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)的結構和特點，從電能計量裝置、采集器、集中器、數據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據采集模式，重點介紹了DL/T645電能表通信規(guī)約、電力線載波遠抄、GPRS/CDMA網絡遠抄等方式，研究了數據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)，實現有序用電、自動抄表和用電監(jiān)控，同時為電網企業(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，利用紅外數據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據寫入到用戶的電卡內。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據交換，無法做到數據的大量采集，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)，是指利用現代電子技術、

信息技術等實現電表、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、生產力的提高的表現，也是實現信息化發(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，出現了載波電表遠抄系統(tǒng)、短消息遠抄系統(tǒng)和無線網絡遠抄系統(tǒng)等功能強大而成本較低的信息化抄表系統(tǒng)。

1.遠程抄表總體結構

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，網絡和數據中心。

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，通過一定的數據接口和通信協(xié)議，從電表上采集電能量等數據，一個區(qū)域內（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據集中到集中器，然后通過一定的網絡將數據傳送到數據中心。

電能計量裝置采集器通信協(xié)議集中器網絡數據中心電能計量裝置采集器

圖1遠程抄表系統(tǒng)總體結構圖

Fig.1StructureofRemoteMeterReadingSystem

具體的遠程抄表的結構多種多樣，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據中心的網絡選擇。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無線網絡數據傳輸系統(tǒng)、（4）基于Zigbee等短程無線網絡和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，但是仍然有一定數量的保有量。機械式電表是通過電場產生磁場，對轉盤產生一個力矩而計量電能的，它是通過機械轉輪來計量電量。這種電表計數直觀，但是數據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，測量到的電量的數據和機械式類同，數據接口則是采用脈沖的方式輸出。當電表有電流流過，相應的元件轉動，觸發(fā)脈沖輸出。對脈沖進行計數即可采集到電量等數據。

（3）紅外接口的電能表。這種電表是電子式電表，測量到的數據保存到非易失性存儲器中，通過紅外調制信號輸出。用手持儀器或者其它對應的紅外數傳儀器可以與這種電表進行通信，讀取數據并可以設置參數。

（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的互感器降壓，小信號經過處理后送到模數轉換部分，經過采樣保持和模數轉換，把模擬量轉換為數字量，再經過表內的微型處理器計算和處理，算出有功無功等電量數據，并保存到非易失性存儲器中。這種表功能強大，數據量豐富，可以實現復費率，可記錄波峰波谷。數據接口采用工業(yè)級的485接口，穩(wěn)定可靠，通信數據量大而方便，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據接口，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盤，有電量流過則會轉動，而轉盤的轉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1600轉。電表的轉盤上有一個黑點，每次轉動都會經過電表表面。因此，要采集機械式電表數據量，可以使用光感元件。在電表轉盤表面處安裝一個傳感器，傳感器的一側發(fā)射一定頻率的光線，一般為不可見的紅外線，另一側則為接收部分。由于轉盤是易于反光的鋁盤，對光線有反射，而黑點處則不會反光，根據這個特點自動計量電表轉盤的轉數。也有的是在電表轉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數。這種采集器雖然技術比較成熟，但是轉盤的黑點和反光部分比較難以區(qū)別，容易造成計數錯誤而讀錯數據。并且要有專門的處理器或者計數器對轉數進行計量，系統(tǒng)消耗較大。對于不同廠家的電表，其電量常數不一樣，即每用一度電，轉盤的轉數是不一樣的。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據。

（2）脈沖式電表，其接口輸出的是一種脈沖。脈沖數據類似于機械式電表的轉盤。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器或者微處理器進行計量脈沖數，要求附加器件多。脈沖式電表的電量常數也不同，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存儲的電量數據。

（4）485接口的電表是全電子式的電表，數據通用性強。485電表已經形成了成熟的電子式電能表通信規(guī)約，應用范圍廣。對485電表進行數據采集很簡單，只要增加一個485接口即可，而采集器和電表之間的數據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，而新產品啟用201*版。

0D0D1D2D3D4D5D6D7P1起始位8位數據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數據長度域L數據域DATA校驗碼CS結束符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。讀取電表數據還有固定的幀格式，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，數據標識由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.集中器和數據中心

集中器的方式決定于采用的通信方式，包括與采集器之間的通信和與數據中心的通信。由于集中器收集的是一個小區(qū)或者一個臺區(qū)的電量數據，距離較近，所以大多采用485總線與采集器通信，而與數據中心的距離較大且數據通信為更高層次的通信，因此采用電話線上網或者專用網線等Internet技術或者GPRS/CDMA等高級無線網絡。

數據量的增加和采集系統(tǒng)的智能化發(fā)展都要求數據中心不僅僅局限于數據的收集和統(tǒng)計，而要具備數據共享、數據分析、數據挖掘能力及與諸如銀行數據網等其它數據相銜接的功能[10]。數據中心可以與自助繳費系統(tǒng)聯網，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上銀行和手機銀行等新型系統(tǒng)來實現方便快捷的繳費。客戶也可通過網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據接口網絡電表采集器集中器數據中心

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制解調功能。采集器將從電表采集到的數據經過編碼，調制后加載到電力線上，數據信號通過調制的高頻信號沿電力線傳輸，像廣播一樣發(fā)送數據。集中器是一個臺區(qū)的總站，收集整個臺區(qū)的所有信號，經過解調后恢復為數字信號，經過一定的網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)一集合數據后傳輸給后臺。目前，隨著

技術的進步，已經實現了垮臺區(qū)數據傳輸。4.2GPRS/CDMA無線遠程抄表系統(tǒng)

無線網絡DTU（DataTerminalUnit數據終端單元）功能強大，采用GPRS、CDMA等公共無線網絡實現網絡的建立和數據的傳輸。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，只要可以上網就可以完成對集抄的控制和管理；基本硬件平臺擴展?jié)摿�巨大，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無線網絡理器模塊TCP/IPInternet數據協(xié)議SIM卡GPRS網絡中心DTU

圖4GPRS遠抄系統(tǒng)結構圖

Fig.4StructureofGPRSDTU

GPRS電力集抄系統(tǒng)利用中國移動現有的GPRS/GSM網絡，電表和后臺系統(tǒng)的所有交換信息通過中國移動的數據通信網關，遠程抄表系統(tǒng)數據中心申請固定IP地址，在移動的數據通信網關和數據中心之間申請VPN，所有電表經過無線智能集中器通過GPRS網絡連至數據中心，實現電表數據和數據中心系統(tǒng)的實時在線連接。居民用戶的用電數據由復費率電表通過485傳到無線智能集中器，集中器通過RS232口將數據傳至GPRS終端并通過GPRS網絡傳送至數據中心的電量管理系統(tǒng)。

5.總結

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]。

對于數據傳輸，可以借助Internet技術，將數據中心的計算機與供電部門的數據中心相互聯網，實現數據共享和信息化管理[14]。而用戶也可以通過網絡直接查看自己的用電記錄和狀態(tài)。另外，可以與銀行的網上銀行相結合，實現網絡支付等新型支付方式與售電管理的緊密結合，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據格式趨向于統(tǒng)一而共用一個遠程抄表系統(tǒng)。實現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據信息，如電能需量、分時電量和負荷曲線等，自動抄表為實現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，抄表是生產的一部分，因此抄表自動化也是生產自動化的一部分，它不僅僅為營業(yè)收費提供電量數據，還可為電網建設、漏耗計量等提供準確可靠的依據，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據信息，如電能需量、分時電量和負荷曲線等，自動抄表為實現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

抄表員將抄表數據輸入抄表機，再經接口與管理中心計算機連接，將抄表數據傳入電腦，最后由相應的軟件對抄表數據進行處理。這種方式不僅解決了在電腦上重復輸入抄表數據的問題，而且抄表機本身具有在抄表現場自動檢查、判別抄表結果，異常數據自動提醒，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、家庭財產價值越來越高、越來越重視隱私權等原因，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）現行抄表收費結算方式不合理。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，產生用戶在交費上的不配合行為，致使費用拖欠現象嚴重；數據采集不及時，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據。

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據采集器的數據采集后，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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