浅谈智能电能表的远程预付费集抄系统设计

刘细凤

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、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的能力，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。

4.2 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。

4.3 产品选型

5结束语

      作为智能电网系统中的基本构成，智能电能表除了能够直接记录终端用电信息外，同时还可作为电网调度运行*的信息采集媒介，在智能电网系统构建中，担任极为关键的角色。企业应将智能电能表的运行维护和科学管理工作视为眼前的工作要点，突出智能电能表本身的*性，推广和普及智能电能表，推动电力行业的和谐运转。

【参考文献】

【1】徐雪刚.试论智能电能表的远程集抄系统设计

【2】刘锦华,周瑞萍,蔡晓萍,等.浅析智能电能表的应用[J].科技情报开发与经济,2012,22(06):153-155．

【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06

作者简介：徐秋霞，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事宿舍用电研究发展。