張昊元

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局 廣東 河源 517000

引言

我國(guó)相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)講，電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)起步較晚，很多企業(yè)仍舊延續(xù)傳統(tǒng)人工抄表，這樣反而會(huì)影響電表數(shù)據(jù)傳遞的及時(shí)性。所以筆者提出一些個(gè)人觀點(diǎn)，主要基于NBIoT-LoRa電能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品展開(kāi)研究，并對(duì)其特點(diǎn)、功能特點(diǎn)加以分析，希望可以實(shí)現(xiàn)低消耗的目的，確保電表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞。

1 NBloT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品概述

NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品是一款采用NB-IoT通信技術(shù)的電能表采集模塊，如今被我國(guó)電力企業(yè)所重視，可直接應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)智能電能表上，可以降低抄表人員工作難度系數(shù)。該模塊具有NB-IoT設(shè)備的海量接入、快速部署、統(tǒng)一開(kāi)放平臺(tái)和低成本安裝等優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)如今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)日漸加劇，企業(yè)要想長(zhǎng)久的立足于市場(chǎng)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的研究和推廣。其中本模塊可通過(guò)NB-IoT運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)上報(bào)電能表日凍結(jié)數(shù)據(jù)到主站抄表平臺(tái)上，此期間并不需要其他的中間設(shè)備，節(jié)省設(shè)備使用成本支持[1]。另外，NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品主要是結(jié)合了電能表的內(nèi)置或外置開(kāi)關(guān)以及后臺(tái)軟件，不同于傳統(tǒng)人工采集，它的應(yīng)用可以進(jìn)一步擴(kuò)展支持遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)的管理功能。

2 NBloT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品特點(diǎn)

產(chǎn)品采用了工業(yè)級(jí)NB-IoT芯片，具有NB-IoT所有特性，同時(shí)國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商全頻帶支持，能夠滿足電力企業(yè)發(fā)展需求。同時(shí)產(chǎn)品還支持OceanConnect、CTWing和OneNET等多個(gè)運(yùn)營(yíng)商IoT平臺(tái)，極大的為電能數(shù)據(jù)采集提供了便捷。其次，產(chǎn)品具有低功耗運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，它可以支持PSM/DRX/eDRX多種模式切換，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模式上的不足。同時(shí)具有成本低、運(yùn)行效益高的優(yōu)點(diǎn)。再次，產(chǎn)品往往是依托運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，并不需要安裝其他的設(shè)備，如：網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，產(chǎn)品的通信資費(fèi)相對(duì)較低且信號(hào)覆蓋廣，同頻段下比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增益20DB，提升100倍覆蓋區(qū)域能力。最后，產(chǎn)品還可以提供海量連接的，NB-IoT單扇區(qū)容量可支持5萬(wàn)個(gè)連接。配套后臺(tái)主站系統(tǒng)提供強(qiáng)大而便捷的遠(yuǎn)程管理。

3 NBloT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品功能特點(diǎn)

電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)在NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的研究，產(chǎn)品功能特點(diǎn)有很多，主要體現(xiàn)在以下幾方面。首先，產(chǎn)品的自適應(yīng)串口波特率，可以實(shí)現(xiàn) 1200bps，2400bps，4800bps，9600bps和19200bps五種通信速率的自動(dòng)配，還支持24小時(shí)周期性上報(bào)電能表日凍結(jié)數(shù)據(jù)。產(chǎn)品主要是通過(guò)NB-IoT信道，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)抄讀、跳合閘、事件上報(bào)與查詢(xún)、參數(shù)查詢(xún)?cè)O(shè)置和計(jì)劃任務(wù)查詢(xún)?cè)O(shè)置等功能，可以滿足工作人員需求。其次，產(chǎn)品可以通過(guò)GFSK微功率無(wú)線本地通信單元，實(shí)現(xiàn)本地抄表、計(jì)劃任務(wù)查詢(xún)?cè)O(shè)置等功能。最后，產(chǎn)品功能特點(diǎn)還體現(xiàn)在其他方面，它支持FTOA遠(yuǎn)程增量升級(jí)功能，軟件可維護(hù)性也比較強(qiáng)大，可擴(kuò)展支持停電上報(bào)功能。

4 雙模遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)構(gòu)架

4.1 系統(tǒng)整體構(gòu)建及功能

電力企業(yè)還需要加強(qiáng)對(duì)雙模遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)構(gòu)架的研究，它的組成比較復(fù)雜，其中終端智能電表系統(tǒng)是其主要構(gòu)架之一，在電力傳統(tǒng)系統(tǒng)架框中，它主要是以終端電表-采集器一集中器多級(jí)采集方式進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表。電表和集中器之間主要是采用了PLC、RS485等有線方式進(jìn)行連接，可以極大地滿足電能量數(shù)據(jù)采集工作實(shí)際需求，為電力工作人員工作質(zhì)量的提高奠定基礎(chǔ)。此系統(tǒng)是通過(guò)GPRS/3G/4G方式將數(shù)據(jù)上傳，當(dāng)然也存在中一些不足的地方，常見(jiàn)問(wèn)題：數(shù)據(jù)中繼環(huán)節(jié)多、線路復(fù)雜。雙模遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的功能是比較強(qiáng)大的，主要是將采集到的電表數(shù)據(jù)，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)5G通信基站直接上傳至電力計(jì)量主站系統(tǒng)，電力工作人員可以更好地掌握電表數(shù)據(jù)的實(shí)際變動(dòng)情況[2]。針對(duì)雙模遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)還應(yīng)加強(qiáng)管理，應(yīng)保持系統(tǒng)新架框及管理模式與傳統(tǒng)模式相同，為后續(xù)電能量數(shù)據(jù)采集工作的順利開(kāi)展提供方便，具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體構(gòu)建

4.2 用戶終端智能電表系統(tǒng)

為進(jìn)一步滿足廣大用戶生活用電需求，企業(yè)應(yīng)完善雙模遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其中用戶終端智能電表系統(tǒng)是電網(wǎng)的智能終端，它主要是由電表和通信模塊組成，它的功能也是比較多的，除了具備傳統(tǒng)電能表用電量的計(jì)量統(tǒng)計(jì)功能以外，還具有用電信息存儲(chǔ)、雙向費(fèi)率計(jì)量、用戶端控制及多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信等功能，提高了電能量數(shù)據(jù)采集工作水平，可以更好地適應(yīng)智能電網(wǎng)和新電網(wǎng)平臺(tái)的使用。

4.3 電力采集虛擬臺(tái)區(qū)服務(wù)器及電力計(jì)量主站系統(tǒng)

虛擬臺(tái)服務(wù)器是雙模遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的主要構(gòu)架之一，電力管理人員也一個(gè)注重對(duì)該系統(tǒng)的研究。其中，此系統(tǒng)的工作原理是在接收到智能電表系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過(guò)一系列的解密、分區(qū)、處理之后，進(jìn)一步將所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)的上傳至電力計(jì)量主站系統(tǒng)，為電力人員管理工作提供更多的數(shù)據(jù)支持，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以更好地掌握數(shù)據(jù)變化的具體原因，進(jìn)一步完善工作方案。其中電力采集虛擬臺(tái)區(qū)服務(wù)器包含多個(gè)虛擬臺(tái)區(qū)，工作人員應(yīng)確保這些虛擬臺(tái)區(qū)的完善性，這有助于保持電力計(jì)量主站系統(tǒng)所接收到的數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)。而電力計(jì)量主站系統(tǒng)作為電力企業(yè)發(fā)展中的一個(gè)重要設(shè)備，它會(huì)對(duì)各臺(tái)區(qū)用戶用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)匯總、收集、分析以及處理，最后通過(guò)有效的處理實(shí)現(xiàn)提高數(shù)據(jù)處理能力的目的。

5 通信模塊硬件關(guān)鍵模塊原理設(shè)計(jì)

5.1 NBIoT模塊選型

電力企業(yè)應(yīng)根據(jù)工作實(shí)際需求去選擇適合的模組，通常情況下，可以選擇NBIoT模塊，進(jìn)而為電能量數(shù)據(jù)采集提供支持，為了降低問(wèn)題發(fā)生概率，電力工作人員此時(shí)應(yīng)確保電源電壓跌落不低于模塊最低工作電壓3.1V，進(jìn)而確保電電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，為了確保更好的電源供電性能，在模塊VBAT輸入端采用并聯(lián)分級(jí)電容濾波，關(guān)乎電力企業(yè)的發(fā)展，相關(guān)工作人員應(yīng)給予高度的重視。而在靠近VBAT輸入端可以使適當(dāng)?shù)脑黾右粋€(gè)TVS管，其主要作用是提高模塊的浪涌電壓承受能力，確保系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。對(duì)電力資源的需求量變大，為了確保供電的穩(wěn)定性，電力企業(yè)NBIoT模塊選型時(shí)應(yīng)使用WS4.5DPV，原則上，VBAT走線越長(zhǎng)，線寬越寬。截止目的，大多數(shù)企業(yè)都采用MAXM公司的MAX705芯片，具有很多優(yōu)點(diǎn)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能豐富的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于電力企業(yè)電能量數(shù)據(jù)采集，可以極大地提高系統(tǒng)可靠性和準(zhǔn)確度[3]。

5.2 433M無(wú)線模塊選型

433M無(wú)線模塊選型對(duì)于電力企業(yè)很重要，目前電能量數(shù)據(jù)采集工作量較大，以往人工采集工作難度系數(shù)較大，會(huì)因人為因素影響致使最終的數(shù)據(jù)缺乏真實(shí)性，故而為了提高數(shù)據(jù)采集工作質(zhì)量，電力工作人員應(yīng)做好433M無(wú)線模塊選型。其中433M模塊選用芯科科技的Si4438芯片，Si4438具有寬電壓、低功耗、無(wú)線覆蓋頻段廣等特點(diǎn)，可以為電能量數(shù)據(jù)采集工作帶來(lái)巨大的支持，而該模塊特別適用于電表模塊，電力企業(yè)應(yīng)加以推廣。

6 基于NBloT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集上傳模塊軟件關(guān)鍵設(shè)計(jì)

6.1 定時(shí)上報(bào)

為了確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)做好NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集上傳模塊軟件關(guān)鍵設(shè)計(jì)[4]。其中定時(shí)上報(bào)、峰值錯(cuò)開(kāi)其是設(shè)計(jì)是需要關(guān)注的點(diǎn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)人口密度的上升，用電人數(shù)與日舉措，導(dǎo)致電力終端用戶量非常龐大，為了確保數(shù)據(jù)上傳的及時(shí)性，對(duì)服務(wù)器配置要求非常高，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集模塊的研究，通過(guò)做好相關(guān)設(shè)計(jì)，可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)隨機(jī)性采集上傳，因?yàn)檐浖饕遣捎昧穗S機(jī)軟件算法控制，直至全部采集完成，錯(cuò)開(kāi)同時(shí)上傳數(shù)據(jù)的峰值，有助于降低傳輸鏈路與服務(wù)器的峰值壓力。

6.2 雙向通信

雙向通信是NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集上傳模塊軟件關(guān)鍵設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，電力企業(yè)工作人員應(yīng)基于NB-IoT傳輸模式強(qiáng)化管理，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時(shí)通信模塊發(fā)揮著至關(guān)重要的重要，它可以接收前端計(jì)量系統(tǒng)平臺(tái)的指令，從而得以實(shí)現(xiàn)智能電表雙向通信與遠(yuǎn)程控制，的，這對(duì)于電能量數(shù)據(jù)采集工作的順利進(jìn)行有助推作用。

6.3 報(bào)文加密功能

截至目前，NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集上傳模塊軟件關(guān)鍵設(shè)計(jì)備受電力企業(yè)重視，這直接關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益。其中報(bào)文加密功能是模塊關(guān)鍵設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，此系統(tǒng)能夠?qū)L645報(bào)文進(jìn)行加密處理，隨后進(jìn)行傳輸，這有助于保證信息安全性與完整性。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于NBIoT-LoRa電能量數(shù)據(jù)采集方式未來(lái)有著較好的發(fā)展前景，會(huì)是未來(lái)5G技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的主要技術(shù)方向，所以電力企業(yè)要想在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其研究。其中NB-IoT技術(shù)優(yōu)勢(shì)之多，應(yīng)充分利用優(yōu)勢(shì)確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常見(jiàn)優(yōu)勢(shì)有：5G結(jié)點(diǎn)總流量可限定、智能終端維護(hù)及流量支出費(fèi)用可控制技術(shù)特色，它的積極應(yīng)用可以促進(jìn)此技術(shù)大規(guī)模發(fā)展，這對(duì)于我國(guó)電力企業(yè)發(fā)展具有重要的意義。