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(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

電能信息采集系統(tǒng)研究

曾芮清，陳磊

(三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

當(dāng)前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體制和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都在調(diào)整，電力系統(tǒng)也在逐年擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，做好電能信息采集和電能管理的重要性也逐漸彰顯出來(lái)，引起了企業(yè)的高度重視。文章結(jié)合了電能信息采集系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究，介紹電能信息采集的主要功能、基本構(gòu)成以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N方式，并對(duì)各種數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)做出分析。

電能信息采集系統(tǒng) ；主要功能；基本構(gòu)成；數(shù)據(jù)傳輸

1 引言

電能信息采集系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代化數(shù)字通信技術(shù)、電能計(jì)量技術(shù)等為一體的綜合系統(tǒng)，可以為電力企業(yè)管理者提供客戶用電需求側(cè)的實(shí)時(shí)信息采集與信息綜合分析[1]。它是在原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)管理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電力營(yíng)銷(xiāo)新技術(shù)，能夠使供電營(yíng)業(yè)服務(wù)更加面向電力客戶的，影響電力營(yíng)銷(xiāo)管理過(guò)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)、分析，是應(yīng)對(duì)當(dāng)前電力供需矛盾、提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)電力營(yíng)銷(xiāo)現(xiàn)代化的必然選擇。

2 電能信息采集技術(shù)的功能分析

2.1 采集用戶信息，監(jiān)測(cè)用電狀態(tài)

電能信息采集系統(tǒng)首先一個(gè)特點(diǎn)就是能夠快速的反映出抄表數(shù)據(jù)，根據(jù)抄表數(shù)據(jù)可以在電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)里面迅速了解到用戶的用電狀態(tài)以及在其他對(duì)應(yīng)系統(tǒng)里面了解到用戶線路和電壓情況等。然后，系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的曲線圖，管理人員可以根據(jù)這些曲線圖的變化及時(shí)了解到用戶用電狀態(tài)的變化，針對(duì)用電異常的情況能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理。根據(jù)曲線圖，管理人員也能夠預(yù)知未來(lái)的用電趨勢(shì)，因此將電能信息采集系統(tǒng)與電力系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)能夠很好的掌控電力負(fù)荷情況及規(guī)劃電力負(fù)荷。根據(jù)趨勢(shì)及時(shí)調(diào)整用電策略和方案，讓電力負(fù)荷盡量保持在一個(gè)最優(yōu)的狀態(tài)。

2.2 對(duì)電能信息進(jìn)行分析和控制

電能信息采集系統(tǒng)不僅能夠監(jiān)測(cè)到電能數(shù)據(jù)，還具備數(shù)據(jù)查詢和篩選功能。管理人員可以從系統(tǒng)里導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)，了解用戶用電的基本信息，也可以生成完整的數(shù)據(jù)報(bào)表。通過(guò)查詢到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以統(tǒng)計(jì)出用電量的峰谷值、時(shí)間、用電特性等。通過(guò)以上的分析數(shù)據(jù)能夠更靈活的制定用電策略，提高電網(wǎng)管理水平[2]。同時(shí)，該系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程控制功能，當(dāng)遇到需要緊急拉閘他停電的用戶可以通過(guò)采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程完成，復(fù)電也是一樣。一方面可以確保用電高峰期的用電安全，同時(shí)也使緊急情況的處理更迅速的完成。

2.3 方便用戶查詢用電信息，提高經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)電能信息采集系統(tǒng)與電子信息平臺(tái)相結(jié)合后，用戶能夠很方便的在電子信息平臺(tái)上了解到自己的用電信息，也可以在平臺(tái)上進(jìn)行繳費(fèi)充值等操作，不必再像傳統(tǒng)的繳費(fèi)方式一樣必須要到達(dá)營(yíng)業(yè)廳才能辦理，節(jié)省用戶的時(shí)間和人力，也提高了供電企業(yè)的整體服務(wù)水平。電能信息采集系統(tǒng)為供電企業(yè)提供了用戶的整體用電資料，同時(shí)能夠幫助管理人員將數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和查詢，也幫助供電企業(yè)節(jié)約了大把的人力物力資源，提高了企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

3 電能信息采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

用電信息采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換的中心主站、終端采集系統(tǒng)、智能電表以及信道等部分組成。如果將其按用電信息采集系統(tǒng)的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)來(lái)劃分的話，可將系統(tǒng)分為：主站層、用戶用電數(shù)據(jù)采集層和采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備層[3]。

圖1 電能信息采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

3.1 主站層

主站層主要負(fù)責(zé)整個(gè)信息采集系統(tǒng)的用戶用電信息數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、功能性應(yīng)用以及用戶用電情況轉(zhuǎn)發(fā)等，它是整個(gè)電能信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中心。采集系統(tǒng)的正常運(yùn)作與安全使用也靠主站層來(lái)維護(hù)。主站層又可根據(jù)功能分為營(yíng)業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用功能、前端的采集功能和數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。業(yè)務(wù)應(yīng)用功能主要是通過(guò)采集的數(shù)據(jù)對(duì)各種基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)；前端的采集功能主要負(fù)責(zé)將采集終端采集到的數(shù)據(jù)傳送給采集系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)采集系統(tǒng)與采集終端間的通信與指令傳達(dá)；數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各類(lèi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理與轉(zhuǎn)發(fā)等。

3.2 用戶用電數(shù)據(jù)采集層

用戶用電信息采集層是指通過(guò)各種用電信息采集終端采集電能信息，是負(fù)責(zé)用電信息采集的通道，同時(shí)也可管理、傳輸數(shù)據(jù)。主站下發(fā)的控制指令夜通過(guò)用電數(shù)據(jù)采集層進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)不同的用電客戶類(lèi)型和用電場(chǎng)所，用戶用電采集層可以分為專(zhuān)用變壓器采集終端、公用變壓器采集終端、電表數(shù)據(jù)抄錄終端、廠用站采集終端等。

3.3 采集點(diǎn)設(shè)備監(jiān)控層

采集點(diǎn)設(shè)備監(jiān)控層是指電能信息的具體采集設(shè)備和相應(yīng)電能信息的對(duì)應(yīng)監(jiān)控點(diǎn)。采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備主要包括智能電表、采集終端、電源開(kāi)關(guān)、繼電保護(hù)裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置以及其他現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備等。這些采集點(diǎn)的終端設(shè)備以及監(jiān)控系統(tǒng)采用電子電路集成設(shè)備，因?yàn)橐M(jìn)行信息的傳遞，所以這些設(shè)備多具有遠(yuǎn)程通信的功能，可以與采集層或主站層的計(jì)算機(jī)建立通信聯(lián)系，有效采集電能信息，進(jìn)行電能計(jì)量和控制。

4 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?/h2>

由于用電客戶覆蓋范圍較廣，有些區(qū)域分布較分散且用戶基數(shù)大，所以采集系統(tǒng)中所要讀取的信息量較大，不同的數(shù)據(jù)傳輸方式有不同的信息載體、數(shù)據(jù)容量和傳輸速率，因此一個(gè)合適的數(shù)據(jù)傳輸方式對(duì)采集系統(tǒng)而言是非常重要的。常用的數(shù)據(jù)傳輸方式有電話線數(shù)據(jù)傳輸方式、電力載波線傳輸方式及無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式。

4.1 電話線數(shù)據(jù)傳輸方式

電話線數(shù)據(jù)傳輸方式就是通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。這種方式利用電信系統(tǒng)在意建立好的電話網(wǎng)絡(luò)為載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。首先在電話網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)集中器和管理中心的主機(jī)上裝設(shè)調(diào)制解調(diào)器后就可以利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。電話線數(shù)據(jù)傳輸方式的最大優(yōu)點(diǎn)就是利用已經(jīng)建設(shè)好的通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需再自行建設(shè)數(shù)據(jù)傳輸線路，可以減少投資降低成本。此種方式的缺點(diǎn)是不能多用戶用電信息進(jìn)行監(jiān)控，且利用電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸也會(huì)對(duì)用戶造成干擾。通訊速率低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳輸大量數(shù)據(jù)的情況也是其弊端。

4.2 電力線載波數(shù)據(jù)傳輸方式

電力線載波數(shù)據(jù)傳輸方式是指利用低壓電力線作為載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在將采集終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸之前，需要將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波，之后再將信號(hào)進(jìn)行放大處理，然后再耦合到低壓電力線路上進(jìn)行發(fā)送。調(diào)頻時(shí)要注意該頻率和調(diào)制后的電壓可以保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)也不會(huì)對(duì)電力線路的正常工作造成影響。數(shù)據(jù)到達(dá)接收方后，接收方再使用耦合電路將載波信號(hào)提取出來(lái)，再進(jìn)行濾波和放大處理，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)就可得到原來(lái)的數(shù)據(jù)了。這種數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)與電話線數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)相似，可以節(jié)省大量的基建成本，減少投資。其缺點(diǎn)就是容易受到電力線上其他信號(hào)的干擾，干擾信號(hào)會(huì)使得目標(biāo)信號(hào)衰減，從而造成載波信號(hào)的衰減和數(shù)據(jù)丟失。且此種方式的傳輸速率較低，對(duì)數(shù)據(jù)量較大和對(duì)傳輸速度有要求的場(chǎng)合不適合。

4.3 無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式

無(wú)線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式是指利用無(wú)線通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。不同于以上介紹的兩種傳輸方式，此種方式不需鋪設(shè)線路作為載體。目前常用的兩種方式是基于射頻通信數(shù)據(jù)傳輸方式和基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸。

基于射頻通信方式的數(shù)據(jù)傳輸是利用無(wú)線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是通訊頻帶較寬，且通信時(shí)能容納的數(shù)據(jù)量大，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x有時(shí)可以達(dá)到幾十公里。數(shù)據(jù)傳輸前會(huì)進(jìn)行地址校驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的地址才能繼續(xù)進(jìn)行傳輸。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，受環(huán)境干擾小，借助中繼技術(shù)的話可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的覆蓋范圍。缺點(diǎn)是需要選擇適當(dāng)頻率，傳輸速率較小，無(wú)法滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)和長(zhǎng)距離的傳輸。

基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信數(shù)據(jù)傳輸方式，是指采集終端的數(shù)據(jù)借助GPRS技術(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。GPRS的核心利用了IP技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)與高速I(mǎi)P網(wǎng)絡(luò)的連接，通信的資費(fèi)與手機(jī)通訊的流量費(fèi)一樣。此方法不用任何實(shí)際線路載體，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，也可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的傳輸。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)電能的需求在不斷增加，電力市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大和發(fā)展。用戶電能信息采集系統(tǒng)能夠幫助電力企業(yè)管理者及時(shí)了解客戶總體用電情況，從而對(duì)電能進(jìn)行合理化的管控，保證了供電的安全和可靠。采集系統(tǒng)能夠采集用電信息，監(jiān)控用戶用電狀態(tài)，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，管理人員根據(jù)相應(yīng)的功能調(diào)取相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及其他用途。在用戶電能信息采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸方式有多種，每種方式各有利弊，課根據(jù)不同的環(huán)境和需求選擇最合適的數(shù)據(jù)傳輸方式。

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ResearchontheInformationGatheringSystemofElectricEnergy

ZENGRui-qing,CHENLei

(College of Electrical Engineering and New Energy，Sanxia University，Yichang 443000,China)

At present,the economic system and the industrial structure is adjusting,the power system is expanding it scale of construction,so the importance of electric information acquisition system and electric energy management is manifesting,it raises the company′s chargers concern.This paper is a research about electric information acquisition system and some relative issues,introduce the main function,basic constitution and the way to transfer data of the system,then,analysis advantages and shortages of data transmission ways.

information gathering system of electric energy;main function;basic constitution;data transmission

1004-289X(2017)03-0013-03

TM71

B

2017-01-10