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[行业技术文章]居民小区远程抄表系统

更新:2013-04-26


焦国杰


持久以来,供电企电能数据的抄算都是基于电能表的手工作方式,即每月定期派人到各用户那里抄写电能表的用电数据作为电费计较和收缴的依据。随着电力负荷的急剧增加,一户一表和直供到户等营销行动的不竭深进,用电企纷纷将家属宿舍的用电治理营交还供电企,致使供电企的电抄写的工作急剧膨胀。白银供电公司在城网农网改造竣事后,仅市区居平易近直供用户将到达9万户,就地涣散的手工抄表基本没法顺应用电治理的需要。是以,远程抄表系统的技术研究和产物开发势在必行。

1远程自动抄表系统的现状及其特点

我国研究和开发的集中远抄系统都是单台配变下的小区集中远抄系统,其典型的组网拓扑年夜致以下:

用户电能表 单元子区数据收集器 配变集中器 营站抄算主机

一般情况下,一个家属楼单元有14~18块低压电能表,单元子区数据收集器负责收集其下属的电能表电数据,配变集中器则负责收集配电变压器下面的所有单元子区收集器的数据。从数据传输的角度看,其组网方式有:两级纯线组网方式、两级夹杂组网方式、两级载波组网方式。

从组网拓扑的角度讲,只要在用户电能表、单元子区收集器、配变集中器采用用信道通讯,远程自动抄表系统的缆线工程就很是年夜,有线用信道的维护也有一定坚苦。鉴于这类情况,各科研单元和厂商都在起劲做到取消单元子区收集器,实现用户电能表与配变集中器的直接低压电力线载波通讯,这样就年夜年夜削减了缆线工程,而且数据远程传输的组网拓扑与低压配电网连结一致,有益于系统的运行维护和用户数目的模数化扩大。这类拓扑要求一个用户终端,不单要实现电能计,还要实现数据信息的编码、解码、载波收发等功能。可以组成完全基于低压电力线信道的载波电能表 配变集中器 营站主机的组网拓扑。实践证实:今朝市场上已开发出来的窄带调制的低压载波表和配变集中器很难保证电或控制数据的靠得住传输。主要缘由是低压电力线载波信道的特征随机性、时变性很年夜,很是地不稳定。是以,低压电力线载波技术是直接经由过程电力线组网的远程抄表系统进一步推行运用的瓶颈。

本文就是致力于开发拥有自立常识产权的扩频载波用户终端,假设一旦开发成功,抄算系统就能够使用简单了然的用户终端 配变单元 营站抄算主站的组网拓扑,并将成为国内主流的抄算系统网络拓扑。

2试点居平易近小区远程抄表系统方案

在为试点居平易近小区远程抄表系统做的整体技术方案设计时,本文遵循三条基来源根基则:

(1)在试点小区的配电变压器和小区住户之间不够设任何用有线信道,数据的上行或下行传送必需使用现成的低压电力线作为数据前言。

(2)只在配电变压器和住户地址对应安装数据的收发装配,建立起各用户电能表终端与配变集中器的直接数据链路,中心不安装任何硬件上的中继或第二级集中转发装配。

(3)用户电能表终端除记实电外,它还应当执行就地庇护和远方监控功能。

2.1系统组成结构

系统由营站用电治理主机、配电变压器集中器、接在配电变压器低压电力线上的多个用户电能表终端(接于A相的A1~Ap终端、接于B相的B1~Bm终端、接于C相的C1~Cn终端)和通讯信道组成。配电变压器集中器和用户电能表终端划分与配电变压器、用户逐一对应并就地散布式安装。用电治理信息只能在系统的上下级之间传输。其中用电治理主机到配电变压器集中器的信息传输前言采用扩频无线信道或公共电话网(级信道),配电变压器集中器到用户电能表终真个信息传输前言哄骗低压电力线载波信道(第二级信道),详见图1。显然,整个系统与配电变压器下面的电压电力网一样呈树形散布结构,可随用户成长和负荷增加肆意扩大。

本系统的使命在于实现低压用户电数据的远程传输和抄算,对低压电力用户的负荷和用电进行远程监控。


由于使用了散布式安装结构,在系统建设上与集中抄表箱用电系统相比,无须庞年夜繁琐的缆线工程,施工难度将会年夜幅下降。系统的扩大将随用户或配变数目的递增而模数化扩大,就象增加一个用户增加一块电能表那样简单。是以,系统扩大伸缩性,不会象集中式系统那样新建时资本闲置,用户成长时容又不够。应当说,这个系统比力合适营用电治理系统成长的主流标的目的。

2.2网络通讯协议的选择与研究

在计较机网络中,信道同享技术已比力成熟。一般可分为两类,即受控接进和随机接进。

随机接进同享信道的特点是所有用户都可以凭据自己的意愿随机地发送信息。现实上就是争用接进,征用成功者才能获得总线,从而发送自己的信息。典型的随机接进是载体侦听多重会见/冲突检测(CSMA/CD)网络,其为总线型结构,如图2所示。后文重点介绍的基于CEbus的扩频载波线性扫频旌旗灯号(Chirp)由于具有自相关性,所以适用于CSMA网络。连系电力线的传输特征,综合比力各类网络,在本文所要开发的远抄系统中选用CSMA协议应当是比力合适的。CSMA协议网络的错误谬误,如时延不肯定、重载时效率下降,对数据传输较小的远程抄表系统来说,其实不是值得斟酌的问题。


2.3用户电能表终真个整体设计

用户电能表终端由AC/DC开关电源模块、电传感器模块、故障庇护模块、计模块、负荷控制模块、LED显示模块、MCU系统模块、低压扩频载波通讯模块组成,图3是用户电能表终端硬件电路框图。

多输出开关电源负责为用户电能表终端供电,它输出DC 5V0.和DC±15V0.电源各一组,其交流输进的设计范围为AC220V±20。为了下降电源模块的体积,采用TOP2XX脉宽调制功率开关为焦点器件,组成单端反激式电路。

故障庇护模块负责监视低压用户的负荷电器的运行情况,当发生短路、过流、漏电或电网电压超标时,向MCU系统模块发出旌旗灯号请求执行断电控制法式。


计模块负责把用户的用电功率转化为频率正比于功率年夜小的脉冲串,提供给MCU系统模块进行电计较。即使用户实施了窃电行为,它依然可以输出准确的电计较脉冲串,并向MCU系统发出窃电旌旗灯号。

负荷控制模块是一个受MCU系统输出的TTL电平控制的年夜功率交流无触点开关,能够过零关断或开启6kW的负荷功率。

MCU系统由AT89C528位单片机、X5045看门狗芯片和DS1302时钟日历芯片组成。它是用户电能表终真个计较监控中心,主要负责对电脉冲串进行计较或处置,执行就地或远方的负荷控制法式,与低压扩频载波通讯模块进行数据交换并控制其收发信。

显示模块由一个8位LED及其动态扫描控制芯片组成,主要完成电数据的旧的查询显示,便于用户领会自己的电或电费情况。

低压扩频载波模块主要由SSCP200低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和电力线耦合电路组成,负责对MCU系统送来的数据进行线性扫频调制,放年夜后耦合到电力线上,对经由过程电力线送来的载波旌旗灯号进行扫频解调后送给MCU系统。这类数据通讯采用了收发分时控制的半双工通讯。该模块与配变集中器的设计通讯距离为1000m。在信道特征恶劣的情况下,也要保证不小于600m。

2.4配电变压器集中器的整体设计

配变集中器主要由三个分相耦合的低压扩频通讯模块、三个按相设置装备摆设的电能表模块、MCU单片机系统、3个双口RAM和一个工控机系统及电话线调制解调器组成。图4是配变集中器的硬件电路框图。


低压扩频载波通讯模块分相设置装备摆设,是为了杜尽跨相耦合载波旌旗灯号,电能表和MCU电路按相设置装备摆设是为了使集中器能够并行处置各相的用户终端数据,增加数据传输和处置速度。以上电路基本上与用户终端类似,只是不具有故障庇护、窃电侦测和负荷控制电路而已。

在配变集中器内设置电能表模块便于对每相的总电进行计和统计分析,以作为用电治理部门考核线损和平衡3相负荷的依据。

工控机完成与每相的MCU系统交换数据,并经由过程Modem和公用电话网与营站抄算主机交换数据旌旗灯号。上行和下行数据要经过工控机的处置,并在不需要数据通讯的时辰贮存在工控机的磁盘中。鉴于数据处置不是很年夜,选用486工控机就能知足要求。

2.5营站抄算主站的整体设计

营站抄算主机主要由PC机、电话线Modem及其软件组成。主要负责营站到配电变压器集中器之间的数据指令的调制发送、解调接受及综合分析处置。另外,电话线Modem还可以将营站用电治理主机与电费托收银行联机。

PC微机主要完成用户用电数据的收集,送电能表参数、用电信息、欠费警告及断电控制,不平安和背章用电监视报警,用户用电治理及查询,报表输出等功能。

其中,用电收集法式可以进行按时统抄、不按时统抄及单用户检查;用电可按地址统计,也可按相位统计,以便合理地调整配电变压器A、B、C三相负载的设置装备摆设,使供电系统的性能阐扬得更好;在电费结算时,可经由过程分时计费,合理定价,使负载基本恒定;电表参数、用电信息可送到用户终端,从而很是利便地修改电能表参数,显示用户的用电及结算电费;欠费警告及断电控制功能可催促用户按时交费;不平安和背章用电监视报警功能可以使用电监察人员迅速准确地维护用电秩序;日报表、月报表、年报表的形成和输出利便而快捷。

3结论与展看

3.1研究结论

我们在几种分歧的情况下对用户电能表终端和配变集中器进行了测试,取得了比力知足的成效。依照CEBus尺度编制的法式,在传输进程中,没有发现误码的存在。分歧的测试情况下,干扰强度与信道输进阻抗的波动范围是影响扩频载波靠得住通讯距离的两个主要身分,数据通讯成功的平均帧延迟时间与平均通讯距离的关系较年夜。

户表收集器的性能指标以下:

·载波通讯距离:排挤网或电缆电网都可达1000m;

·抄表成功率:可达99.7;

·抄表准确率:100;

·读数准确度:计数精度到达小数点后两位,用户电能表读数与尺度电能表的误差不年夜于1个字(即0.5kWh);

·时钟误差:天天小于 1s;

·用户电能表功耗:待机时≤200mW,发送数据时≤700mW,发送时间≤25ms,接收活络度≤2mW;

·采用工级芯片,情况温度:-20~ 85℃;

·工作电压:AC165~260V;

·失落电庇护:电源断电情况下,数据可保留10年;

3.2总结与展看

电能直供到户是供电企重要的营销行动,这使得电能营销部门的电能抄算营成倍增加。采用新的远程抄表技术来改善用电治理和电能营销的装备水平、化电能市场服务的技术手段是供电企紧迫的需求。

我国的低压电能供给都是以配电变压器为一个台区单元,在配电变压器和用户之间不使用任何自力的中继通讯装备或用信道,直接哄骗低压电力线组成与低压电网系统结构相对应的用户电能表终端+配变集中器+营站电能抄算主机组网的远程抄表系统,我们认为这合适低压远抄系统的主流成长标的目的,因而具有推行运用前景。

具有低压扩频载波数据远传功能的用户电能表终端和配变集中器是组成本文所提出的远程抄表方案的焦点装配。终的技术目的的实现必需建立在成功地开发用户电表终端和配变集中器的根蒂根基之上,还要做营站抄算主机的软件编制和数据库编制。显然本文所做的工作还离这一方针有相当长的一段距离。本文只是对用户电能表终端及其扩频载波通讯模块作了实用化开发设计和样机试制,而且经由过程样机的现场测试。配变集中器、软件只作了一个方案性的设计。

本文所取得的另外一个功效就是,把用户电能表终端设计成一个智能化的综合性终端,除完成电能的记实和计外,它还具有用户现场防窃电、防误接线、故障庇护、远方停送电、远方修改电能表参数和负荷控制功能,这些技术手段对提高供电企的用电治理水平无疑具有积极的意义。

参考文献

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