后通過一定的網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心。
電能計量裝置采集器通信協(xié)議集中器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心電能計量裝置采集器
圖1遠程抄表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
Fig.1StructureofRemoteMeterReadingSystem
具體的遠程抄表的結(jié)構(gòu)多種多樣,主要決定因素是通信信道的選擇,包括采集器和集中器之間的底層通信以及集中器和數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡選擇。目前應用較多的有:(1)電力線載波遠抄系統(tǒng)、(2)短消息模式遠抄系統(tǒng)、(3)GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、(4)基于Zigbee等短程無線網(wǎng)絡和Internet技術的遠程抄表系統(tǒng)、(5)利用電腦的串口通過485總線讀表。還有其它多種方式。
2.電能計量裝置和采集器
2.1電能計量裝置
目前來說,電能計量裝置大概可以分為幾種:(1)傳統(tǒng)機械式電表。這種電表已很少在新安裝項目中使用,但是仍然有一定數(shù)量的保有量。機械式電表是通過電場產(chǎn)生磁場,對轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生一個力矩而計量電能的,它是通過機械轉(zhuǎn)輪來計量電量。這種電表計數(shù)直觀,但是數(shù)據(jù)是視覺上的而非電子式,與其它電子儀器無法直接通信。
(2)脈沖式電表。這種電表分為電能測量部件和脈沖部件。電能測量部件是感應式的,測量到的電量的數(shù)據(jù)和機械式類同,數(shù)據(jù)接口則是采用脈沖的方式輸出。當電表有電流流過,相應的元件轉(zhuǎn)動,觸發(fā)脈沖輸出。對脈沖進行計數(shù)即可采集到電量等數(shù)據(jù)。
(3)紅外接口的電能表。這種電表是電子式電表,測量到的數(shù)據(jù)保存到非易失性存儲器中,通過紅外調(diào)制信號輸出。用手持儀器或者其它對應的紅外數(shù)傳儀器可以與這種電表進行通信,讀取數(shù)據(jù)并可以設置參數(shù)。
(4)485通信接口電子式電表。這是種新型的工業(yè)級的電表,電壓和電流通過表內(nèi)的互感器降壓,小信號經(jīng)過處理后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換部分,經(jīng)過采樣保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換,把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,再經(jīng)過表內(nèi)的微型處理器計算和處理,算出有功無功等電量數(shù)據(jù),并保存到非易失性存儲器中。這種表功能強大,數(shù)據(jù)量豐富,可以實現(xiàn)復費率,可記錄波峰波谷。數(shù)據(jù)接口采用工業(yè)級的485接口,穩(wěn)定可靠,通信數(shù)據(jù)量大而方便,通用性強。2.2相對應的采集器
針對以上幾種電表以及他們不同的數(shù)據(jù)接口,采集器的方式也不盡相同。
(1)對于機械式電表電量的采集主要有三種傳感器,光感元件、霍爾元件和干簧管。機械式電表上有一個轉(zhuǎn)盤,有電量流過則會轉(zhuǎn)動,而轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速是和功率成正比的。比如有的電表標示1600R/kWh,表示每走一度電電表要轉(zhuǎn)1600轉(zhuǎn)。電表的轉(zhuǎn)盤上有一個黑點,每次轉(zhuǎn)動都會經(jīng)過電表表面。因此,要采集機械式電表數(shù)據(jù)量,可以使用光感元件。在電表轉(zhuǎn)盤表面處安裝一個傳感器,傳感器的一側(cè)發(fā)射一定頻率的光線,一般為不可見的紅外線,另一側(cè)則為接收部分。由于轉(zhuǎn)盤是易于反光的鋁盤,對光線有反射,而黑點處則不會反光,根據(jù)這個特點自動計量電表轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)。也有的是在電表轉(zhuǎn)盤上安裝一個小型的磁性元件,在表外安裝一個霍爾元件或者干簧管,當磁性元件經(jīng)過霍爾元件或者干簧管時觸發(fā)一次,這樣就可以記下電表的轉(zhuǎn)數(shù)。這種采集器雖然技術比較成熟,但是轉(zhuǎn)盤的黑點和反光部分比較難以區(qū)別,容易造成計數(shù)錯誤而讀錯數(shù)據(jù)。并且要有專門的處理器或者計數(shù)器對轉(zhuǎn)數(shù)進行計量,系統(tǒng)消耗較大。對于不同廠家的電表,其電量常數(shù)不一樣,即每用一度電,轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)是不一樣的。這就要求針對不同的電表也要有不同的專門采集器來采集數(shù)據(jù)。
(2)脈沖式電表,其接口輸出的是一種脈沖。脈沖數(shù)據(jù)類似于機械式電表的轉(zhuǎn)盤。例如電表上標示著6000imp/kWh,表示接口每輸出6000個脈沖就走了一度電。由于脈沖接口的電壓不是普通的5V級別的電子系統(tǒng)電壓,而且為了減少各個儀器之間的干擾,需要有一個光電耦合隔離。采集器中需要安裝一個光電耦合隔離器,防止電磁干擾。同樣,這種采集器也需要專門的計數(shù)器或者微處理器進行計量脈沖數(shù),要求附加器件多。脈沖式電表的電量常數(shù)也不同,也需要針對不同廠家的電表而對采集器做相應的調(diào)整。
(3)紅外接口的電表,多用于手持抄表器,在遠程自動集抄系統(tǒng)中應用不多?墒褂眉t外通信元件直接讀取電表內(nèi)存儲的電量數(shù)據(jù)。
(4)485接口的電表是全電子式的電表,數(shù)據(jù)通用性強。485電表已經(jīng)形成了成熟的電子式電能表通信規(guī)約,應用范圍廣。對485電表進行數(shù)據(jù)采集很簡單,只要增加一個485接口即可,而采集器和電表之間的數(shù)據(jù)接線也只需要一根雙絞線。2.3DL/T645電能表通信規(guī)約
485接口的電表通信較簡單,采用485轉(zhuǎn)換芯片與單片機的串行口連接,用一個I/O口選擇接收或發(fā)送即可。485接口電表的通信規(guī)約為DL/T645電能表通信規(guī)約。該電能表通信部頒規(guī)約有1997版和201*版,目前大部分用1997版,而新產(chǎn)品啟用201*版。
0D0D1D2D3D4D5D6D7P1起始位8位數(shù)據(jù)偶校停驗位止位說明代碼幀起始符68HA0A1地址域A2A3A4A5幀起始符68H控制碼C數(shù)據(jù)長度域L數(shù)據(jù)域DATA校驗碼CS結(jié)束符16H
圖2電表通信字節(jié)格式和幀格式
Fig.2Frameincommunicationofpowermeter
該規(guī)約的字節(jié)格式為:每字節(jié)含8位二進制碼,傳輸時加上一個起始位(0)、一個偶校驗位和一個停止位(1)共11位。D0是字節(jié)的最低有效位,D7是字節(jié)的最高有效位。初始速率采用1200bpd,先傳低位,后傳高位。讀取電表數(shù)據(jù)還有固定的幀格式,以68H開頭。比如,讀取電表點總電量的指令為:
68DF0123455DDF68010243C35D16HDF0123455DDF為電能表地址。在新出的部頒規(guī)約DL/T645-201*中,初始通信速率采用2400bpd,數(shù)據(jù)標識由1997版的2個字節(jié)變?yōu)?個字節(jié),并且標識碼也不同。
以上的讀表指令在201*版規(guī)約中則應該為:68DF0123455DDF680104333333332616H
DF0123455DDF為電能表地址。
圖中相關的術語和細節(jié)請參閱參考文獻[8]和[9],這里不再贅述。
3.集中器和數(shù)據(jù)中心
集中器的方式?jīng)Q定于采用的通信方式,包括與采集器之間的通信和與數(shù)據(jù)中心的通信。由于集中器收集的是一個小區(qū)或者一個臺區(qū)的電量數(shù)據(jù),距離較近,所以大多采用485總線與采集器通信,而與數(shù)據(jù)中心的距離較大且數(shù)據(jù)通信為更高層次的通信,因此采用電話線上網(wǎng)或者專用網(wǎng)線等Internet技術或者GPRS/CDMA等高級無線網(wǎng)絡。
數(shù)據(jù)量的增加和采集系統(tǒng)的智能化發(fā)展都要求數(shù)據(jù)中心不僅僅局限于數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計,而要具備數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘能力及與諸如銀行數(shù)據(jù)網(wǎng)等其它數(shù)據(jù)相銜接的功能[10]。數(shù)據(jù)中心可以與自助繳費系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),用電客戶可以在自主繳費終端上自行操作繳納電費。用戶也可通過簽約銀行的網(wǎng)上銀行和手機銀行等新型系統(tǒng)來實現(xiàn)方便快捷的繳費?蛻粢部赏ㄟ^網(wǎng)絡等途徑查看自己的用電狀況。
4.幾種有代表性的遠抄系統(tǒng)
4.1電力線載波遠程抄表系統(tǒng)
電力線電力線載波數(shù)據(jù)接口網(wǎng)絡電表采集器集中器數(shù)據(jù)中心
圖3電力線載波遠抄系統(tǒng)Fig.3StructureofPowerLineCarrier
如圖3所示,電力線載波集抄系統(tǒng)主要組成部分有:電能表、采集終端和后臺管理系統(tǒng)[11,12]。采集終端具備與電表的通信功能和載波調(diào)制解調(diào)功能。采集器將從電表采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼,調(diào)制后加載到電力線上,數(shù)據(jù)信號通過調(diào)制的高頻信號沿電力線傳輸,像廣播一樣發(fā)送數(shù)據(jù)。集中器是一個臺區(qū)的總站,收集整個臺區(qū)的所有信號,經(jīng)過解調(diào)后恢復為數(shù)字信號,經(jīng)過一定的網(wǎng)絡傳給后臺管理系統(tǒng)。這種方式主要以一個小區(qū)或者一個臺區(qū)為集合,統(tǒng)一集合數(shù)據(jù)后傳輸給后臺。目前,隨著
技術的進步,已經(jīng)實現(xiàn)了垮臺區(qū)數(shù)據(jù)傳輸。4.2GPRS/CDMA無線遠程抄表系統(tǒng)
無線網(wǎng)絡DTU(DataTerminalUnit數(shù)據(jù)終端單元)功能強大,采用GPRS、CDMA等公共無線網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)絡的建立和數(shù)據(jù)的傳輸。這樣的系統(tǒng)以GPRS系統(tǒng)為最具代表性。無線GPRS電力遠程抄表系統(tǒng)具備如下特點:不需要為多表集抄專門布線,前期投資少、見效快,后期升級、維護成本低;無論在多遠的地方,只要可以上網(wǎng)就可以完成對集抄的控制和管理;基本硬件平臺擴展?jié)摿薮,可以方便的擴展到水、燃氣等設備的集抄。
串行總線232/485GPRS天線微處GPRS無線網(wǎng)絡理器模塊TCP/IPInternet數(shù)據(jù)協(xié)議SIM卡GPRS網(wǎng)絡中心DTU
圖4GPRS遠抄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
Fig.4StructureofGPRSDTU
GPRS電力集抄系統(tǒng)利用中國移動現(xiàn)有的GPRS/GSM網(wǎng)絡,電表和后臺系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關,遠程抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心申請固定IP地址,在移動的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關和數(shù)據(jù)中心之間申請VPN,所有電表經(jīng)過無線智能集中器通過GPRS網(wǎng)絡連至數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)電表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實時在線連接。居民用戶的用電數(shù)據(jù)由復費率電表通過485傳到無線智能集中器,集中器通過RS232口將數(shù)據(jù)傳至GPRS終端并通過GPRS網(wǎng)絡傳送至數(shù)據(jù)中心的電量管理系統(tǒng)。
5.總結(jié)
遠程抄表系統(tǒng)要達到可靠、準確運行的要求,必須解決其計量的準確性和可靠性的問題,而要真正解決準確性及可靠性問題,就需要改變傳統(tǒng)的機械式轉(zhuǎn)輪電表和以脈沖信號累計為計量方式的抄表方式。近年來市場上推出了無源總線制的智能型直讀表抄表系統(tǒng),這種直讀式抄表系統(tǒng)對脈沖式電表有了一定的改進。485總線作為工業(yè)級的串行總線,以其穩(wěn)定可靠的工作性能和通用性而得到越來越廣泛的應用。485接口的電能表也正在大量地被采用,將是今后電表的發(fā)展方向[13]。
對于數(shù)據(jù)傳輸,可以借助Internet技術,將數(shù)據(jù)中心的計算機與供電部門的數(shù)據(jù)中心相互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息化管理[14]。而用戶也可以通過網(wǎng)絡直接查看自己的用電記錄和狀態(tài)。另外,可以與銀行的網(wǎng)上銀行相結(jié)合,實現(xiàn)網(wǎng)絡支付等新型支付方式與售電管理的緊密結(jié)合,不斷給用戶和供電部門帶來便利。
遠程抄表系統(tǒng)不單單應用于電能量的采集,同樣用于水表、暖氣表、燃氣表。今后的發(fā)展方向必將是各種測量儀表的數(shù)據(jù)格式趨向于統(tǒng)一而共用一個遠程抄表系統(tǒng)。實現(xiàn)一個智能化的家居環(huán)境。參考文獻
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PowerMeasurementandApplicationofRemoteMeterReading
Abstract:Traditionalmanualmeterreading,pre-paidsystemandremotemeterreadingsystemarethreeformsofcurrentpowersalemanagementsystem.Thispaperanalyzestheiradvantagesanddisadvantagesanddevelopment.Thestructureandcharacteristicsofremotemeterreadingsystemareintroduced,fromthepowermeasurementdevice,collector,concentrator,datacentersandcommunicationaredescribedaswellasthedevelopmentandapplicationofremotemeterreadingtechnology.Characteristicsoftraditionalmechanicalpowermeter,pulsepowermeter,infraredbasedpowermeterand485basedpowermeterandthecorrespondingcollectorofdatacollectionarepresented.TheDL/T645powermetercommunicationprotocol,PowerLineCarrierremotemeterreadingsystemandGPRS/CDMAnetworkremotemeterreadingsystemarestudiedemphatically.Thedatacenterbuildingandpatternsofcooperationwithbanksarediscussed.Thedevelopmentdirectionoftheremotemeterreadingsystemisindicated.
Keywords:Powermeasurement;Remotemeterreading;Powermetercommunication;PowerLineCarrier.
擴展閱讀:電能計量自動抄表技術發(fā)展論文
淺談電能計量自動抄表技術的發(fā)展
【摘要】隨著國家電價的改革,供電部門為迅速出帳,需要從用戶處盡快獲取更多的數(shù)據(jù)信息,如電能需量、分時電量和負荷曲線等,自動抄表為實現(xiàn)上述要求提供了切實可行的技術手段。本文就電能計量自動抄表技術的發(fā)展進行初步探討!娟P鍵詞】電能計量;自動抄表;技術;發(fā)展0.引言
對于一個供電企業(yè)來說,抄表是生產(chǎn)的一部分,因此抄表自動化也是生產(chǎn)自動化的一部分,它不僅僅為營業(yè)收費提供電量數(shù)據(jù),還可為電網(wǎng)建設、漏耗計量等提供準確可靠的依據(jù),而一個供電企業(yè)的信息化如果沒有抄表自動化,就不是真正意義上的信息化了。隨著國家電價的改革,供電部門為迅速出帳,需要從用戶處盡快獲取更多的數(shù)據(jù)信息,如電能需量、分時電量和負荷曲線等,自動抄表為實現(xiàn)上述要求提供了切實可行的技術手段。本文就電能計量自動抄表技術的發(fā)展進行初步探討。1.電能計量抄表技術的發(fā)展歷程1.1抄表機抄表
抄表員將抄表數(shù)據(jù)輸入抄表機,再經(jīng)接口與管理中心計算機連接,將抄表數(shù)據(jù)傳入電腦,最后由相應的軟件對抄表數(shù)據(jù)進行處理。這種方式不僅解決了在電腦上重復輸入抄表數(shù)據(jù)的問題,而且抄表機本身具有在抄表現(xiàn)場自動檢查、判別抄表結(jié)果,異常數(shù)據(jù)自動提醒,已抄、未抄情況自動統(tǒng)計等功能,從而大大提高了抄表收費的工作
效率,因此這種方式被大多數(shù)電力企業(yè)采用。但是,隨著人民生活水平的提高、住宅商品化的發(fā)展,居民住宅的質(zhì)量和檔次越來越高,住戶對住宅環(huán)境、物業(yè)管理水平的要求也日益提高。對供電部門和用戶來說,這種方式存在的弊病越來越突出,其原因主要有以下幾點:(1)入戶難。由于居民生活水平的提高、家庭財產(chǎn)價值越來越高、越來越重視隱私權(quán)等原因,用戶不希望被人打擾;同時入戶抄表只能在早、晚居民休息時間,抄表人員實際可利用抄表時間較短,因而使抄表率、收費率無法達到公司要求;(2)現(xiàn)行抄表收費結(jié)算方式不合理。由于入戶抄表困難,一些抄表人員干脆只抄收總表,而分表則讓用戶自己抄,不足部分由用戶分攤,產(chǎn)生用戶在交費上的不配合行為,致使費用拖欠現(xiàn)象嚴重;數(shù)據(jù)采集不及時,無法實時反映系統(tǒng)狀況,不能為相關的應用系統(tǒng)提供準確及時可靠的數(shù)據(jù)。
1.2抄表半自動化
隨著城市的發(fā)展和擴大,以及“一戶一表,獨立計費”工程的開展,用戶數(shù)量急劇上升,抄表收費問題更為突出。在技術與管理兩方面急待進步、改革的迫切需求下,自動抄表技術迅速發(fā)展起來,公司為用戶安裝了遠程抄表,抄表人員用便攜式抄收器將各自獨立工作的數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集后,再攜帶到機房傳輸給管理中心計算機。這種方式不僅解決了人工抄表入戶難的問題,而且一次可抄上百戶甚至上千戶電表,抄表速度和準確率比以前提高了很多,抄表員人數(shù)大量減少,并以其服務便捷,能避免糾紛問題而受到廣大
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