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浅谈智能电能表的远程预付费集抄系统设计

时间： 2022-01-27 发布人：范曼曼

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：目前，我国电网建设中智能电能表是重要的设备之一，有利于实现用电信息的全覆盖采集。智能电能表以功能丰富、扩展灵活、接口多样等诸多优点，在电网的稳定、安全运行中发挥着重要作用。

关键词: 智能电能表；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 智能电能表的原理及特点

1.1 原理

电子式智能电能表，参照和结合了电子式电能表的相关原理。作为近年研发的高科技产品，其核心部件为电子元器件。基本原理：采集电压以及电流在不同时段的数据，借助集成电路来搜集电压，并对不同电流信号进行处理，将它们更改为合适的脉冲输出。利用单片机进行集中处理，将脉冲转变成用电量后再予以输出。

1.2 特点

（1）功耗。智能电能表搭载了电子元件，表的功耗基本上都在0.6w～0.7w。有些集中式电能表，其到户功率并不是很大。一个感应式电能表，它的功耗已经低到1.7w。

（2）精度。显示误差上，2.0级电子式电能基本上是5%～400%，误差结果不超过±2%。现行选择的均为1.0级，其误差相对更小。

（3）过载、工频范围。过载倍数上，本文提及的智能电能表可以达到6～8倍，它的量程明显够宽。如果一只表倍率达到8～10倍，用户也会更为喜欢，有些还将接近20倍。考虑到它的工作频率非常宽，达到40Hz～1000Hz。针对那些感应式电能表，过载倍数同样接近于4倍，频率则基本上只有45～55Hz。

（4）功能。智能电能表选取了电子技术，根据通信协议能够和计算机之间完成联网。利用编程软件，控制应用硬件。故而，智能电表的体积并不是很大，允许远传控制(抄表也可以是断送电)、对恶性负载进行辨识、预先付费，也可以反窃电。同时，用户也可以修改软件参数，适应基本的控制需求。上述功能，从前的感应式电能表根本没有办法实现。

2用电数据远程集抄采集的主要方式

2.1 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，用户的用电数据实现了上传。

2.2 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。

2.3 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选择这一方式。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。

3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。

4安科瑞AcrelCloud-3200预付费水电云平台

4.1 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。