智能电能表的远程预付费系统设计与应用

摘要：近几年伴随着智能可记得不断发展，电力行业的服务也发生着智能化转变。现在随着智能科技的应用，电力用户已经实现了远程数据采集，此外，已经实现了对电网和用户的实时管理和监测，以适应互联网时代用户需求。本文对智能电能表的远程集抄系统设计一些技 
术进行介绍，以期为更好的做好远程集抄工作。
关键词: 电能表；远程集抄；系统设计
 
0引言
       电力系统利用智能电能表实现远程集抄，其原则是借助远程智能抄表工具，对用户数据收集和分析，再利用数据通信传输功能，将在用户收集的数据传输至管理平台。采集到用户数据是实现智能用电的基础信息，发展电能自动抄表技术是实现智能用电和用电管理的必经之路，也是电力系统和智能数字化生活发展的必然产物。
 
1 用电数据远程集抄采集的主要方式
1.1 RS485通信方式
       RS485总线通信方式不仅需要分接收器而且要配合平衡驱动器并作为数据传输接口专线通信方式。总线通信较比其它模式的优点在于具有较强的抗噪声干扰性，信道数据的传输速率峰值达到了10Mbps，优化的通信距离更是超过了1.2千米。根据理论数据显示，总线通信的传输距离和传输速率成反比，即传输距离越长（短），则数据传输速率越小（大）。当数据传输速率峰值达到了100Mbps，那么通信距离就能成为现实。RS-485并不只是一种连接方式，除了半双工连接方式外，还有全双工这种链接方式。前者能让通信双方的信道实现共享，从而进行多点双向的通信。后者信道不能共享，所以只能一对多进行通信。鉴于前者优势非常明显，所以这种连接方式被广泛使用。远程集抄系统给每栋安装了集中控制器，给每户都装上了数据采集终端，依靠该终端可以对电力数据进行采集。 
1.2 窄带电力线载波通信方式
       窄带电力线载波通信除了相移键控方式外，还有频移键控方式。前者用“0”和“1”分别表示 0°相位和 180°相位，后者也用“0”和“1”分别表示存在差异的两种频率。这种通信方式一方面由于成本不高、操作更便捷，另一方面我国国网营销部在市场上主推这种方式的相关产品，所以在安装利用时大多会这一方式。这种通信所使用的频率范围是 3~500kHz，但实际上当频率处于9~95kHz时数据传递性好。窄带电力线载波通信方式较比RS-485通信方式有很多不同之处，如可直接使用、价格便宜、安装简单、不需要后期维护等。所以，有些电力部门选择这种通信方式，既达到了双向传输数据的目的，又有效降低了投入的成本。特别是如果用户的电压很低，那么采用这种方式连接之后，不仅能同样有效采集相关数据，而且还能对电力等情况进行检测，更者能有效防止窃电等违法行为的发生，能适用于广大用户家中。 
1.3 宽带电力线载波通信方式
       电力线宽带载波这种技术是建立在以太网技术和正交频分复用技术OFDM 基础之上的。该技术的基本频带范围是1～20MHz，而扩展频带的范围具体是3～100MHz。该通信技术在以太网技术、正交频分复用技术OFDM、离散多音频调制技术DMT这三种技术的综合作用下，让数据的传输更敏捷、更可靠。这是因为一方面信号的传输是采用正交子信道，进而提高了数据传输的灵活性，另一方面这样就提升了信号和数据的抗多径干扰能力，进而让信道传输更快、数据更可靠。智能电能表采集相关用电数据，首先需要将居民电表和电力线抄表的终端依靠RS-485接口进行连接。然后，需要将这些数据以IP格式呈现，这需要借助电力线宽带载波采集器。第三步就是将IP格式的数据转换成PLC电力线宽带信号，然后再将这些信号与出户电力线进行耦合，并将之传输到网桥当中，这样就到达了总抄表集中器和交换机上，把用户的用电数据实现了上传。
1.4 微功率无线通信方式
       微功率无线通信和当前使用的无线路由出现的时间比较接近。微功率无线通信方式传输信息，是依靠无线传感器网络WSN实现的。至于如何组网，这种通信方式中采用的仍是采集器的安装。这样一来，将采集器和微功率无线结合就可以实现信息或数据的传输。当然，利用全载波和集中器进行结合也可以进行信息或数据的传输。
 
2智能电能表的远程集抄系统的实现
        远程集抄系统的结构由上位机和下位机组成，上位机包括中心管理站，下位机包括数据集中器、采集终端。上位机的作用有两个方面，其一负责设置系统、命令发送、监测及显示系统状态，其二与数据集中器保持双向通信。数据集中器是整个系统的通信枢纽，具有非常重要的地位，不仅接受指令、集中和统计数据，而且连接智能电表和中心站。采集终端和智能电表相连，主要负责用户实时用电的数据采集和记录。不仅如此，还能对电表相关参数进行设置，并实现数据的转发。因此数据集中器需要同时与中心站和智能电表进行通信，本系统利用集中器工具，以GPRS形式与中心站进行通信数据的传输，再与智能电表之间的短程通信是利用无线方式采取通信通信，可见，集中器自身需有无线通信方式的模块。

图1
 
 
3智能电表设计基本要求
      为实现远程集抄，对智能电表设计的整体需求其功能主要是依靠三个不同的单元，对应的功能分别是采集电能、处理信号和数据通信。通常来说，智能电表共有以下几大功能：
    （1）输入输出功能 这种电表要显示出数据，通常是借助LCD显示屏。这种电表显示屏显示的内容比较多，比如设备的运行情况、年月日、时间、用电峰值和谷值、电力的平值循环显示等。另外，这种电表在信息输入这方面也有很多功能，如开始、暂停、确定等。
    （2）储存数据 智能电表应用二级储存系统进行数据存储。其中一级由CPU的程序存储器闪存方式实现，二级由扩展闪存的方式实现。
    （3）抄表 想要电表数据得到更顺利的传输，无限模块SI4438可以实现这一目的。当然，除此之外还可以采用RS485接口，将需要传输的数据先汇总到集中器当中，然后再借助无线网络可以对这些数据进行远程自动抄表。如对一部分数据产生疑问，还可以采用终端现场读表抄数。
    （4）通信 智能电能表通信方式主要有两种，一种是借助Si4438无线模块，另一种是借助RS485接口。后者的通信功能更强大和灵活，距离在1.2千米之间都可以满足用户需求。更重要的是，这种方式和当前主要使用的手持抄表终端设备可以实现互联，让抄表工作变得更加简便。
    （5）编程 采用程序编程后，电表相关功能的使用会变得更加灵活。设计方案时，可以给整个系统的数据发射方式采用无线射频技术，让上位机发出的命令借助数据集中器传输给RS485接口，然后就可以让整个电表实现编程控制。

4Si4438无线模块
      为了提高智能电表的使用性能，在设计无线收发器时特地选用了当前比较新型的 Si4438收发器。之所以称为新型收发器，是因为Si4438收发器一方面采用了ilicon Lab的设计s方式，另一方面是满足了我国对新能源要求的各项标准，尤其是我国智能电表使用的频段是470-510MHz，这种模块可以达到这一频段要求。为了让信息传输受到的阻碍越小，从而确保信息能传输更长的距离，可以给智能电表的信息收发器安装攻略放大器。它有诸多显著特点，如输出功率状态可以达到+20，灵敏度也更好，相邻信道抑制保持在58分贝左右。
 
5安科瑞AcrelCloud-3200预付费水电云平台
5.1 系统方案
      系统为B/S架构，主要包括前端管理网站和后台集抄服务，配合公司的预付费电表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用户计量箱ADF300L系列，实现电能计量和电费管理等功能。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。

5.2 系统功能
      AcrelCloud-3200预付费水电云平台由云平台-网关-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控、控制及短信报警等功能。
     本系统适用于一些大集团和大物业，往往需要将多个物业环境、分散于各地的物业集中式收费和管理，面临着数据公网传输，财务操作分散，在线支付，总部财务扎口等复杂的需求。

 
远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表 。

水表预付费:可是查看某区域水表的实时状态信息，并可以进行单表或批量设置水价控阀等操作。

远程售电:财务集中管理，电量实时下发，并比对充值次数，方便快捷。

 
 
 
能耗分析:用户和管理员都可查询预付费表或管控表每天的用能状况；可提供能耗分析+财务轨迹一体式综合管理报表，包含用户表的能耗、财务数据、能耗和财务的期初期末值等数据。

在线支付:商户可以通过小程序或者微信公众号实现在线自助充值水电费，也可以实时关注商铺用水用电情况。

短信提醒:金额不足或金额欠费提醒、电表充值到账提醒，都可及时短信通知商户。
 
 
远程控制:可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作，方便管理。
 
5.3 产品选型
 


 

 
6结束语
       本文针对电网数据采集问题，一方面利用了si4438无线收发器对电网进行组建，另一方面根据数据采集实地设计了远程数据采集端，以远程抄表系统为主要呈现，并且通过对该系统的通信方式进行研究和分析，从而为智能电能表的远程集抄系统功能提供了基础理论，进而让智能电表远程集抄系统给实际工作带来便利。
 
【参考文献】
【1】高磊.智能电能表的远程集抄系统设计
【2】王广辉.中国智能用电的实践与未来展望[J].中国电力,2012,45(1):1-3.
【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06
 
作者简介：王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事宿舍安全用电研究发展。