智能電能表的功能特點(diǎn)及采集終端的遠(yuǎn)程控制

呂亦可

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉林陸川供電局 廣西玉林 537700）

前言

智能電能表可以實(shí)現(xiàn)從儀表到網(wǎng)絡(luò)的通信，還可以通過(guò)固定的有線連接（如電力線通信）或通過(guò)無(wú)線進(jìn)行。在使用無(wú)線的情況下，可以選擇蜂窩通信（其可能是昂貴的），Wi-Fi（隨時(shí)可用），通過(guò)Wi-Fi的無(wú)線ad hoc網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，低功率長(zhǎng)距離無(wú)線（LORA），ZigBee低功率數(shù)據(jù)速率無(wú)線），Wi-SUN（智能公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)）等。

1 智能電能表的相關(guān)概念

智能電表一詞通常指電表，但也可能是指測(cè)量天然氣或水的消耗量的裝置。

類(lèi)似的儀表通常被稱(chēng)為間隔時(shí)間或使用時(shí)間表，已經(jīng)存在多年，但“智能儀表”通常包括實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的傳感器，停電通知和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。這些附加功能不僅僅是簡(jiǎn)單的自動(dòng)抄表（AMR）。它們?cè)谠S多方面與高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）計(jì)量表類(lèi)似。歷史上安裝了間隔和使用時(shí)間計(jì)量器以測(cè)量商業(yè)和工業(yè)用戶(hù)，但是可能沒(méi)有自動(dòng)閱讀。

智能電表的推出是節(jié)能的一個(gè)策略。例如，在非高峰時(shí)段提供較低利率的使用時(shí)間關(guān)稅以及通過(guò)凈計(jì)量將電力銷(xiāo)售回電網(wǎng)也可能使消費(fèi)者受益。智能電表是智能電網(wǎng)的一部分，但是它們并不構(gòu)成智能電網(wǎng)。

自從全球電力放開(kāi)管制和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的價(jià)格開(kāi)始以來(lái)，公用事業(yè)一直在尋找使消費(fèi)與發(fā)電相匹配的手段。傳統(tǒng)的電氣和煤氣表只能測(cè)量總消耗量，因此不能提供每個(gè)計(jì)量地點(diǎn)何時(shí)消耗能源的信息。智能電表提供了一種測(cè)量特定地點(diǎn)信息的方法，使電力企業(yè)根據(jù)一天中的時(shí)間和季節(jié)引入不同的價(jià)格來(lái)消費(fèi)。

電力企業(yè)提出，從消費(fèi)者的角度來(lái)看，智能計(jì)量為住戶(hù)提供潛在的利益。這些措施包括：幫助消費(fèi)者更好地管理他們的能源采購(gòu)的工具——指出在家中有顯示器的智能電表可以提供最新的電力消耗，最新的天然氣和電力消費(fèi)信息，并幫助人們管理能源使用，減少能源費(fèi)用。電價(jià)通常在當(dāng)天和季節(jié)的某些可預(yù)測(cè)時(shí)間達(dá)到峰值。特別是，如果發(fā)電受到限制，如果來(lái)自其他地區(qū)的電力或更昂貴的發(fā)電上網(wǎng)，價(jià)格可能會(huì)上漲。支持者認(rèn)為，在高峰時(shí)段為客戶(hù)提供更高的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)將鼓勵(lì)消費(fèi)者調(diào)整消費(fèi)習(xí)慣，以更好地響應(yīng)市場(chǎng)價(jià)格，并進(jìn)一步斷言，監(jiān)管和市場(chǎng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)希望這些“價(jià)格信號(hào)”可能會(huì)延遲新一代的建設(shè)或至少?gòu)妮^高價(jià)格的來(lái)源購(gòu)買(mǎi)能源，從而控制電價(jià)的穩(wěn)步和快速增長(zhǎng)。基于現(xiàn)有試驗(yàn)的學(xué)術(shù)研究表明，房主的電力消耗平均下降約3～5%。

2 采集終端的遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程終端單元（RTU）是一種微處理器控制的電子設(shè)備，通過(guò)將遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街飨到y(tǒng)，通過(guò)使用來(lái)自物理世界的消息，將物理世界中的對(duì)象與分布式控制系統(tǒng)或SCADA（監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集）主監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)控制連接的對(duì)象，其他可用于RTU的術(shù)語(yǔ)是遠(yuǎn)程遙測(cè)單元或遠(yuǎn)程遙控單元。

圖1 智能電表

RTU監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字和模擬參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控站。它包含用于將數(shù)據(jù)輸入流連接到數(shù)據(jù)輸出流的設(shè)置軟件，定義通信協(xié)議以及解決安裝問(wèn)題。

一個(gè)RTU可以由一個(gè)復(fù)雜的電路卡組成，這個(gè)電路卡包括完成一個(gè)定制的功能所需要的各個(gè)部分，或者可以由許多電路卡組成，這些電路卡包括CPU或者使用通信接口進(jìn)行處理，以及下面的一個(gè)或多個(gè)：（AI）模擬輸入，（DI）數(shù)字輸入，（DO/CO）數(shù)字或控制（繼電器）輸出或（AO）模擬輸出卡。

一個(gè)RTU甚至可能是一個(gè)小型過(guò)程控制單元，具有用于PID，報(bào)警，過(guò)濾，趨勢(shì)功能等的小型數(shù)據(jù)庫(kù)，并輔以一些BASIC（編程語(yǔ)言）任務(wù)。因?yàn)樗糜诠艿溃娋W(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)或例如生物圈II項(xiàng)目。在這樣的環(huán)境下，它可以在苛刻的條件下工作，例如-50～70℃，只在需要時(shí)才切換其IO系統(tǒng)。例如，它通過(guò)RS485或無(wú)線通信鏈路以多點(diǎn)配置進(jìn)行通信。在這種類(lèi)型的配置中，它是一個(gè)收集數(shù)據(jù)并執(zhí)行簡(jiǎn)單控制任務(wù)的遠(yuǎn)程單元。它沒(méi)有移動(dòng)部件，使用功率極低，通常是太陽(yáng)能供電。

2.1 電源

交流電源包括各種CPU，狀態(tài)濕度電壓和其他接口卡。這可能由交流到直流轉(zhuǎn)換器組成，這些交流轉(zhuǎn)換器通過(guò)工作站電池系統(tǒng)運(yùn)行RTU可能包括一個(gè)電池和充電器電路，以在發(fā)生AC電源故障的情況下繼續(xù)運(yùn)行，以便在電臺(tái)不可用的關(guān)鍵應(yīng)用中使用。

2.2 數(shù)字或狀態(tài)輸入

大多數(shù)RTU包含輸入部分或輸入狀態(tài)卡，以獲取兩個(gè)狀態(tài)真實(shí)世界信息。這通常是通過(guò)使用隔離的電壓或電流源來(lái)檢測(cè)RTU站點(diǎn)遠(yuǎn)程觸點(diǎn)（打開(kāi)或關(guān)閉）的位置。該接觸位置可以代表許多不同的裝置，包括電氣斷路器，液體閥門(mén)位置，警報(bào)狀況和裝置的機(jī)械位置。計(jì)數(shù)器輸入是可選的。

2.3 模擬輸入

RTU可以監(jiān)視不同類(lèi)型的模擬輸入，包括0～1 mA，4～20 mA電流環(huán)，0～10V，±2.5V，±5.0V等。許多RTU輸入通過(guò)傳感器緩沖大量數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)換和隔離real來(lái)自敏感的RTU輸入電平的世界數(shù)量。RTU也可以通過(guò)通信系統(tǒng)從主或IED（智能電子設(shè)備）發(fā)送數(shù)據(jù)值到模擬數(shù)據(jù)。RTU或主機(jī)系統(tǒng)在將數(shù)據(jù)通過(guò)人機(jī)界面?zhèn)魉徒o用戶(hù)之前，將這些原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)膯挝?，如剩余水量，溫度或兆瓦?/p>

3 低壓集抄

低壓集抄是從水表或能量計(jì)量設(shè)備（燃?xì)猓娏Γ┦占?，診斷和狀態(tài)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，故障排除和分析的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)主要是為公用事業(yè)提供商節(jié)省定期到每個(gè)物理位置閱讀電表的費(fèi)用。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是計(jì)費(fèi)可以基于接近實(shí)時(shí)的消費(fèi)而不是基于過(guò)去或預(yù)測(cè)的消費(fèi)的估計(jì)。這種及時(shí)的信息與分析結(jié)合在一起可以幫助電力公司和客戶(hù)更好地控制電能的使用和生產(chǎn)，天然氣的使用或水的消耗。

低壓集抄技術(shù)包括基于電話(huà)平臺(tái)（有線和無(wú)線），射頻（RF）或電力線傳輸?shù)氖殖郑苿?dòng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

3.1 觸摸技術(shù)

利用基于觸摸的低壓集抄，抄表器可以攜帶手持式計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并帶有探針或探針。設(shè)備通過(guò)觸摸或放置讀取探頭靠近觸摸板中的讀取線圈，自動(dòng)從儀表收集讀數(shù)。當(dāng)按下按鈕時(shí)，探頭向觸摸模塊發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號(hào)以收集讀數(shù)。設(shè)備中的軟件將序列號(hào)與路由數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列號(hào)相匹配，并將儀表讀數(shù)保存以供以后下載到計(jì)費(fèi)或數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)。由于抄表器仍然需要到達(dá)儀表現(xiàn)場(chǎng)，有時(shí)也稱(chēng)為“現(xiàn)場(chǎng)”低壓集抄。接觸式閱讀器的另一種形式使用標(biāo)準(zhǔn)的紅外端口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。協(xié)議在制造商之間通過(guò)ANS IC12.18或IEC 61107等文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

3.2 射頻網(wǎng)絡(luò)

基于射頻的低壓集抄可以采取多種形式。更常見(jiàn)的是手持，移動(dòng)，衛(wèi)星和固定網(wǎng)絡(luò)解決方案。目前使用的雙向射頻系統(tǒng)和單向射頻系統(tǒng)都使用授權(quán)和非授權(quán)射頻頻段。

在雙向或“喚醒”系統(tǒng)中，無(wú)線電信號(hào)通常被發(fā)送到AMR表的唯一序列號(hào)，指示其收發(fā)器加電并發(fā)送其數(shù)據(jù)。儀表收發(fā)器和讀取收發(fā)器都發(fā)送和接收無(wú)線電信號(hào)。在單向“起泡”或連續(xù)廣播式系統(tǒng)中，儀表連續(xù)發(fā)送，數(shù)據(jù)每隔幾秒發(fā)送一次。這意味著讀取裝置只能是接收機(jī)，而儀表只能是發(fā)射機(jī)。數(shù)據(jù)只能從儀表發(fā)送器傳送到讀數(shù)接收器。還有混合單向和雙向技術(shù)的混合系統(tǒng)，使用單向通信進(jìn)行讀取和編程功能的雙向通信。

3.3 低壓集抄主機(jī)

低壓集抄主機(jī)是一個(gè)后臺(tái)解決方案，允許用戶(hù)通過(guò)Internet跟蹤電力，水或天然氣的消耗量。所有數(shù)據(jù)都是近實(shí)時(shí)收集的，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集軟件存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶(hù)可以通過(guò)Web應(yīng)用程序查看數(shù)據(jù)，并可以使用各種在線分析工具分析數(shù)據(jù)，如繪制負(fù)載簡(jiǎn)檔，分析資費(fèi)組成部分，并驗(yàn)證水電費(fèi)賬單。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)電表的設(shè)置較為分散，且數(shù)量龐大，導(dǎo)致抄表工作負(fù)擔(dān)繁重。為了解決這一問(wèn)題，用電管理部門(mén)應(yīng)用智能電表實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、自動(dòng)化抄表，極大地提高了抄表工作的效率，同時(shí)還可以減少對(duì)人力資源的需求。

[1]楊少平.智能電表特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].福建建設(shè)科技，2014（08）：91～93.

[2]李恒文，王京生.提高智能工頻多功能電表精度的方法.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版[J].2012（03）：111～112.

[3]王海林，吳言蓀，雷志同.基于GPRS的電表遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)視裝置[J].儀表技術(shù)，2014（02）：39.