智能電網中的智能抄表技術分析

王金華 程曉榮

（華北電力大學計算機系 河北 071003）

0 引言

目前，智能電網沒有統一的概念，其關鍵就是構建多種能源統一入網和分布式管理的智能化網絡系統，能夠智能判斷與自適應調節，實時地監控和采集電網和用戶的用電信息，且采用最經濟與最安全的方式將電能輸送給用戶，最終使電網運行更加可靠。

傳統的三表(水、電、氣)需要抄表人員定期挨家挨戶抄取數據，結算費用后再到各家收取，這種方式誤差大、工作量大，會出現漏抄、誤抄、估抄等現象，這樣會給供電企業造成巨大的經濟損失。因此，需要提供一種智能管理方式，使電力部門能夠實時的從用戶處獲取與用電相關的信息。而智能抄表系統能夠自動采集數據，提高了發送與監控的實時性，同時提高了工作效率，為電力部門提供了一種安全便利的技術手段。

智能抄表系統目前的研究熱點主要是遠程無線智能抄表。Zigbee 技術是在這幾年興起的一類低速率無線傳感技術，它具有低功耗、低成本以及易安裝的特點。該項技術的出現對當前布線復雜、抄表效率低的傳統抄表系統來說，無疑是一種很好的解決方案。目前，國內外已經開發出了一些基于 Zigbee的無線抄表系統，但是距離實際應用還有一定的距離。

1 現有的智能抄表技術

目前國內外普遍采用的智能抄表的方式有三種：電力線路載波自動抄表、IC卡預付費模式抄表、遠程無線抄表。

1.1 電力線路載波自動抄表系統

電力線載波通信以電力線為載體，用電力線傳送經過調制后的三表數據，接收方通過解調技術將信息接收。其主要優點是利用電力線傳輸，無需額外鋪設管線，覆蓋面廣，傳輸數據方便等。

但是在我國的電力集中區，使用低壓電力網，數據傳輸的過程中，會受到電磁信號、無線電信號、脈沖信號的干擾，導致傳輸數據錯碼、丟碼。要解決我國電網的純凈度，需要相當大的投資，因此電力載波抄表系統在我國還不太適合。

1.2 IC卡預付費模式抄表

IC卡預付費模式需要先將用戶信息存入IC卡，然后再利用IC卡技術和終端系統對IC芯片進行數據管理。

IC卡預付費抄表的優點如下：以電表線路為載體，節省資源；可以避免用戶拖欠電費；用戶可隨時知道自己的消費情況。

同時該方式也有著以下的缺點：IC卡電表技術的電磁兼容問題，可能造成抄表不準，誤報警等情況的發生；IC卡抗干擾能力弱，容易被破解；預付費的方式不人性化，難以適應電價變動的要求。所以IC卡預付費的應用只是智能電表系統中的一個過渡。

1.3 遠程無線智能抄表

遠程無線智能抄表結合了計算機網絡技術和無線通信技術，能夠實現對用電信息的自動獲取和處理。

遠程無線智能抄表的優點在于：工作效率高；實時監控能力強；系統維護和靈活性高；可以提供精確的用電數據，方便監督和查詢。

遠程無線智能抄表方式也有不足之處：當無線網絡信號不好時，會影響數據的采集；管理系統一旦出現故障，會使整個系統癱瘓。

2 基于Zigbee的無線智能抄表系統設計

2.1 系統組成及工作原理

如圖1所示，PC 機和采集器之間通過RS232串口進行通信，而采集器和計量表之間采用Zigbee無線數據傳輸技術。PC機是整個系統的管理中心，下發抄表指令給采集器，采集器再把命令下發給計量表，計量表收到抄表指令后，把計量表的讀數發送給采集器，采集器再把該讀數發送給PC機，然后由上位機軟件實現對數據的顯示和處理。

2.2 系統軟件設計

本系統中Zigbee 網絡的組網方式選擇星型網絡，即終端節點直接與協調器進行通信，可以提高通信質量和速度。

系統軟件工作原理：為了實現無線自動抄表的功能，節點在加入協調器網絡后每隔一段時間向協調器發送一個抄表數據，并由協調器上的 LCD 顯示出來，同時將數據通過串口傳輸至 PC 機。在 Zigbee 無線自動抄表系統中，協調器具有創建網絡、接收數據以及顯示數據的功能，節點具有自動尋找網絡以及發送數據的功能。下面就協調器與終端節點的工作原理進行具體介紹。

圖1 系統框圖

（1）協調器節點設計

①協調器接受終端節點入網流程

協調器節點上電初始化后，如果收到信息，判斷是否是節點入網請求，如果是的話，就將該節點加入鄰居列表，分配網絡地址，并發送確認信息；如果收到的不是節點入網請求信息，則進行其它處理。

②協調器接收數據流程

協調器收到信息后，對信息包頭進行解析，如果得知是數據包的話，就對數據信息進行提取，然后串口顯示；如果不是數據包的話，就進行其他處理。

（2）終端節點設計

終端節點先上電，然后初始化，接著會向整個網絡發送請求，當收到響應后，節點再對發送響應的節點發送連接請求，如果連接請求得到正確的響應，節點入網成功；否則，節點入網失敗。終端節點彼此之間不能通信，只能與協調器通信。

（3）上位機軟件設計

上位機軟件用來進行系統設置，顯示虛擬拓撲和數據。

①系統設置部分

自動采集時間間隔*掉線靈敏度=節點掉線識別的時間周期。自動檢測本機從0～50已打開串口，此時“開始連接”按鈕恢復可操作狀態。單擊“開始連接”按鈕，上位機軟件將已加入網絡的節點與網關節點的網絡拓撲圖模擬顯現。

②虛擬拓撲部分

顯示整個網絡的拓撲結構，鼠標右鍵單擊節點圖標，支持菜單項“查看傳感器曲線”，鼠標左鍵單擊“查看傳感器曲線”，將彈出新窗口顯示該節點所有傳感器實時數據曲線圖。

③數據顯示部分

可以顯示基本的計量表信息以及采集到的數據信息。

基于以上三部分的功能，能夠很方便的查看各計量表節點的實時曲線，以及每個時刻各計量表的數據。

2.3 實驗運行結果

首先安裝開發環境和仿真器驅動，然后讀寫物理地址，打開上位機軟件，設置好系統的自動采集時間間隔和掉線靈敏度，然后單擊自動檢測按鈕。單擊“開始連接”按鈕，上位機軟件將已加入網絡的節點與網關節點的網絡拓撲圖模擬顯現。單擊“查看傳感器曲線”，顯示該節點所有傳感器實時數據曲線圖。最后顯示基本的計量表信息以及采集到的數據信息。

3 小結

智能抄表系統技術結合了網絡技術、儀表測量及通信技術，隨著我國智能化建設的發展需要，對智能抄表系統的研究顯得越來越重要，有著廣闊的應用前景。遠程無線抄表是智能抄表的研究熱點，本文設計了基于Zigbee的無線抄表，給出了系統組成及工作原理和系統軟件設計過程。隨著科技的發展，相信更多的技術也會應用于智能抄表，總而言之，把其他相關領域的技術合理地應用到自動抄表系統中，會促使智能抄表技術盡快完善并不斷進步。

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