智能電表遠程數(shù)采通信應用

摘 要：智能電網(wǎng)中采用的智能儀表技術，是一種有別于傳統(tǒng)電子式多功能電能表的先進測量技術。它是更多技術和功能的融合，提供更詳盡的用電信息。本文主要介紹了智能電表的基本概念、特點，以及智能電表目前的發(fā)展和普及狀況，智能電表功能通信原理，DL/T645與MOdbusTcp協(xié)議轉換。

關鍵詞：智能電表 數(shù)據(jù)采集 智能電表通信 協(xié)議轉換 DL/T645與MOdbusTcp協(xié)議轉換

引言

智能電網(wǎng)是當今社會上重要的用戶和運行商之間交流的工具為了保證電網(wǎng)的安全、高率的運行就應當對目前用戶的電能表做出智能的改進。智能電能表作為智能電網(wǎng)的主要設備和基礎對加快電網(wǎng)實現(xiàn)智能化和信息化起了重要的作用。

1.智能電能表的基本原理和特點

1.1智能電能表的基本原理

近年來開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構成、工作原理與傳統(tǒng)的感應式電能表有著很大的差別，而電子式智能電表主要是由電子元器件構成，其工作原理是先通過對用戶供電電壓和電流的實時采樣，再采用專用的電能表集成電路，并轉換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片機進行A/D轉換器所對于智能電表來說，這是一個比較重要的常數(shù)，因為A/D將直接決定著該表計量的準確度。目前智能電A/D轉換器的設計原則，但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電A/D轉換器，這樣對電能的計量只能采用分時排隊來進行，勢必造成這點在設計選型時應該注意智能電表的工作特點智能電表不只采用了電再加上具有遠傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進行控制，因此與感應式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢。

1.2智能電能表的工作特點

智能電能表的工作特點主要在承載、功耗和精準度等方面智能電能表采用的是一種電子表的高科技技術傳送承載的能力較普通的電能表強大很多本身的量程就很大能存儲大量的數(shù)據(jù)智能電能表在標準電流范圍內(nèi)的精準度能達到百分之就十九左右工作的消耗量很小既節(jié)省能源也提高了效率。與傳統(tǒng)的電能表相比智能電能表有雙向通信的功能便于數(shù)據(jù)中心和通信網(wǎng)絡之間的通信交流供電公司可以根據(jù)每個用戶的不同需要實現(xiàn)用戶習慣的用電方式。同時智能電能表能自動完成用電的控制當用電達到高峰期時智能電能表能實行削減用電高峰的負荷。

智能電能表的工作特點

智能電表不只采用了電子集成電路的設計，再加上具有遠傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進行控制，因此與感應式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢。

與傳統(tǒng)的智能表相比，智能電能表只需RS485以及RS232兩個接口即可實現(xiàn)與其他設備進行信息交流，而同時使用用電信息采集心態(tài)則可以對表內(nèi)的用電情況進行實時的采集并記錄，從而對實際的用電情況進行智能的分析，為制定合理的用電方案提供數(shù)據(jù)基礎

2.智能電能表的功能

2.1優(yōu)化用電配置

在智能電能表的推廣和運用中每個用戶可以根據(jù)自己的用電計劃控制用電進度通過智能電能表上傳至供電公司發(fā)電數(shù)據(jù)供電公司也可以以此為準確根據(jù)隨時調(diào)整用電的容量提高用電負荷的精準度。智能電能表具有自動斷電和在線檢測的功能在發(fā)生意外事故時能及時切斷電源不僅保證了用戶財產(chǎn)的安全也保證給用戶提供及時優(yōu)質(zhì)的電能。

2.2智能用電安全性

安全對于每一個用電用戶來說都是非常重要的不管是智能電能表還是一般的電能表都應該具備安全的保護系統(tǒng)。在智能電能表進行電壓電流數(shù)據(jù)測量收集時對于異常狀態(tài)的用電情況會自動進行在線分析和系統(tǒng)的跟蹤當追蹤出異常的用電記錄后先進行故障分析再進行有效處理。智能電能表根據(jù)實時電價隨時對用電系統(tǒng)進行監(jiān)控這樣可以有效防止偷電行為的發(fā)生。智能電能表自身帶有故障判斷隔離和重裝啟動的功能減少了用戶端的人工維修。

2.3提高能源利用

智能電能表的廣泛應用幫助人們使用綠色的能源例如太陽能和風能通過綠色能源和智能電能表的優(yōu)化結合電力系統(tǒng)將得到新能源的資助配電負荷將更加精準用戶也能實現(xiàn)住宅的用電自動化管理。

另外智能電能表采用分布式能源配置的方式將電能以最經(jīng)濟最安全的方式輸送到每一個用戶終端提高了電能的利用率。當用戶需要交費時供電公司會通過短信等電信方式將實時電價和繳費的信息傳達給用戶促使用戶合理利用能源。

3.智能電能表的發(fā)展趨勢

3.1我國智能電能表的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀70年代我國在傳統(tǒng)的電能表的使用基礎上研究出了數(shù)字模擬式的電子電能表改善了數(shù)據(jù)測量計算精度和數(shù)字的拓展技術。目前的智能電能表主要分為機電一體式和全電子式前者在原有的機械電表的基礎上安裝了構建降低了造價同時也增加了所需要的功能。后者對電表的核心處做了精密的處理減小了電能表的體積增加了可靠性讓用戶使用的更加方便人性化。

3.2優(yōu)化智能電能表的應用

目前智能電能表的智能化主要體現(xiàn)在用戶繳費和抄表的智能化這些體現(xiàn)對于實現(xiàn)真正意義上的智能化還是遠遠不夠的還必須通過穩(wěn)固的通信網(wǎng)絡將智能化電能表推向一個可靠耐用的交流平臺實現(xiàn)用戶和供電之間信息的交互。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展將來的智能電網(wǎng)必須要考慮市場經(jīng)濟的電量交易信息不斷的走向網(wǎng)絡化和模塊化的方向?？偠灾ㄟ^對智能電能表的基本原理和功能特點的介紹和分析可以發(fā)現(xiàn)智能電能表的應用前景是非常廣泛的智能電能表作為智能電網(wǎng)中重要的信息傳遞媒介我們應當對智能電能表不斷的研究穩(wěn)固電網(wǎng)的運行基礎加快電網(wǎng)自動化和互動化的穩(wěn)定運行。

隨著社會的不斷發(fā)展，智能電能表也得到了極大的推廣使用，而且隨著對節(jié)能環(huán)保意識的增強，智能電能表的使用成為了社會發(fā)展的必然趨勢。智能電能表的出現(xiàn)，更加完善了傳統(tǒng)電能表所具有的功能，智能電能表的使用極大的提高了計量數(shù)據(jù)的準確性，有效的避免了因人工計量而出現(xiàn)的錯抄、漏抄等問題而給用戶帶來不便。而隨著智能電能表的使用，相應的用電信息采集系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，該系統(tǒng)的產(chǎn)生通過自動抄表極大的提高了抄表的及時性，為用戶查詢用電情況提供了數(shù)據(jù)支持。而且通過使用智能電能表，可以對電壓、電流等情況進行實時的監(jiān)控，有效的避免因問題不及時解決而造成的損失，而且可以對負荷進行合理的調(diào)節(jié)，從而有效的提高用戶用電的安全性，而且隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能電能表極大的符合了智能電網(wǎng)的發(fā)展要求，將智能電能表廣泛的推廣使用肌極為有意義的一項工作，同時智能電能表也將擁有更廣闊的發(fā)展前景。

4.智能電能通訊及數(shù)據(jù)采集

目前電力系統(tǒng)主要為有線通訊，其中包括串口，網(wǎng)口，光口。分布式光伏有時還會用到無線通訊。通訊的規(guī)約種類也是比較多，CDT、MOdbus、103、101、104、DL/T645通訊規(guī)約下面我將做一下簡單的說明。

目前經(jīng)常使用串口通訊的還是比較多的，因為串口通訊還是比較穩(wěn)定，屏蔽線有抗干擾作用。而且在國內(nèi)使用比較早，認可度比較高。常用串口通訊的規(guī)約有CDT 規(guī)約、DISA規(guī)約（CDT規(guī)約升級版）、mOdbus規(guī)約 串口、103規(guī)約、調(diào)度101規(guī)約、DL/T645等。

4.1CDT規(guī)約

CDT規(guī)約是一種使用比較早的規(guī)約，報文類型是廣播式的，及子站會通過通訊線向通訊管理機廣播報文，再由通訊管理機將規(guī)約轉換成后臺上位機可以識別的報文，從而解析出來，顯示在上位機上。DISA規(guī)約是CDT規(guī)約衍生版，它的規(guī)約包含遙測點，遙信點的數(shù)量要比原有的CDT規(guī)約要多。報文格式?jīng)]有明顯區(qū)別。接線方式為RS-232。即收、發(fā)、地三根線。由于通訊距離較短，大概在10米左右。在目前用的比較少了。如今市場部分小電流接地選線設備，直流屏還保留著這種通訊方式。

4.2MOdbus通訊

MOdbus通訊是一種常見的通訊，使用比較廣泛。使用的也是屏蔽雙絞線，即RS-485。這種通訊方式通訊距離比較長。理論上可以達到1000多米，當然這也要根據(jù)廠家通訊管理機通訊接口的能力而定。目前有的廠家保護也是保留著這種通訊方式。如新能源使用的光伏箱變測控，風電箱變測控等。這種通訊方式比較簡單，屬于問答式。報文也是比較容易看懂。便于調(diào)試過程中查找問題。

4.3103串口通訊

103串口通訊一般用于微機保護上，目前南京磐能，許繼等廠家自己保護與站內(nèi)上位機通訊用的是103規(guī)約。這種規(guī)約可以將微機保護內(nèi)點無誤差的上送，包括總招和變位數(shù)據(jù)。作為站內(nèi)保護設備具備103通訊功能是基本前提。

4.4101通訊

101通訊作為調(diào)度通訊規(guī)約。在現(xiàn)場的接線有時候為四線制，有時候為三線制。這種規(guī)約目前用在地調(diào)上。將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)柜傳到地調(diào)中心。

4.5DL/T645規(guī)約

DL/T645規(guī)約通常用于電度表上. DL/T 645-2007 多功能電能表通信協(xié)議規(guī)定了多功能電能表與手持單元（HHU）或其他數(shù)據(jù)終端設備之間的物理連接、通信鏈路及應用技術規(guī)范。本標準適用于本地系統(tǒng)中多功能電能表與手持單元（HHU）或其他數(shù)據(jù)終端設備進行點對點的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式。

5.智能電能表通訊協(xié)議轉換

控制器所采用的通訊協(xié)議主要有：MOdbus 與 DL/T 645 - 2007 通訊協(xié)。 MOdbus 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。645是電表協(xié)議，mOdbus是通用控制協(xié)議，兩個是平行關系，不兼容。但是，兩種協(xié)議都可以使用485通信協(xié)議（物理接口協(xié)議）進行傳輸。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。

5.1DL/T645轉MOdbusTcp協(xié)議轉換器

DL/T645轉MOdbusTcp協(xié)議轉換器 MRD-5021具有1 路RS485及1路以太網(wǎng)接口，最多支持同時采集5個DL/T645-1997或者5個2007協(xié)議國標電表設備，支持DL/T645協(xié)議的自適應，然后將所需要的采集數(shù)據(jù)轉換為MOdbus Tcp協(xié)議。方便和PLC、DCS、組態(tài)等工業(yè)相關設備對接。

配置軟件和模塊通過以太網(wǎng)的連接

5.2 645端口可以修改的參數(shù)如下：

5.2.1波特率 300-9600bps，一般645規(guī)約電表端口波特率默認為1200bps。

5.2.2采集的645設備個數(shù)：最多支持5個電表，但是在廣播地址模式，只能接1個645電表設備。

5.2.3645設備的協(xié)議類型，MRD-5021-1支持自適應，1997協(xié)議，2007協(xié)議三種模式。

采集的645設備的地址模式：連續(xù)地址、廣播地址、隨機地址3種模式。詳細說明如下：

連續(xù)地址模式

通過485所連接的電能表地址為連續(xù)地址模式，連續(xù)地址模式一定要保證電能表的地址為連續(xù)的地址，連接645電能表個數(shù)為5個，電能表的地址從000000000002到000000000006，連接共5臺表，如果是其它數(shù)目的電表，修改個數(shù)即可，一定要保證電表的地址是連續(xù)的。

廣播地址模式

通過485所連接的電能表地址為廣播地址模式，該模式下所連接的電表只能為一塊，由于485是一主多從的通信方式，如果配置為廣播模式，然后連接了多塊表，降造成485總線沖突。廣播地址分為2007廣播地址和1997廣播地址，這個需要根據(jù)現(xiàn)場的電表支持的類型來選擇，或者可以采用遍歷2種廣播地址嘗試的方法。

隨機地址模式

通過485所連接的電能表為地址為隨機地址模式，該模式下需要知道所連接的每個表的表地址，然后手動輸入電表的表地址到文本框中，文本框禁止空白。如果對現(xiàn)場的表地址不清楚，也可以采用后面提到的電表地址獲取的方式進行表地址的現(xiàn)場獲取。

5.3以太網(wǎng)端口可以修改的參數(shù)如下：

5.3.1現(xiàn)場電表地址的獲取

本地IP地址為設置模塊的以太網(wǎng)端口IP地址，網(wǎng)關地址為設置模塊的以太網(wǎng)端口網(wǎng)關地址，本地端口號為設置模塊MOdbusTcp 服務器的端口號，MOdbusTcp 服務器的端口號約定默認值為502，物理MAC地址，一般情況是不需要設置的，保持為灰色，不可編輯，保持模塊內(nèi)部Mac地址為默認值。如需修改可以選擇后面的寫入選擇框，編輯框變?yōu)榭删庉嫚顟B(tài)，可以輸入16進制的6字節(jié)Mac地址，

5.3.2現(xiàn)場電表地址的獲取

獲取電表地址按鍵為獲取現(xiàn)場電表的表地址。方法如下：

首先配置模塊工作在廣播地址模式，模塊485總線上保證只接一塊電表，上電運行后，觀察DL＼T645紅色指示燈正常閃爍，也就是一定要保證MRD5021模塊和電表已經(jīng)正常通信，然后再點擊獲取電表地址按鈕，獲取地址正常會在文本框中返回當前電表地址，多塊電表分別按上述操作，并記錄每個電表地址，方便最后統(tǒng)一配置到模塊。

通過智能電表能夠?qū)崿F(xiàn)準確、實時數(shù)據(jù)采集、信息處理，簡化了復雜現(xiàn)場工作流程，負荷遠程控制，通過智能電表可實現(xiàn)負荷的整體聯(lián)接和斷開，也可以對部分用戶進行控制，從而配合調(diào)度部門實現(xiàn)功率控制;同時用戶也可以通過可控開關實現(xiàn)特定負荷的遠程控制，預防維護和故障分析。除此之外，智能電表還具備負荷分析、建模合預測，非法用電檢測，電表管理以及節(jié)能等其他功能。為工廠企業(yè)提供電網(wǎng)故障、停電、電能質(zhì)量、能耗、能效信息和推薦用電方案等增值服務，提高了能源市場的效率，并為頻率、電壓和無功功率控制等應用提供了技術條件。

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作者簡介：

宋彥昆 工程師 主要從事： 儀表、自動化控制、 數(shù)據(jù)采集、通信技術開發(fā)應用。