智能電能表及采集終端的遠(yuǎn)程控制技術(shù)分析

李驍 劉麗君 王兆軍 李付存 趙曦

摘 要：隨著人們物質(zhì)水平的不斷提高，其對(duì)于電能的需求量也越來(lái)越大，對(duì)此電力企業(yè)的工作人員也在原有的電能供應(yīng)基礎(chǔ)上對(duì)供電服務(wù)水平進(jìn)行不斷的優(yōu)化和改善，很多電力企業(yè)都引進(jìn)了智能電表設(shè)備來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電表設(shè)備，其在實(shí)際應(yīng)用中不僅為人們查詢電能使用情況提供了很多的便捷性，同時(shí)還可以幫助電力企業(yè)的工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶電能使用量的遠(yuǎn)程控制，這也是筆者將要與大家進(jìn)行重點(diǎn)探究的核心內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：智能電能表；采集終端；遠(yuǎn)程控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0167-02

0 引言

近幾年來(lái)，智能電表在國(guó)內(nèi)很多地區(qū)都有所應(yīng)用，并且在實(shí)際應(yīng)用中也都取得了良好的成效，智能電表是信息化時(shí)代發(fā)展進(jìn)程中的必然產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的電能表相比，其不僅具有功能多、準(zhǔn)確性高、信息交互能力強(qiáng)、受外界干擾因素影響小等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有分時(shí)計(jì)量、費(fèi)用控制、費(fèi)率時(shí)段、自動(dòng)報(bào)警等功能特性，因此智能電表在實(shí)際應(yīng)用中也得到了人們的廣泛認(rèn)可和推廣。

1 基本概述

1.1 智能電能表

就目前而言，市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的電能表主要以智能電能表為主，其通常是由數(shù)據(jù)處理單元、測(cè)量單元、通信單元共同構(gòu)成，目前常見的智能電能表種類有兩種，其一是單相表，其主要適用于對(duì)普通用戶進(jìn)行電能使用的計(jì)量，通常以220V為主，另外一種是三相表，其主要適用于對(duì)工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行電能使用的計(jì)量，通常以380V為主。工作人員可以根據(jù)工程項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行電能表種類的選擇[1]。

1.2 遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程控制主要是指工作人員借助信息網(wǎng)絡(luò)兩端撥號(hào)或者需要進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的兩端設(shè)備都接入互聯(lián)網(wǎng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)異地兩臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備的連接，工作人員可以通過(guò)自己的計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)控制他人的計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過(guò)這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異地計(jì)算機(jī)設(shè)備的軟件安裝、程序修改等操作行為。

2 智能電能表

2.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的電能表計(jì)量設(shè)備相比，該類電能表在實(shí)踐應(yīng)用中具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，具體如下：第一，功能多，該類電能表在實(shí)際應(yīng)用中處理具有計(jì)量電能的基本功能特性以外，還可以幫助工作人員實(shí)現(xiàn)24小時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)電能計(jì)量情況的目標(biāo)，且該電能表還可以根據(jù)所獲取的電能用量數(shù)據(jù)信息對(duì)自動(dòng)進(jìn)行控制，在最大限度上將電能損失降至最低；第二，計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性高，傳統(tǒng)的電能表在計(jì)量過(guò)程中不可避免地會(huì)因?yàn)闄C(jī)械磨損而產(chǎn)生不同程度上的計(jì)量誤差，而智能電表則可以有效地避免這一問(wèn)題，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由精密性極高的電子元件所構(gòu)成，準(zhǔn)確等級(jí)一般在0.2-2范圍之內(nèi)，其在實(shí)際電能計(jì)量的過(guò)程中幾乎不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械誤差[2]；第三，啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電流較小，由于智能電表自身具有良好的靈敏性，對(duì)于人們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常應(yīng)用的型號(hào)為220V、5A的電能表而言，智能電表進(jìn)需要1.1W便可以正常運(yùn)行，即使室內(nèi)一些大功率設(shè)備處于待機(jī)的情況也能夠正常運(yùn)行；第四，信息交互能力較強(qiáng)，一般情況下，智能電表所使用的接口有兩種型號(hào)，一種是RS485，另外一種是RS232，工作人員可以定期將電能表與信息采集系統(tǒng)進(jìn)行信息的傳輸，通過(guò)這種方式來(lái)幫助工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)普通用戶的用電情況信息24小時(shí)的監(jiān)控，以此來(lái)顯著降低電力管理人員的日常工作量；第五，安裝簡(jiǎn)單，工作人員在安裝傳統(tǒng)的電能表計(jì)量設(shè)備時(shí)需要對(duì)其懸掛垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，若出現(xiàn)懸掛傾斜等偏差情況則會(huì)對(duì)最終的電能計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，而對(duì)于智能電表而言，其安裝流程就非常簡(jiǎn)單，只要確保其處于靜止?fàn)顟B(tài)即可；第六，過(guò)載能力較強(qiáng)，傳統(tǒng)的電能表通常以線圈感應(yīng)磁場(chǎng)為主，其過(guò)載量一般在4倍左右，而智能電表在實(shí)際應(yīng)用中所體現(xiàn)出的過(guò)載量則可以達(dá)到6-10倍[3]；第七，電能繳費(fèi)智能化，傳統(tǒng)的電能繳費(fèi)模式主要以一卡通為主，在該繳費(fèi)模式下人們幾乎不能對(duì)自己所使用的用電情況進(jìn)行查詢，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)欠費(fèi)停電的情況發(fā)生，而智能電表則可以有效地改善這種情況，其在實(shí)際應(yīng)用中可以自動(dòng)對(duì)用戶們的電能使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)控，對(duì)于余額不足的用戶予以相應(yīng)的梯形，通過(guò)這種方式來(lái)有效地提高用戶們繳費(fèi)的便利性；第八，受到外界因素的干擾性較小，傳統(tǒng)的電能表對(duì)于外部磁場(chǎng)較為敏感，長(zhǎng)期受到磁場(chǎng)的影響則極有可能導(dǎo)致最終電能計(jì)量結(jié)果與用戶真實(shí)用電量之間的偏差，而智能電表設(shè)備則主要以乘法器作為電能計(jì)量的主要方式，因此其在使用過(guò)程中幾乎不會(huì)受到外界因素的干擾而產(chǎn)生計(jì)量誤差。

2.2 功能特性

智能電能表中的“智能”二字主要體現(xiàn)在其功能特性的多樣化上，該類電表在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要包括以下幾項(xiàng)功能特性：第一，分時(shí)計(jì)量，該功能特性主要是借助電表中的正向有功、四象限無(wú)功、反向有功等計(jì)量方式來(lái)幫助工作人員完成對(duì)電能電量的系統(tǒng)性控制，按照不同實(shí)踐段來(lái)分別記錄用戶用電量的峰值、谷值、平均值的記錄，從而幫助工作人員更加科學(xué)、合理地按照用戶們的用電需求來(lái)分配相應(yīng)的電能供應(yīng)量；第二，費(fèi)用控制，目前智能電表?yè)碛袃煞N不同的電能費(fèi)用控制方法，一種是針對(duì)本地用戶的，用戶可以通過(guò)CPU卡來(lái)查詢電費(fèi)余額，若余額不足則對(duì)電能表會(huì)借助光亮或者聲音來(lái)對(duì)用戶進(jìn)行提醒，另一種則是針對(duì)遠(yuǎn)程用戶的，用戶可以通過(guò)載波來(lái)對(duì)電能表中所儲(chǔ)存的用電情況信息查詢，然后根據(jù)查詢結(jié)果采取相應(yīng)的解決措施；第三，測(cè)量檢測(cè)，該類智能電表在應(yīng)用過(guò)程中不僅可以有效地對(duì)用戶用電使用情況中的電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可以對(duì)失壓、停電等異常情況進(jìn)行檢測(cè)，從而有效地確保用戶們用電的穩(wěn)定性；第四，永久記錄，顧名思義，該功能特性主要是指電能表可以將該用戶所有的用電信息都進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄和儲(chǔ)存，其中還包括電力故障、時(shí)間等各種參數(shù)信息[4]；第五，費(fèi)率時(shí)段，一般情況下智能電表通常會(huì)包含兩種電力市場(chǎng)中比較常見的費(fèi)率時(shí)段表，二者之間可以通過(guò)特殊的途徑進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，由于該類型電表內(nèi)部設(shè)有時(shí)鐘功能和日歷功能，因此智能電表可以對(duì)用戶日常用電情況進(jìn)行八個(gè)不同時(shí)段的編程計(jì)算，其中相鄰兩個(gè)時(shí)間段的最小值為15min；第六，自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)智能電能表察覺到電費(fèi)余額不足的狀態(tài)時(shí)，便會(huì)自動(dòng)向用戶發(fā)出余額不足的提醒信息，若該類電表在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)一些突發(fā)性的故障問(wèn)題，也會(huì)向工作人員發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，并且將出現(xiàn)故障問(wèn)題的信息編碼傳輸至工作平臺(tái)；第七，自動(dòng)凍結(jié)，凍結(jié)的方式有很多種，如瞬時(shí)凍結(jié)、約定凍結(jié)、定時(shí)凍結(jié)、日凍結(jié)等等，其中瞬時(shí)凍結(jié)主要是指在電能表處于異常狀態(tài)下底截止到目前為止的電能使用情況和時(shí)間段進(jìn)行凍結(jié)，約定凍結(jié)主要是指在電力企業(yè)的要求下，有針對(duì)性地對(duì)一些特殊的用戶及其相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行凍結(jié)，定時(shí)凍結(jié)主要是指根據(jù)提前設(shè)定好的凍結(jié)時(shí)間對(duì)電能數(shù)據(jù)信息進(jìn)行凍結(jié)，日凍結(jié)則主要是指每天定時(shí)對(duì)電能信息進(jìn)行凍結(jié)；第八，非法檢測(cè)，智能電表還具有檢測(cè)用戶用電過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的竊電等非法行為，提高用電的規(guī)范性。

3 終端遠(yuǎn)程控制

智能電表中所使用的遠(yuǎn)程終端控制設(shè)備主要是一種以微處理為主要控制方式的電子設(shè)備，其工作原理是借助遙感技術(shù)將用戶的用電數(shù)據(jù)信息完整地傳輸至采集終端的總控制系統(tǒng)中，然后再通過(guò)合理地利用監(jiān)督控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)有效地控制遠(yuǎn)程需要連接的電子設(shè)備，從而完成整個(gè)終端遠(yuǎn)程設(shè)備的控制作業(yè)[5]。從技術(shù)原理的層面上來(lái)說(shuō)，RTU元件通常是以電路卡的形式所體現(xiàn)的，而這些電路卡又與CPU相連接，除此之外電路卡還對(duì)于一個(gè)或者多個(gè)通信接口相連接，如模擬輸入、數(shù)字輸出、模擬輸出、數(shù)值輸入、繼電器輸出等等，不同通信接口有其不同的功能特性，工作人員可以結(jié)合智能電表的具體使用情況對(duì)其采取現(xiàn)有的終端遠(yuǎn)程控制措施。目前市場(chǎng)上大多數(shù)智能電表在進(jìn)行終端遠(yuǎn)程控制時(shí)通常會(huì)涉及到以下幾項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)。

3.1 數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境

通常來(lái)說(shuō)智能電表在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)為數(shù)據(jù)新的傳輸設(shè)置一個(gè)科學(xué)、合理的媒介，而這個(gè)媒介就是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)使用到的GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，工作人員可以借助該移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將智能電表中所獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解碼和轉(zhuǎn)碼處理，然后再通過(guò)公網(wǎng)對(duì)這些經(jīng)過(guò)特殊處理的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，而這些數(shù)據(jù)信息也會(huì)被收錄到電力企業(yè)作為理論依據(jù)進(jìn)行備份，由于GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有成本低廉、安裝方便等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此其在很多電力企業(yè)的終端遠(yuǎn)程設(shè)備的控制作業(yè)中都發(fā)揮出了非常關(guān)鍵性的作用效果。

3.2 數(shù)據(jù)信息的采集和獲取

智能電表在應(yīng)用過(guò)程中通常會(huì)直接與集中器設(shè)備相互連接，通過(guò)這種方式可以更好地滿足單個(gè)或者多個(gè)電能計(jì)量的基本要求。每一個(gè)集中器均可以看做是一個(gè)電能使用情況數(shù)據(jù)信息的采集點(diǎn)，其通過(guò)上述我們所提到的GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)地傳輸，從而更好地幫助工作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶用電情況的實(shí)時(shí)掌握。

3.3 數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)和輸送

為了可以有效地確保數(shù)據(jù)信息在遠(yuǎn)程運(yùn)輸過(guò)程中的安全性，工作人員通常會(huì)引進(jìn)ESAM安全模塊技術(shù)，并且將重要的數(shù)據(jù)信息均儲(chǔ)存在該模塊中進(jìn)行運(yùn)輸，若工作人員想要獲取該安全模塊中所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)信息，則需要通過(guò)一系列的身份驗(yàn)證，只有通過(guò)身份驗(yàn)證以后才能獲取安全模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)這種運(yùn)輸方式可以有效地提高電能使用情況傳達(dá)的準(zhǔn)確性和安全性，確保最終的遠(yuǎn)程控制結(jié)果能夠達(dá)到預(yù)期理想的狀態(tài)[6]。

3.4 控制主站對(duì)智能電表的遠(yuǎn)程控制

智能電表一般均設(shè)置在電能用戶所處的區(qū)域范圍內(nèi)，因此工作人員在設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮到整個(gè)智能電表的分布情況，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)智能電表進(jìn)行科學(xué)、合理地布局設(shè)計(jì)，并且結(jié)合GPRS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成整個(gè)電能用電情況的數(shù)據(jù)運(yùn)輸，幫助電力企業(yè)的工作人員更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶電能使用情況的遠(yuǎn)程控制。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然現(xiàn)階段智能電表仍然處于研發(fā)階段，其在實(shí)際應(yīng)用中也不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些缺陷問(wèn)題，但是筆者相應(yīng)在相關(guān)研究人員對(duì)該智能電表的不斷優(yōu)化下，其使用性能一定會(huì)得到進(jìn)一步地改善，為電力企業(yè)的終端遠(yuǎn)程控制奠定良好的基礎(chǔ)，為廣大電能用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的電能查詢和繳費(fèi)的智能服務(wù)體驗(yàn)，這也是未來(lái)幾年電力行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。

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