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，其對于電能的需求量也越來越大，對此電力企業(yè)的工作人員也在原有的電能供應(yīng)基礎(chǔ)上對供電服務(wù)水平進行不斷的優(yōu)化和改善，很多電力企業(yè)都引進了智能電表設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電表設(shè)備，其在實際應(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，同時還可以幫助電力企業(yè)的工作人員實現(xiàn)對用戶電能使用量的遠(yuǎn)程控制，這也是筆者將要與大家進行重點探究的核心內(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：TM933.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0167-02

0 引言

近幾年來，智能電表在國內(nèi)很多地區(qū)都有所應(yīng)用，并且在實際應(yīng)用中也都取得了良好的成效，智能電表是信息化時代發(fā)展進程中的必然產(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、受外界干擾因素影響小等應(yīng)用優(yōu)勢，同時還具有分時計量、費用控制、費率時段、自動報警等功能特性，因此智能電表在實際應(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，其主要適用于對普通用戶進行電能使用的計量，通常以220V為主，另外一種是三相表，其主要適用于對工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)進行電能使用的計量，通常以380V為主。工作人員可以根據(jù)工程項目的具體情況進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)兩端撥號或者需要進行遠(yuǎn)程控制的兩端設(shè)備都接入互聯(lián)網(wǎng)的方式來實現(xiàn)異地兩臺計算機設(shè)備的連接，工作人員可以通過自己的計算機設(shè)備來控制他人的計算機設(shè)備，通過這種方法來實現(xiàn)對異地計算機設(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

與傳統(tǒng)的電能表計量設(shè)備相比，該類電能表在實踐應(yīng)用中具有絕對的優(yōu)勢，具體如下：第一，功能多，該類電能表在實際應(yīng)用中處理具有計量電能的基本功能特性以外，還可以幫助工作人員實現(xiàn)24小時實時檢測電能計量情況的目標(biāo)，且該電能表還可以根據(jù)所獲取的電能用量數(shù)據(jù)信息對自動進行控制，在最大限度上將電能損失降至最低；第二，計量結(jié)果的準(zhǔn)確性高，傳統(tǒng)的電能表在計量過程中不可避免地會因為機械磨損而產(chǎn)生不同程度上的計量誤差，而智能電表則可以有效地避免這一問題，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)確等級一般在0.2-2范圍之內(nèi)，其在實際電能計量的過程中幾乎不會產(chǎn)生機械誤差[2]；第三，啟動時所產(chǎn)生的電流較小，由于智能電表自身具有良好的靈敏性，對于人們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常應(yīng)用的型號為220V、5A的電能表而言，智能電表進需要1.1W便可以正常運行，即使室內(nèi)一些大功率設(shè)備處于待機的情況也能夠正常運行；第四，信息交互能力較強，一般情況下，智能電表所使用的接口有兩種型號，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)進行信息的傳輸，通過這種方式來幫助工作人員實現(xiàn)對普通用戶的用電情況信息24小時的監(jiān)控，以此來顯著降低電力管理人員的日常工作量；第五，安裝簡單，工作人員在安裝傳統(tǒng)的電能表計量設(shè)備時需要對其懸掛垂直度進行嚴(yán)格的控制，若出現(xiàn)懸掛傾斜等偏差情況則會對最終的電能計量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，而對于智能電表而言，其安裝流程就非常簡單，只要確保其處于靜止?fàn)顟B(tài)即可；第六，過載能力較強，傳統(tǒng)的電能表通常以線圈感應(yīng)磁場為主，其過載量一般在4倍左右，而智能電表在實際應(yīng)用中所體現(xiàn)出的過載量則可以達到6-10倍[3]；第七，電能繳費智能化，傳統(tǒng)的電能繳費模式主要以一卡通為主，在該繳費模式下人們幾乎不能對自己所使用的用電情況進行查詢，所以經(jīng)常會出現(xiàn)欠費停電的情況發(fā)生，而智能電表則可以有效地改善這種情況，其在實際應(yīng)用中可以自動對用戶們的電能使用情況進行實時地監(jiān)控，對于余額不足的用戶予以相應(yīng)的梯形，通過這種方式來有效地提高用戶們繳費的便利性；第八，受到外界因素的干擾性較小，傳統(tǒng)的電能表對于外部磁場較為敏感，長期受到磁場的影響則極有可能導(dǎo)致最終電能計量結(jié)果與用戶真實用電量之間的偏差，而智能電表設(shè)備則主要以乘法器作為電能計量的主要方式，因此其在使用過程中幾乎不會受到外界因素的干擾而產(chǎn)生計量誤差。

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，該類電表在實際應(yīng)用過程中主要包括以下幾項功能特性：第一，分時計量，該功能特性主要是借助電表中的正向有功、四象限無功、反向有功等計量方式來幫助工作人員完成對電能電量的系統(tǒng)性控制，按照不同實踐段來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分配相應(yīng)的電能供應(yīng)量；第二，費用控制，目前智能電表擁有兩種不同的電能費用控制方法，一種是針對本地用戶的，用戶可以通過CPU卡來查詢電費余額，若余額不足則對電能表會借助光亮或者聲音來對用戶進行提醒，另一種則是針對遠(yuǎn)程用戶的，用戶可以通過載波來對電能表中所儲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，測量檢測，該類智能電表在應(yīng)用過程中不僅可以有效地對用戶用電使用情況中的電壓和電流進行實時地監(jiān)測，同時還可以對失壓、停電等異常情況進行檢測，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行準(zhǔn)確地記錄和儲存，其中還包括電力故障、時間等各種參數(shù)信息[4]；第五，費率時段，一般情況下智能電表通常會包含兩種電力市場中比較常見的費率時段表，二者之間可以通過特殊的途徑進行相互轉(zhuǎn)化，由于該類型電表內(nèi)部設(shè)有時鐘功能和日歷功能，因此智能電表可以對用戶日常用電情況進行八個不同時段的編程計算，其中相鄰兩個時間段的最小值為15min；第六，自動報警，當(dāng)智能電能表察覺到電費余額不足的狀態(tài)時，便會自動向用戶發(fā)出余額不足的提醒信息，若該類電表在運行過程中出現(xiàn)一些突發(fā)性的故障問題，也會向工作人員發(fā)出相應(yīng)的警報，并且將出現(xiàn)故障問題的信息編碼傳輸至工作平臺；第七，自動凍結(jié)，凍結(jié)的方式有很多種，如瞬時凍結(jié)、約定凍結(jié)、定時凍結(jié)、日凍結(jié)等等，其中瞬時凍結(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間段進行凍結(jié)，約定凍結(jié)主要是指在電力企業(yè)的要求下，有針對性地對一些特殊的用戶及其相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行凍結(jié)，定時凍結(jié)主要是指根據(jù)提前設(shè)定好的凍結(jié)時間對電能數(shù)據(jù)信息進行凍結(jié)，日凍結(jié)則主要是指每天定時對電能信息進行凍結(jié)；第八，非法檢測，智能電表還具有檢測用戶用電過程中可能會出現(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)來有效地控制遠(yuǎn)程需要連接的電子設(shè)備，從而完成整個終端遠(yuǎn)程設(shè)備的控制作業(yè)[5]。從技術(shù)原理的層面上來說，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于一個或者多個通信接口相連接，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其采取現(xiàn)有的終端遠(yuǎn)程控制措施。目前市場上大多數(shù)智能電表在進行終端遠(yuǎn)程控制時通常會涉及到以下幾項技術(shù)要點。

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

通常來說智能電表在實際應(yīng)用過程中會為數(shù)據(jù)新的傳輸設(shè)置一個科學(xué)、合理的媒介，而這個媒介就是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會使用到的GPRS移動網(wǎng)絡(luò)，工作人員可以借助該移動網(wǎng)絡(luò)將智能電表中所獲取的數(shù)據(jù)信息進行解碼和轉(zhuǎn)碼處理，然后再通過公網(wǎng)對這些經(jīng)過特殊處理的數(shù)據(jù)信息進行傳輸，而這些數(shù)據(jù)信息也會被收錄到電力企業(yè)作為理論依據(jù)進行備份，由于GPRS移動網(wǎng)絡(luò)具有成本低廉、安裝方便等應(yīng)用優(yōu)勢，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)用過程中通常會直接與集中器設(shè)備相互連接，通過這種方式可以更好地滿足單個或者多個電能計量的基本要求。每一個集中器均可以看做是一個電能使用情況數(shù)據(jù)信息的采集點，其通過上述我們所提到的GPRS移動網(wǎng)絡(luò)將所采集的數(shù)據(jù)信息進行實時地傳輸，從而更好地幫助工作人員實現(xiàn)對不同用戶用電情況的實時掌握。

3.3 數(shù)據(jù)信息的存儲和輸送

為了可以有效地確保數(shù)據(jù)信息在遠(yuǎn)程運輸過程中的安全性，工作人員通常會引進ESAM安全模塊技術(shù)，并且將重要的數(shù)據(jù)信息均儲存在該模塊中進行運輸，若工作人員想要獲取該安全模塊中所儲存的數(shù)據(jù)信息，則需要通過一系列的身份驗證，只有通過身份驗證以后才能獲取安全模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，通過這種運輸方式可以有效地提高電能使用情況傳達的準(zhǔn)確性和安全性，確保最終的遠(yuǎn)程控制結(jié)果能夠達到預(yù)期理想的狀態(tài)[6]。

3.4 控制主站對智能電表的遠(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)采集點時應(yīng)當(dāng)綜合考慮到整個智能電表的分布情況，然后在此基礎(chǔ)上對智能電表進行科學(xué)、合理地布局設(shè)計，并且結(jié)合GPRS移動網(wǎng)絡(luò)來完成整個電能用電情況的數(shù)據(jù)運輸，幫助電力企業(yè)的工作人員更好地實現(xiàn)對用戶電能使用情況的遠(yuǎn)程控制。

4 結(jié)語

雖然現(xiàn)階段智能電表仍然處于研發(fā)階段，其在實際應(yīng)用中也不可避免地會出現(xiàn)一些缺陷問題，但是筆者相應(yīng)在相關(guān)研究人員對該智能電表的不斷優(yōu)化下，其使用性能一定會得到進一步地改善，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)的電能查詢和繳費的智能服務(wù)體驗，這也是未來幾年電力行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。

參考文獻

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