电能远程抄表系统的分析报告.doc

电能远程抄表系统分析报告目 录第一章 电能远程抄表的重要性11.1 远程抄表的含义11.2 远程抄表的重要性1第二章 电能表的发展32.1 电能表的发展简史32.2 国产电能表的发展历程42.3 电能表的发展现状5第三章 抄表方式的比较63.1 手工抄表63.2 IC卡电能表63.3 本地自动抄表73.3.1 接触式自动抄表73.3.2 非接触式自动抄表73.4 远程抄表系统7第四章 电能远程抄表系统的构建104.1 远程抄表系统的原理104.1.1 计算机主站104.1.2 集中控制器104.1.3 GPRS简介114.1.4 RS-485总线114.2 远程抄表系统的可行性分析124.2.1 技术可行性分析124.2.2 经济可行性分析12电能远程抄表系统的分析报告第一章 电能远程抄表的重要性如今绝大部分地区对电的使用已经没有限制，一户一表制已经基本普及，直供居民户数成倍增加，抄表工作量明显加大。人工抄表及现在的各种远程抄表方式或多或少存在不足之处，无法保证数据的准确性和实时性，浪费大量的人力和时间，并给用户带来不便。为了改变这种状况，各种远程自动抄表技术在国内外应运而生，而且发展非常迅速。1.1 远程抄表的含义电能远程抄表是指采用检测、通讯和计算机等技术，通过专用设备对电表终端自动读取和处理数据的过程。它可以完成远距离的数据传送，既为电力企业大幅节省了人工抄表的成本，同时也使人民免受上门抄表的打搅。1.2 远程抄表的重要性电能远程抄表系统能实现对电能表数据的自动采集，替代人工抄表，是对传统抄、核、收工作的一次变革，杜绝了人情电、关系电的发生和人为因素造成的用电管理方面的误差及漏洞，提高了工作效率，为安全生产工作提供了有力的数据支撑，其具体表现如下。1.改变了沿袭多年的入户抄表收费的模式，意义巨大由于城市规模不断扩大和居民用电户数的快速增加, 供水、供电、供气等部门抄表和收费的工作量将不断迅速加大, 沿用传统的上门抄表模式, 将很难适应这种变化。由于各种原因的影响, 人工入户抄表的效率已经在逐渐下降并且成本不断增加, 而采用远程集中抄表系统, 将可以从根本上改变由管理部门派人去千家万户抄表收费的模式。特别是随着人们家庭安全意识和隐私意识的增强, 入户抄表等随意进入私人住户的做法将逐渐不受欢迎甚至受到抵制。采用远程集中抄表系统, 将可以有效解决这个可能带来很多社会隐患的问题。2.降低了供电营业所的管理成本改变了陈旧、落后、古板的人工抄表计费模式，实现了抄表方式的技术革命，降低了供电营业所的人力、物力投入，提高了工作效率。3.避免了人工抄表的弊端原始的手工抄表，以及一些管理上的漏洞，使得用电管理中的“关系电、权利电、人情电”现象严重，线路的高损耗不仅使供电企业蒙受损失，也给用户增加了额外的负担。而远程抄表系统的实现则可完全杜绝此类现象的发生。4.有利于节能降损工作通过对远程抄表系统的设计，可以更真实的反映电力系统的线损，及时反映线路及电表的故障，有效地预警和防范窃电、不规范用电等不良行为，减少了电能损耗，从而大大地提高了供电质量和效益。5.提高了供电可靠性电能远程抄表系统自带有客户用电异常示警功能，对于客户停电或发生异常事件能迅速做出反应，线路维护人员可以在最短的时间内到达现场进行处理，提高了事故预防和故障处理的主动性，大大缩短了事故停电时间，在最大限度内为供电企业晚会因停电所造成的损失，也给用电客户带来了极大的方便。6.为用电负荷管理提供了科学依据通过电能远程抄表系统的三相负荷平衡分析，管理人员可以很直观的查阅到各地区三相负荷的分布情况，监测用负荷变化，这样就可以有的放矢地进行负荷控制，避免了由于盲目发展负荷、单相负荷过重所造成的线路损耗。7.为优质服务工作提供准确的信息电能远程抄表系统的应用，使供电信息更加顺畅，方便用户随时随地查询用电情况，享受公开、透明化的服务。电力部门也可以随时了解用户用电需求，掌握用电情况，实现用户与供电企业之间的互动。较传统的人工抄表服务而言，远程抄表除了具有避免打搅用户、大幅节省人工抄表成本及以上优点之外，还能解决某些地方的有线线路接入限制的掣肘，减少对线路的依赖，从而降低系统的建设成本，非常符合政府与事业单位提高用户满意率与降低成本的目标。因此，电能远程抄表系统的建立具有极其重要的意义。13第二章 电能表的发展如今绝大部分地区对电的使用已经没有限制，一户一表制已经基本普及，直供居民户数成倍增加，抄表工作量明显加大。人工抄表及现在的各种远程抄表方式或多或少存在不足之处，无法保证数据的准确性和实时性，浪费大量的人力和时间，并给用户带来不便。为了改变这种状况，各种远程自动抄表技术在国内外应运而生，而且发展非常迅速。2.1 电能表的发展简史电能是世界上最重要的能源之一，它的应用曾在生产技术上引起划时代的变革。随着我国国民经济和各项社会事业的迅速发展，在现代社会中，电能己经广泛应用到社会生产的各个领域和社会生活的各个方面。电能表是当前电能计量和经济结算的主要工具，它的准确与否直接关系到国家与用户的经济利益，而随着电子技术、检测技术和计算机技术的迅猛发展，电能计量装置也发生了巨大的变革。1.感应式电能表独行天下图2.1.1 感应式电能表1880年,美国人爱迪生利用电解原理制成了直流电能表(即安时表)。自1885年起，交流电的发现和应用对电能表的发展提出了新的要求，交流电能表从此应运而生。1889年，匈牙利岗玆公司一位德国人布勒泰制作成总重量为36.5Kg的世界上第一块感应式电能表。感应式电能表的发展，至今已经了有一百多年的历史。经过一百多年的不断改进与完善，感应式电能表逐渐成为制造工艺成熟、生产加工简便、性能稳定可靠的电能计量产品。至今，感应式电能表在电能计量中仍占据了极其重要的地位。2.由功能引发的“机电革命”第二次世界大战之后预先付费功能的电能表在欧洲问世了。这种现代预付费电能表的雏形表，是由机械和电子两部分组成的。这种电能表在相当长的一段时间内发挥了很大的作用，但是这种电能表只能实现简单功能，而且性能也不是很可靠，随着电力部门对电能表功能要求的日益扩展及电子行业的飞速发达，机电式电能表逐渐退出了历史舞台。3.后来居上的电子大军图2.1.3 电子式电能表上世纪七十年代开始，电子技术开始应用到电能计量中来，但是由于早期的电子技术并不成熟，最初的电子式电能表只是被应用在实验室作为标准电能表，价格昂贵，容易受外界环境干扰，不能广泛推广。到上世纪八十年代中后期，随着电子技术的发展，应用于现场环境的电子式电能表开始出现了。它没有传统电能表上的旋转机构，因而又被称为静止式电能表或固态电能表。随着微电子技术的发展，单片机技术的应用，静止式电能表的生产成本逐渐降低，可实现的功能越来越丰富，制造精度也越来越高，静止式电能表的优势越来越明显。目前静止式电能表的销量已占到全球电能表总销量的50以上，并且有继续上升的趋势。2.2 国产电能表的发展历程电能表作为计量产品被国家列为影响国计民生的重点仪器产品，无论是计划经济时代还是市场经济时代它都是国家重点支持的产品。在中国，电能表的发展道路是一条十分曲折、艰难但又充满希望的道路，大致经历了以下5个时期：1.原始期(此时期是国内电表生产的起步阶段，以DDl，DD5型电能表为代表产品)；2.28电表时期(代表产品有DD28，DDl0，DTl0等产品)；3.86电表时期(代表产品主要为铁壳的DD862，DD862a，DT862等产品)；4.长寿命电表快速增长期(此时期中，使用寿命技术的感应式电能表产品进入快速增长阶段)；5.静止式电表快速增长期(此时期中，具有预付费、多费率、通讯、负荷控制等多种复杂功能的电子式电能表使用激增)。2.3 电能表的发展现状近年，国外电子式电能表的发展非常快，芬兰、瑞典、挪威等北欧各国以及法国、英国、德国、西班牙、比利时和意大利等西欧许多国家，其工商用户计费电能表已实现100电子化。目前我国市场上主要以86表时期以后的电能表产品为主。近几年来，随着新技术的不断涌现，我国电能表的产品结构发生了很大转变。我国电能表行业在产品质量控制、生产技术水平以及产品适应用户需求等方面都有了质的飞跃。从2.0级精度到0.1级精度，从单一计费功能的电能表到可实现负荷控制等多功能要求。我国的电能表产品已经不仅仅是一种单一计量功能的仪表，已经由低附加值向高附加值转化，向智能化、长寿命、多功能方向发展。目前国内外普通居民表中预付费及复费率功能已经相对成熟并有大量应用。高端电能表一般可提供如下功能：有、无功电能计量，最大需量计量，可自定义的多费率、多时段电量计量，多种实时参数测量，多种故障报警及事件记录功能，停电抄表功能，温度补偿电路，多种通信方式，开盖报警等简单防窃电功能。另外，也有一些电能表有特殊功能，如多套费率表、谐波计量、GPRS通讯、电能质量分析、变压器铁损计算等，具有一定的创新性。第三章 抄表方式的比较随着建筑、住宅条件的不断改善及计算机技术、现代网络技术及信息集成技术的综合发展， 电力系统管理已步入信息化时代。一方面,居民对居住设施的智能化及安全性、舒适性、私密性的需求日益提高，另一方面相关管理部门对数据统计及收费管理的制度需要进行改进，因此，对用户仪表抄录方式地改进已是必然。3.1 手工抄表图3.1 抄表工人实地抄表和抄表后进行数据统计自电能普及以来,我国农村地区和绝大多数城市采取的抄表方式便是手工抄表方式。这种抄表方式需要固定的抄表人员定期逐户进行抄表，十分地费时、费事。而且在许多的农村地区，电表安装的位置很高，因此，抄表人员抄表的过程存在有很高的危险性，抄表之后进行的数据统计也并不轻松。若是碰到不敬职的抄表人员，则不可避免地会存在许多的“人情电、关系电、权利电”等，这对电力部门的管理和用电量的统计分析是十分不利的。3.2 IC卡电能表IC卡全称为“Integrated Circuit Card”，是一种将具有处理器和大容量存贮器的集成电路芯片嵌装于塑料芯片而成的卡。IC卡电能表采取预付费的电能计费模式，无需人工抄表，有效地解决了收费难的问题。但是，这种电能计费方式不能使供电管理部门及时了解用户的实际用电情况和对电能的需求，因此难于掌握用电规律、确定最佳供电方案。另外，采用预付费方式，需要改革供电部门的售电机构，还要广设售电网点，这会带来大量的新问题，拉闸限电不仅会给用户带来不便，而且对供电企业来说也会造成一定的经济损失。3.3 本地自动抄表本地自动抄表是由抄表员携带抄表机（一般采用专用抄表机、笔记本电脑或掌上电脑）去用户处，从其计量装置上自动采集用电量等数据。然后回到办公室，将数据下载到主站计算机的数据库中。这种数据采集方式分接触式和非接触式两种。3.3.1 接触式自动抄表抄表员去到用户家后，将随身携带的抄表机与用户计量装置通过通信电缆将抄表机上RS-232串口和计量装置上串口引出电缆相连接。抄表工作完成后，通过通信电缆将抄表机和安装有管理软件的PC机的串口相连，即可把上月的数据传送到后台管理PC机中。3.3.2 非接触式自动抄表抄表员去到用户后，无需将抄表机与计量装置联接，而是通过无形的媒介(超声波、无线电、微波或红外线)来通信，完成抄表工作。本地自动抄表大大地缩短了抄表数据录入到电脑的时间，同时可避免人工录入过程出错，而且抄表机的信息容量大，给抄表员的抄表工作带来了很大方便，还能实现许多纸卡抄表无法实现的功能。但是此种手段仍然不能解决上门抄表的麻烦，需要大量的人力资源，且抄表机的价格很高，对电能表的种类也存在特殊要求，在大规模地推广和使用过程中仍存在有许多困难。3.4 远程抄表系统随着科技的进步、人民生活水平的提高，电量的远程抄收系统已成为小区“智能化建设”中的一个重要部分。目前，国内外应用的远程抄表技术，主要有以下几种方式：1.电话线远程抄表由于电话网在城镇的迅速普及，利用现有的电话网进行数据通信是一个经济有效的方案。利用电话网通信需要加装调制解调器，这使通信速率受到限制，管理中心无法对用户进行实时监控。也可以租用专线，但是当租用电话线路过多时，租用费用很高，因此不适合大容量系统。而且采取这种方式虽然初期成本较低而且干扰小，通讯可靠性高，但由于在以后的传输中接通时间较长，需支付很高的费用，故此种方式有一定不利因素。2.电力载波远程抄表利用电力载波技术进行自动抄表，主要是利用已有的输电线路实现数据的传输，节省成本。但由于我国的电网没有专门的滤波系统，特别是民用电网部分，电磁信号、脉冲信号和无线电信号对电网的干扰致使电网相当不纯净，传输过程中信号的误码率很高，因此这种传输方式需要很高的抗干扰措施，目前研究此种方式抄表系统的不少，但真正实用的不多。载波抄表方案关键需要解决的问题还是抄表的可靠性问题，这也是电力载波抄表系统长期不能真正解决的问题，我们国家的电网非常复杂，电力载波技术要应对几个关键问题：一是时变干扰，干扰的频谱范围、强度、地点都在实时变化，例如家用电器、开关电源等产生的高次谐波，各种用电设备的通断产生的瞬时脉冲干扰等因素都会对电力线产生非常大的干扰。二是时变网络阻抗，变压器所带的阻抗随时间的变化在不断改变，导致输送能量要不断变化。这两个原因是导致载波不能很好工作的根本原因。三是网络拓扑的不可知性，在设计电力载波产品时，我们要去应对并不知道拓扑结构的网络，很难保证产品的性能。总之，这三个问题是电力载波技术要解决的难点。3.无线远程抄表无线抄表是利用空间的无线信道实现数据传送的，这样的抄表方式毋须置疑是最为简单、方便的抄表模式，甚至在最近建设部提出的某种通讯规约的讨论稿中也初定了三表无线抄表使用的无线电频点，但无线数据传输存在着在建筑物对无线电信号的反射、吸收等作用下，信号传输不稳定的问题，无线通信对于分布范围广，布局分散的户用计量仪表是一种较好的通信方式。GSM网络覆盖范围广，通信可靠，采用增值业务短消息为载体，结构简单，成本低，但实时性差，通信流量受短消息140个字节的限制，不适合大数据量的通信，于是采用通用分组无线业务GPRS(general packet radio service)技术进行自动抄表。GPRS网络在现有的GSM网络基础上加入分组交换功能，支持TCPIP协议，可以与分组数据网(Internet等)直接互通，大大提高了数据传输速率和传输量，而且采用比较合理的按流量计费方式。GPRS是目前较好的无线传输方式，它在仪器的远程通信方面具有较高的性价比，可以提供远程控制、在线控制、实时采集、实时发布等功能，因此采用GPRS作为电能抄表的上层通信方式来设计仪器的通信接口，同时根据现场环境对智能仪器仪表小型化、操作简单和成本低等的要求，采用MCU控制单元来构建整个应用系统。4.有线电视网（CATV）远程抄表利用现有的有线电视网实现自动抄表，这种网络是可视的，但实现起来较为复杂，此种方式正处于探讨阶段。5.电缆线远程抄表有线总线技术成熟、简单，在通信信道正常的情况下通信可靠、稳定，可以实现实时通信，但需专门铺设电缆线，给施工带来不便。而且布线工作量大，通信信道易受人为损坏，损坏后故障排除困难、恢复慢，信道后续维护量大等不足。6.宽带远程抄表在现代住宅小区中，随着宽带进入千家万户，以太网已经成为智能住宅小区的基础设施。采用基于TCPIP协议的以太网传输数据，具有不需要单独布线、传输容量大、且不容易受到外界干扰等优点。因此，使用宽带进行远程抄表具有明显的优越性。但是我国人口众多，农村居民又占了极大的比例，虽然人们的生活水平逐渐提高，但宽带远程抄表在农村地区仍不可能实现，因此，具有很大的局限性。第四章 电能远程抄表系统的构建图4.1 电能表远程抄表系统拓扑图远程自动抄表(Automatic Meter Reading，简称AMR)是一种不需人员到达现场就能完成自动抄表的新型抄表方式。它利用公共电话网络、负荷控制信道或低压配电线载波等通信联系，将电能表的数据自动传输到计算机电能计费管理中心进行处理。远程自动抄表系统是将电量数据从下而上、逐级传送完成的。采集器负责采集用户电表中的数据，数据集中器按照设定的抄表时间，自动集中各采集器中的有关数据，通过通信网络，送入主站计算机系统。其拓扑结构图如下图4.1所示。4.1 远程抄表系统的原理远程自动抄表系统是将终端用户电能表单元的数据采集后，通过现代传输通信技术送到远端管理部门进行数据处理的系统。通常，自动抄表系统是由系统主站、集中控制器、采集器、仪表以及把这些设备连接起来的高效的、准确的数据通信方式组成的。4.1.1 计算机主站存储抄表数据，实现数据的处理、分析，进行分析结果展现，提供用户对系统实现操作和控制。4.1.2 集中控制器抄收采集器内部的各种仪表数据，并通过GPRS网络将数据上报给计算机主站。4.1.3 GPRS简介GPRS（general packed radio service，通用分组无线业务）是一种采用分组交换的高效率数据传输方式，经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网络只能提供电路交换的思维方式，通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更加方便容易。它克服了GSM 中电路变换速率低、资源利用率差等缺点，最大限度地利用了现有的GSM网络资源，提高了传输速率。由于GPRS具有以下特点：覆盖范围广：GPRS依托于GSM网络提供服务，中国移动的GSM网络是覆盖范围最广的网络之一，这种特点能够满足集中抄表特别是居民集抄这种分散程度很大的监控系统的要求。永远在线：GPRS随时与网络保持联系， 即使没有数据传送时，客户仍然在网上与网络之间还保持一种连接。快速登录：连接时间很快。GPRS无线终端一开机，就己经与GPRS网络建立了连接，每次登录互联网，只需要一个激活过程，一般仅需13 s。高速传输：由于GPRS网络采取了先进的分组交换技术，数据传输最高理论值可达171.2 kb/s。按量收费：GPRS网络按照客户接收和发送数据包的数量来收取费用， 没有数据流量的传递时，客户即使在线，也不收费。GPRS特别适合于远程无线的分布式测量控制系统，比如：运输业、无线POS、GPS汽车定位、无线ATM等；PTM业务支持股市动态、天气预报、交通信息等实时发布；另外，还能提供种类繁多、功能强大的以GPRS承载业务为基础的网络应用业务和基于WAP的各种应用。气象、水文的SCADA系统，对灾害进行遥测和告警；城市公用事业实时监控维护系统，如水、电、气以及供暖系统、污水管网等的实时监控和维护等领域。因此，在实现电能表的远程自动抄表系统中，GPRS具有十分高的实际应用价值。4.1.4 RS-485总线在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。严格的说，485总线必须要单点可靠接地。单点接地就是指整个485总线上只能是有一个点接地，不能多点接地，因为将其接地是因为要将地线（一般都是屏蔽线作地线）上的电压保持一致，防止共模干扰，如果多点接地适得其反