（电气工程专业论文）电力用户用电数据采集及监控在需求侧管理中的应用研究.pdf

纛 山东大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：蔓 建一一一 日 期：塑! 竺：! ! ：f 石 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：扭导师签名：翌翌罡生日 期：独：q 。! 生。址 蝰壁丝匡篁耋邕垒窒一 暑暑皇i 暑宣i 鲁叠宣置盲i i 宣j i i 薯薯萱i i 宣i i ；青嗣目暑暑暑暑昌置宣皇昌嗣宣皇皇昌目置墨置| 皇一 目录 摘要5 a b s t r a c t 6 第l 章概述7 1 1 引言7 1 2 本文主要工作9 第2 章智能数据采集、控制终端1 0 2 1 智能电表1 0 2 2 智能数据采集、控制终端：1 0 ，2 2 1 系统结构1 0 2 2 2a r m 与d s p 的接口设计1 1 2 2 3 家用电设备集中控制器1 2 2 3 功能1 2 2 3 1 电能采集和数据存储和传输功能1 2 2 3 2 数据监控、处理和控制功能1 3 2 3 3 兼容和智能升级功能1 4 2 3 4 智能用电管理功能1 4 2 3 5 集中器功能1 4 2 4 小结：1 5 第3 章数据传输系统：1 6 3 1 系统数据传输体系结构1 6 3 1 1 数据采集及监控系统通信技术的国内外研究现状1 6 3 1 1 1 光纤通信1 6 3 1 1 2 无线通信1 7 3 1 1 3 电话线通信1 7 3 1 1 4 电力线载波通信1 7 3 1 1 5g s m 网络通信1 8 3 2 移动数据传输功能2 0 3 2 1g p r s 网络、t c p i p 简介2 0 3 2 1 1g p r s 定义2 0 3 2 1 2g p r s 的优越性2 l 3 2 1 3g p r s 的安全可靠性和抗干扰能力2 2 3 2 1 4t c p i p 协议简介2 3 3 2 1 5 家庭网络通信2 3 3 3 小结2 5 第4 章系统建设及后台监控管理软件2 6 4 1 用电数据采集及监控系统2 6 4 1 1 核心思想2 6 4 1 2 系统结构2 6 4 1 3 企业以a p n 专线方式与g p r s 连接组网方式2 7 4 1 4 采用a p n 专线方式与g p r s 连接的可靠性2 7 4 1 5g p r s 通信系统在电力数据采集系统中的应用2 9 4 1 6 监控中心3 0 4 1 7 通信模块3 l 4 1 8g p r s 网络的s m s 功能实现遥测、遥信3 l 4 2 智能用电a m i 系统4 2 4 3 系统架构及功能4 3 4 3 1 软件坏境4 3 4 3 2 硬件坏境4 5 4 3 3 系统运行架构：4 8 4 3 4 系统功能5 l 4 3 4 1 1 数据采集5 2 4 3 4 1 2 数据处理5 3 4 3 4 1 3 现场监测及报警5 4 4 3 4 1 4 负荷控制5 5 4 3 4 1 5 用电异常信息统计分析5 9 4 3 4 1 6 预付费业务管理6 1 4 3 4 1 7 档案参数管理6 3 4 3 4 1 8 报表系统6 4 4 3 4 1 9 图表系统6 5 4 3 4 1 1 0 终端现场管理6 7 4 3 4 1 1 1 工况管理6 7 4 3 4 1 1 2 信息发布6 7 4 3 4 1 1 4 系统管理6 8 4 3 4 2 1 电量分析6 8 4 3 4 2 2 负荷分析6 9 4 3 4 2 3 供售电平衡6 9 4 3 4 2 4 线损计算分析6 9 4 3 4 2 5 电能质量管理：7 0 4 3 4 2 6 优质客户服务7 1 4 3 4 2 7 客户信誉度分析7 1 4 4 小结，7 1 第5 章系统安全性保障一7 2 5 1 系统安全概述7 2 5 2 系统安全规划原则7 2 信道传输安全。7 3 5 3 网络安全部署7 4 5 3 1 网络互联的安全保障7 4 5 3 2 数据链路层的安全机制7 5 5 3 3 网络层的安全机制7 5 5 4 主机安全7 7 5 4 1 单机可靠性7 7 5 4 2 群集可靠性7 8 数据安全7 8 5 4 3 磁盘阵列7 9 5 4 4 数据备份7 9 5 4 5 数据容灾8 0 5 5 业务系统安全8 0 5 5 1 操作系统、数据库系统的安全保障8 0 5 5 2 应用系统设计的安全保障8 0 5 6 小结8 1 第6 章a m i 实用分析8 2 6 1 分布式能源与电动汽车8 2 6 2 预付费服务8 2 6 3 智能家居8 3 6 4 家庭用电情况监视8 5 6 5 小结8 5 第7 章结论8 6 参考资料8 7 致谢8 9 摘要 随着无线通信技术的推广，使得建立一个廉价、可靠、时效性强的无线通信网络成 为现实，本文介绍了一种基于可靠的通信网络( g p r s 无线上网技术以及短距离无线传输 控制) 、计算机信息技术基础上与用电计量技术的电力用户用电数据采集及监控系统。 该系统主要由智能数据采集、控制终端，数据传输系统，系统建设及后台监控管理 软件，安全保障系统等几部分组成，可抄收现场设备的各相电压、电流、有功功率、无 功功率、功率因数、电压越上、下限时间、累计电量等，具有开关量状态监测、控制、 电压越限报警、电流越限报警、损耗计算统计、定时定点控制等功能，实现从电量采集 及传输、统计查询、线损分析、异常报警、报表生成的供电侧管理直到分布式电源、智 能家居、电动汽车、家庭用电监测的用电侧管理等一系列远程监控管理工作的全面自动 化。本文重点介绍了系统的构成、软硬件设备、通信模块、后台管理软件及在需求侧管 理中的具体应用工作。 随着自动化技术、计算机技术和i t 技术的发展，利用公共网络方式进行远距离数据 传送，成本会越来越低，通信也更加可靠，基于通信网络和a m i 体系的电力用户用电数 据采集及监控系统将在需求侧管理中有更加广泛的应用前景。 关键词：a m i ：通信网络：电力用户：需求侧管理 5 a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt h a ta l l o w s t ob u i l dac h e a p ，r e l i a b l e ，t i m e s e n s i t i v ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s b e c o m er e a l i t y t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ee l e c t r i c i t yu s e r sd a t ac o l l e c t i o na n d m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nr e l i a b l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ( g p r sw i r e l e s s i n t e r n e t t e c h n o l o g y 。 a sw e l la ss h o r t d i s t a n c ew i r e l e s st r a n s m i s s i o n c o n t r 0 1 ) ，c o m p u t e ri n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n de l e c t r i c i t yu s e r si n t h i ss y s t e mi sm a i n l yc o m p o s e do fi n t e l l i g e n td a t aa c q u i s i t i o n ，c o n t r o l t e r m i n a l s ，d a t at r a n s m i s s i o ns y s t e m s ，s y s t e mc o n s t r u c t i o na n db a c k g r o u n d m o n i t o r i n gm a n a g e m e n ts o f t w a r e ，s e c u r i t ys y s t e m s ，a n ds e v e r a lp a r t st h a tc a n b ec o p i e df i e l de q u i p m e n to fv o l t a g e ，c u r r e n t ，a c t i v ep o w e r ，r e a c t i v ep o w e r ， p o w e rf a c t o r ，t h et i m eo fv o l t a g ee x c e e d i n gt h e1 i m i t ，n e tl o s ss t a t i s t i co f t h el o c a l ee q u i p m e n t ，c u m u l a t i v ep o w e r ，w i t hs w i t c hq u a n t i t ys t a t u sm o n i t o r i n g ， c o n t r o l ， v o l t a g e 1 i m i ta l a r m ，c u r r e n tl i m i ta l a r m ，l o s sc a l c u l a t i o no f s t a t i s t i c s 。r e g u l a rf i x e d - p o i n tc o n t r o lf u n c t i o nt or e a l i z ef r o mt h ec o l l e c t i o n a n dt r a n s m i s s i o no fe l e c t r i c i t y ，s t a t i s t i c a lq u e r y ，l i n el o s sa n a l y s i s ， e x c e p t i o na l e r t s ，r e p o r t sg e n e r a t e db yt h ep o w e rs u p p l ys i d em a n a g e m e n tu n t i l d i s t r i b u t e dp o w e r 。s m a r th o m e ，e l e c t r i cc a r s ，h o u s e h o l de l e c t r i c a lm o n i t o r i n g e l e c t r i c i t ys i d em a n a g e m e n t ，a n das e r i e so fr e m o t em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t o ff u l la u t o m a t i o n t h i sa r t i c l ef o c u s e so nt h es y s t e m sc o m p o n e n t s ，h a r d w a r e e q u i p m e n t ，c o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，b a c k s t a g em a n a g e m e n ts o f t w a r ea n di nd e m a n d s i d em a n a g e m e n ti ns p e c i f i ca p p l i c a t i o n s w i t ht h ea u t o m a t i o nt e c h n o l o g y ，c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n di tt e c h n o l o g y ，t h e u s eo fp u b l i cn e t w o r k sf o rl o n g d i s t a n c ed a t at r a n s m i s s i o n ，t h ec o s tw i l lb e l o w e ra n dl o w e r ，c o m m n i c a t i o ni sm o r er e l i a b l e ，b a s e do nt h ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r ka n da m is y s t e mp o w e ru s e rw i t hd a t aa c q u i s i t i o na n dc o n t r o ls y s t e mw i l l b ei nd e m a n d s i d em a n a g e m e n ti nam o r eb r o a da p p li c a t i o np r o s p e c t s k e y w o r d s ：a m i ：c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k ；p o w e ru s e r ；d e m a n ds i d em a n a g e m e n t 6 、 三 1 1 引言 第1 章概述 电力需求侧管理( d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 是2 0 世纪8 0 年代初由美国提出的一 种在用户有效参与下，充分利用电力资源的系统工程，是通过各种手段改变需求方式，在 保持能源服务水平的情况下，降低能源消费量及负荷水平，达到鼓励资源竞争，改善负荷 曲线形状，提高电源利用率，推迟或减少新建电厂及购买输、配电设备，促进经济、能源、 环境的协调发展的目的，是对电力用户推行节电及负荷管理工作的一种模式，也是实现 优化用电、解决能源供求矛盾的一种有效方法。我国在需求侧管理方面已取得了一定成 绩，主要表现在：推广应用高效节能设备：对大型用户进行远方投切，直接控制： 推广分时电价，由用户参与能源控制。随着我国国民经济的迅速发展，社会用电量大幅 增加，对配电网供电质量及经济运行指标等提出了更高的要求。如何准确、及时采集用 电数据( 包括电量、电流、功率、电费、电压合格率、用电异常信息) 是开展配用电及 需求侧管理工作的重要基础。但现阶段在很多地方还不能对用户的实时用电信息进行全 面监控，特别是随着节能减排工作的深入推广和智能电网建设工作的快速发展，电力需 求侧管理工作日益重要。 随着电力市场化改革的迅速发展，用户对用电质量、用电服务提出了更高的要求， 电网的建设要求与用户有较好的信息交互，对用户用电终端装置要求能够全面地采集、 监测、控制控用户的实时负荷情况。对每个用电终端的实时负荷、电压、电流、功率因 数、乃至谐波等电网参数进行监控，以便电网，特别是配网调度中心掌握实时负荷情况， 进行短时间的负荷预测，根据数据记录，综合分析各“短时间”负荷情况，为长时间负 荷预测和全网线损计算提供依据，保证发电负荷的及时供应，解决配网的“盲调 问题； 保证线损、网损分析数据同步、准确，查找异常配用电情况，降低电量损耗。同时，用 电终端还能实现对用电设备的控制功能，根据系统的负荷情况、实时电价和用户意愿， 对可自动运行的用电设备进行控制，选择适当的时候自动运转或者停止，实现错峰、填谷 的功能，使家庭自动化网络成为社会广域网的一部分。目前，国内已有的用电数据采集 系统已形成了覆盖变电站、i o k v 线路专用变客户、公用台变和居民一户一表的自动抄表 7 数据链，实现了与电力营销系统信息的互联、触发功能。但是在供电量、售电量、线损 指标的实时统计和深入方面，准确、及时性不足；对整个系统的运行状况监控力度不够， 不能及时发现系统运行的故障点。 用电数据采集、监控系统方案很多。在控制中心与用电数据采集终端之间，根据不 同的数据传输方式主要分为以下三种：基于光纤接入的光纤抄表系统、基于无线电载波 的负荷控制终端系统、基于移动通信技术的a m i ( 高级量测体系) 。对于配变系统而言， 在其进线变压器处装设的大功率电能表通过r s - 4 8 5 接口与用电数据采集终端相连；用 电数据采集终端经由光纤通讯模块，无线电载波通信模块，或g p r s 、c d m a 、3 g 等移动 通讯模块在广域范围内将抄收数据发送到各自的数据的远程管理系统，在用电数据采集 终端到用电设备之间，通过设备集中控制器( h o m ec o n t r o lu n i t ，h c u ) 与具有智能接口 模块( i n t e r f a c eu n i t ，i f u ) 的各种用电设备相连，对各种用电设备进行监测、控制与管 理【1 1 。 a m i ( 高级量测体系) 是体现在双向计量、双向互操作上的一种高级量测体系，是 建立在可靠的通信网络、计算机信息技术基础上与用电计量技术相结合的的一种量测技 术。电力系统中用电数据自动采集可以缓解采用人工抄收方式难以解决的日益增加的工 作量问题，用电数据采集、监控系统实现电测量数据的全过程自动采集和管理，替代人 工抄表工作，达到提高工作效率，减少人为差错，加强用户侧管理，实现从电量采集及 传输、统计查询、线损分析、异常报警、报表生成等一系列负荷远程监控管理工作的全 面自动化。有利于供电企业合理配送电量，避免不必要的损失，提高管理水平和经济效 益。在智能家庭中，通过a m i 中的智能电表和智能终端，可以实现未来分布式能源和电 动汽车的接入和计量，家用电器或设备的控制，家庭能耗的监测和能源优化管理。在智 能小区中，a m i 为用户提供了可靠的通信信道和便利的充值渠道以及家居的安全防护。 在智能电网中，a m i 是实现智能用电的关键技术体系，是用户与电网和公用事业单位间 实现双向互动的桥梁【2 3 6 ，删。 本文提出一种基于g p r s 无线上网技术以及短距离无线传输控制的用电数据自动采 集、监控方案，可应用于需求侧管理，提高相关管理水平。 8 1 2 本文主要工作 介绍了基于a m i 体系结构的电力用户用电数据采集及监控系统的构成，系统的数据 传输，系统的后台管理软件，以及系统在电力需求侧管理中的应用。 电力用户用电数据采集及监控系统可实现采集、监控电力用户的各项用电数据，包 括各相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电压越上下限时间、累计电量、 实时电价电费以及遥信和遥控、电压越限、电流越限等报警功能；可实现实时全网、配 电线路、变压器、用电设备损耗的数据分析、绘制、报表打印等功能；还可实现未来 分布式能源和电动汽车的接入和计量，家用电器或设备的控制，家庭能耗的监测和能源 优化管理。 本文主要做了以下几方面的工作： 智能数据采集、控制终端功能研究。 系统的动态连接库的研究。 后台管理软件的开发( 部分) 。功能包括参数设置、数据采集、电能冻结、 开关控制、线损计算、故障报警、通信诊断、数据查询、曲线打印等。 系统在需求侧管理中应用研究及实用性分析 9 第2 章智能数据采集、控制终端 2 1 智能电表 智能电表需要双向计量的功能，并能测量和存储多种计量值( 如电能量、有功功 率、无功功率、电压、电流等) 。 智能电表具有双向通信功能，支持电表的实时抄读用电数据、远程控制、防窃电、 异常告警等，也支持分时电价、阶梯电价和预付费功能。 智能电表具有以下技术特性0 4 ： 采用双向宽量程计量技术，实现了5 , - - - ，1 0 0 a ( 2 0 倍) 量程、有功双向和无功 四象限的高精度计量； 实现了电压、电流、功率因数以及电能质量的实时监测； 采用内置大功率磁保持继电器，支持远程拉合闸； 智能电表同时支持复费率和费率阶梯电价； 智能电表采用模块化设计，具有可热拔插通信模块； 2 2 智能数据采集、控制终端 传统的终端一般采用单片机来实现，处理能力弱，可扩展性差，难以实现较为复杂 的控制及管理功能。基于d s p 和a r m 芯片的智能用电终端具备强大的集成功能。其 中，a r m 端芯片负责智能终端的显示，控制以及远程通讯等，而由d s p 来执行计算密 集型操作，然后通过d s p 提供的h p i ( h o s tp o r ti n t e r f a c e ) 接口实现a r m 与d s p 之间 的通信和数据交换的系统构架 3 9 , 3 9 。 2 2 1 系统结构f 1 2 ，3 8 l 系统由两大模块构成：a r m 端模和d s p 端模块组成。系统各组成部分如图2 1 所 示。 1 0 l c d llr s 2 3 2il i dild t aliu a r t s d r a m f l a s h r t l 8 0 1 9 a r m ：厂r id s p ( e p 7 3 1 2 ) 艟到( t m s 3 2 0 u 塑jv c 5 4 0 2 ) j t a g il r a m ili o 图2 1 系统结构示意图 3 e l a r m 端模块负责人机交互，远程通讯，抄表防窃电等管理功能的实现。d s p 端模 块负责对用电量进行采样，统计分析，以及完成必要的开关量输入输出控制功能。 2 2 2a r m 与d s p 的接口设计 3 8 3 9 e p 7 3 12 和t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 连接的接口电路如图2 2 所示。v c 5 4 0 2 通过h p i 与 a r m 进行连接。a r m 先向d s p 写入控制字，设置工作模式，然后将访问地址写入地 址寄存器( h p i a ) ，再对数据锁存器( h p i d ) 进行读写，即可读出和写入指定的存储 单元。主机由两根地址线a 2 、a 1 可以寻址到h p i 接口的所有控制寄存器、地址寄存器 和数据寄存器；由h b i l 、h c n t l l 、h c n t l 0 区分1 6 位数据的高、低字节。 e p 7 3 1 2 d 7 d 0 a 2 a l a 0 洲 ：n c 5 4 ：。a 1 5 ， a f _ , x t f i q e ) a ? l m y v c c t m s 3 2 0 v c 5 4 0 2 h d 7 h d 0 h c n t l l ： h c n t l d h b i l 矾f w m s l ： h c s h d s 2 ： h a s h i n to 腿d y 图2 2 接口电路示意图f 3 8 】 2 2 3 家用电设备集中控制器 家庭用电设备集中控制器( h o m ec o n t r o lu n i t ，h c u ) 是家庭自动化系统的控制中心， 通过家庭自动化通信网络与具有智能接口模块( i n t e r f a c eu n i t ，i f u ) 的各种用电设备相 连，对各种用电设备进行监测、控制与管理。家庭用电设备集中控制器硬件结构如图2 3 所示，包括：主机、保护测量模块、键盘及液晶显示模块、通信模块。 l 液晶显示i l 钥接口l 耍稠削絮器l 堡芝、皇塑苎k i 工控机r 掣 监舅、负荷舅量i i 一卜叫与电力部门 = e 广下i 通信接口 l 加l1 生= = _ 一 甚商f 篙搿熬l 西p r 到i 另谰扩顿袭浚i 图2 3 家用电设备集中控制器结构图f 3 s 1 2 3 功能 智能数据采集、控制终端作为电网重要的组成部分，位于基础层。应具备以下功能： 2 3 1 电能采集和数据存储和传输功能 电能采集装置应能完成厂站电能量数据的高精度采集。安全可靠的分时段存储、 远传等功能。数据冻结周期1m i n , - - - 6 0 m i n 可调，具有分时段存储3 0 天以上电能量数据 的能力( 冻结周期为1 5 m i n ) 。 电能采集装置应同时具备与电子式电能表和脉冲电能表接口的两种方式，电子 式电能表接入可用r s - 4 8 5 r s 一2 3 2 c 串行输入方式，脉冲电能表接人可用无源脉冲接 口方式。电能采集装置应具有对不同电能表规约转换的能力，同时应能提供用户自行开 发特殊电能表规约转换的软、硬件支持。 电能采集装置应具有对线路断路器、旁母断路器等设备状态进行监测和逻辑判断 的功能，实现旁路代供电能量按数据采集周期自动结转到被代供断路器。 1 2 电能采集装置应配置内置或外置式m o d e m ，通过程控电话交换网( 电力、公 共) 或专用通道，支持用不同的通信规约与不同厂商的主站系统通信，应能提供用户自 行开发特殊主站规约转换的软、硬件支持。 电能采集装置应具有计算机网络通信功能，支持t c p i p 等协议。 电能采集装置应具有内部时钟，该时钟可人工设置，在与主站建立通信连接后能接收 主站的对时命令，跟踪主站的时钟，电能采集装置也应能与厂站内己有的g p s 对时。 电能采集装置应具有自检功能，发生故障或事件( 如失电后、恢复供电等) 后 可向主站和当地告警。 电能采集装置应具有当地数据显示窗口，从中可以读出各类运行参数和与电能 表窗口值一致的电能量数据。 电能采集装置可通过按键、便携式p c 机或主站计算机设置和修改运行参数电 能量数据采集周期、脉冲常数等，但应设置相应的保护措施( 如铅封和口令等) 以防非 法设置和修改。 用户能独立方便地接入新表。 电能采集装置可根据要求传送主站选择的电表数据。 2 3 2 数据监控、处理和控制功能 电能采集装置应具有一定的数据预处理能力，能对电能量按人工设置的多个时 段进行分时累计和存储，以减轻主站系统的计算负担。 终端定时读取各统计信息； 终端定时向测控中心发送表内信息； 终端随时向测控中心发送故障或异常报警信息； 终端随时响应测控中心请求的表计信息； 终端随时监测三相电的缺相信息； 具有数据加密和校验功能； 终端及时发出表计存储信息标志开关量； 分时数据以1 5 分钟、3 0 分钟、6 0 分钟为单位进行冻结，可根据用户的要求保 存数据。 可保存断电记录，记录停电及上电的“月、日、时、分 负荷曲线的功能：负荷曲线记录提供连续按照用户设定的时间间隔对选定的内容 进行滚动数据记录功能，可设定1 5 、3 0 、6 0 分钟数据采样时间间隔，采样可选择有功 正向总电能等参数的采集 1 3 2 3 3 兼容和智能升级功能 抄表规约可远程下载更新，适合任意一种表型； 可实现群控合群发数据传输； 可跨地域组群； 可查询对应路数智能电表的状态和通讯波特率； 电表脉冲采集线路采用1 对1 方式，可同时采集多路电能表脉冲，具有 2 5 0 0 v 耐压的隔离保护线路；支持国内外各种电子式脉冲表，适用二线方式，要求电表的脉宽 1 0 m s ，最小脉冲周期 2 0 m s ； 采样脉冲宽度可以灵活设置，最小8 m s ，最大2 4 s ，可以有1 6 种设置； 设置值确认时问设置值确认时问设置值确认时间设置值确认时间 08 m s44 0 m s89 6 m s1 21 s 11 6 m s54 8 m s91 2 8 m s1 34 s 22 4 m s65 6 m s1 02 5 6 m s1 41 6 s 33 2 m s76 4 m s1 15 1 2 m s1 52 4 s 灵活设置抄表任务，可以设置不同的等级以及时间间隔抄录现场用户电表的电量 信息和状态信息；也可采用即时抄表功能实时抄录现场用户电表即时的电量信息和状态 一 信息。 2 3 4 智能用电管理功能 具备电力客户用电设备智能识别、现场智能监测管理、智能用电策略执行、远程控制 和安全认证等功能。 具备多种通信方式的能力，可以和不同设备间进行本地通信，也可和远程主站进 行通信，并且能让手机直接接入进行操作。 具备家庭用电设备集中控制功能 具备以下技术特性： 多种设备通讯规约解析与转换； 通过可扩展的通讯模块与家电等设备的互连； - 大容量数据存储； 安全的通讯体系； 嵌入式系统丰富的应用功能； 2 3 5 集中器功能 通过标识码与各终端进行通讯，保证数据读取和修改的安全性。通过与终端的通 讯可采集各抄表终端冻结的电表窗口值和即时的电表窗口值。同时，也可将参数下载到 1 4 山丕太堂亟士堂僮论塞 抄表终端。 可按预设数据冻结时间间隔( 1 5 分钟、3 0 分钟、6 0 分钟、每天) 冻结各电能表 的窗口值。数据保存的时间：对于1 0 2 4 个电表3 0 分钟1 点的数据，最大可达4 0 天。 分时统计功能。可预编制每年3 6 5 天的日时段模型，时段模型可设4 个费率，每 个费率时段最小可设到1 小时。日时段模型最大可设10 0 个。根据每天的日时段模型分 时统计各时段的分时电量( 峰谷平电量) 。分时电量包括月分时电量( 1 2 个月) 和累 计分时电量。 装置可根据电表位数参数进行自动回零处理，保证数据采集的窗口值始终与电表 窗口值一致。 2 4 小结 本章重点介绍了智能用电数据采集控制终端。智能数据采集控制终端包括智能电 表、智能终端和智能家居控制器三类，作为电网重要的组成部分，位于基础层，他们不 仅是传统意义上的电表、用电现场采集终端以及遥控器那样，仅采集、存储和上传各类 用电数据，同时应具备双向计量、多通道双向通信、人机互动的功能，即具备数据监控、 处理、控制、兼容和智能升级、集中和用电管理功能。 1 5 第3 章数据传输系统 3 1系统数据传输体系结构 基于a m i 体系结构的电力用户用电数据采集及监控系统数据传输体系主要分为控 制中心至用电数据采集、控制终端部分及用电数据采集、控制终端部分至用电设备部 分两大结构。a m i 的通信网络会随着通信技术的发展而发生升级或变更，会由先前的 电力公司铺设的单一通信网络逐渐过度到其他多种通信通道并存。 单通道模式：主要以电力公司建设的如电力载波、电力线宽带、光纤、无线公网 等。台区集中器按预先设置的时间周期会自动通过本地网络如电力载波方式收集电表 的计量数据，并通过无线公网或光纤方式上送到电力公司数据中心。 多通道模式：由于物联网技术和智能家居的应用的衍生，在单通道基础上扩展到 多种通道如互联网、无线移动网。家庭能耗数据可通过互联网进行查看，同时也为其 他能源公司带来抄表的便利。 3 1 1 数据采集及监控系统通信技术的国内外研究现状 终端和主站之间通信系统的建设是本系统的关键之一。通信子系统的设计原则是根 据用户提出的功能要求，同时根据现有的通信资源，灵活运用各种通信手段，建设一个 稳定、可靠、性能价格比合理的自动抄表系统。目前按照通信介质的不同通信子系统主 要有：光纤通信、无线通信、电话线通信和电力线载波通信等四种，随着现代移动通讯 网络覆盖范围的扩大，借助该网络实现电力系统远程数据采集和设备终端远程检测逐步 成为研究的热点f 3 3 1 。 一 3 1 1 1 光纤通信 光纤通信系统根据传输信号的形式，可以分为数字光纤通信系统和模拟光纤通信系 统两大类。因为光纤的频带很宽，对于远距离、高速率传输大容量的数字信号十分有利， 所以在自动抄表技术中用到的均为数字光纤通信系统。 与其他通信方式相比，光纤通信具有以下优点：频率高，可供利用的频带宽，通信 容量大，适合高速宽带信息的传输；损耗很低，采用中继技术适合长途干线通信；抗电 磁干扰能力强，传输可靠性好；光纤内传输的光信号几乎不向外辐射，保密性好；在运 用频带内，每一频率成分的损耗几乎是一样的，因此在中继站和接收端只需采取简单的 均衡措施，设备相对简单；光缆尺寸小、重量轻，便于敷设和架设等。但是光纤强度不 如金属线，连接比较困难，连接节点造价高。光纤通信系统初期投资大，后期维护费用 1 6 也较高，这是光纤通信在配电系统中不能得到广泛应用的主要原因。总之，光纤通信具 有频带宽、传输速率高、传输距离远以及抗干扰性强等特点，适合上层通信网的要求。 但因其安装结构受限制且成本高，而且光纤不便于复用和复接，使光纤通信失去了其经 济优势，故很少在自动抄表系统中使用。 3 1 1 2无线通信 无线通信是一种先进的信息传输方式，其信号占用的带宽远大于常规通信方式所需 的最小带宽，具有抗干扰能力强，误码率低，发射功率小等优点。无线通信适用于用户 分散且范围广的情况。综合考虑成本和可靠性等问题，一般采取装设小型无线电台，在 2 0 0 m h z 4 0 0 m h z 频率范围内的某个频点上以散射通信方式进行无线通信。其特点是 传输频带较宽，通信容量较大( 可与几千块电度表通信) ，通信距离远( 几十公里，并 可通过中继站延伸) ；主要缺点是需申请频点使用权，且如果频点选择不合理，相邻信 道会相互干扰。 总之，无线通信方案技术上虽然可行，但需要向当地无线电管理委员会申请频段， 而且要实现远距离通讯需要建立一个中心基站，其基站高度必须满足通讯正常。 3 1 1 3电话线通信 租用电话线通信是利用现成的电话网络，在数据的发送端和接收端分别安装调制解 调器或者数字音频转换芯片将数字脉冲信号转换为0 3 3 4 k h 的话带信号，然后通过电 话线进行数据传输的一种通信方式。该方法的数据传输率较高且可靠性好，一次性投资 小；缺点是线路接通时间较长，另外，若租用电话线路多，其租用费也很可观，并且电 力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行。因此不适合自动抄表这样的 大容量系统。 3 114电力线载波通信 电力线载波( p o w e rl i n ec a r r i e r 。p l c ) 通信是电力系统特有的一种通信方式，国 外研究比较成熟，但是国内研究尚处于起步阶段。电力线载波通信以电力线为传输通道， 具有可靠性高、投资少、施工期短、设备简单、与电网建设同步、覆盖面与电力系统一 致等优点，对于通道数量不多，而需要通信覆盖的厂站数量较多，或采用其它通信方式 不便的情况下，可考虑优先采用电力线载波通信。 根据电力线载波传输信道或媒介的不同，可分为窄带调频方式、扩频通信方式和超 窄频通信方式等。 ( 1 ) 窄带载波 窄带载波如：l m l 8 9 3 。s t 7 5 3 6 自动抄表系统和工频零相载波。由于没有很好的解 决国内电力线路所带的大量谐波干扰问题，前两种系统国内少有使用和介绍。工频零相 载波采用工频零相数据载波传输方式，利用5 0 - - - 6 0h z 的工频信号进行数据传输，使得 1 7 ；i r l 堕量兰堡塾羔丝丝垄二一 它有非常高的适用性，可用于质量差、工频不稳的电网，很适合我国这样电网质量较差、 干扰源多的国家。零相载波的最大缺点是其数据传输的速度慢，对于我国工频5 0 h z 的 电网，其传输的极限速率：、 5 0 b i t s ，不能实现用电现场大量数据的实时抄收。 ( 2 ) 扩频载波 扩频载波的工作原理是在发射端，利用许多个频点同时传输同一数据，在接收端自 动扫描发射端的所有发射频点，找出有效数据，剔除干扰成分。如：l o n w o r k 和i n t e l l o n 。其中l o nw o r k 应用较广，该总线技术以美国埃斯郎( e c h e l o n ) 公司 生产的l o nw o r k 芯片为核心，此芯片中包含了三个c p u 神经元及存储单元等。电力线 扩频传输是近年来我国在扩频通信领域中研究的一个热点课题。利用扩频通信抗干扰能 力强的特点，可在配电线这种高频特性比较恶劣的通道环境中进行数据传输。 ( 3 ) 超窄频载波 将5 0 - 5 1h z 的频率，分解成10 0 0 个传输频点，同时传输同一个数据，可靠性非常 高。用此原理的自动抄表系统如：t u r t l es y s t e m ，它采用单工模式，缺点是系统设备 价格昂贵。我国电网中存在大量劣质u p s 。它们产生稳定谐波，使超窄频载波方式效果 不理想，没有得到很好的推广应用。 3 115g s m 网络通信 近年来，g s m ( g i o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，全球移动通信系统) 发展逐步成熟，网络覆盖面广，通信质量好，具有传输速度快、运行费用相对低廉、适 应性强等优点。g s m 系统以连接i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ，综合业 务数字网) 网，向用户提供i s d n 业务为目标，它支持数据传输业务，包括3 0 0 b p s 和 12 0 0 b p s 异步双工数据电路，12 0 0b p s 、2 4 0 0 b p s 、4 8 0 0 b p s 和9 6 0 0 b p s 同步双工数 据电路等，并可以与p s t n 、i s d n 、p d n 等互通。g s m 短消