智能電能表的功能特點及采集終端的遠程控制

呂亦可

（廣西電網有限責任公司玉林陸川供電局 廣西玉林 537700）

前言

智能電能表可以實現從儀表到網絡的通信，還可以通過固定的有線連接（如電力線通信）或通過無線進行。在使用無線的情況下，可以選擇蜂窩通信（其可能是昂貴的），Wi-Fi（隨時可用），通過Wi-Fi的無線ad hoc網絡，無線網狀網絡，低功率長距離無線（LORA），ZigBee低功率數據速率無線），Wi-SUN（智能公用事業網絡）等。

1 智能電能表的相關概念

智能電表一詞通常指電表，但也可能是指測量天然氣或水的消耗量的裝置。

類似的儀表通常被稱為間隔時間或使用時間表，已經存在多年，但“智能儀表”通常包括實時或接近實時的傳感器，停電通知和電能質量監測。這些附加功能不僅僅是簡單的自動抄表（AMR）。它們在許多方面與高級計量基礎設施（AMI）計量表類似。歷史上安裝了間隔和使用時間計量器以測量商業和工業用戶，但是可能沒有自動閱讀。

智能電表的推出是節能的一個策略。例如，在非高峰時段提供較低利率的使用時間關稅以及通過凈計量將電力銷售回電網也可能使消費者受益。智能電表是智能電網的一部分，但是它們并不構成智能電網。

自從全球電力放開管制和市場驅動的價格開始以來，公用事業一直在尋找使消費與發電相匹配的手段。傳統的電氣和煤氣表只能測量總消耗量，因此不能提供每個計量地點何時消耗能源的信息。智能電表提供了一種測量特定地點信息的方法，使電力企業根據一天中的時間和季節引入不同的價格來消費。

電力企業提出，從消費者的角度來看，智能計量為住戶提供潛在的利益。這些措施包括：幫助消費者更好地管理他們的能源采購的工具——指出在家中有顯示器的智能電表可以提供最新的電力消耗，最新的天然氣和電力消費信息，并幫助人們管理能源使用，減少能源費用。電價通常在當天和季節的某些可預測時間達到峰值。特別是，如果發電受到限制，如果來自其他地區的電力或更昂貴的發電上網，價格可能會上漲。支持者認為，在高峰時段為客戶提供更高的收費標準將鼓勵消費者調整消費習慣，以更好地響應市場價格，并進一步斷言，監管和市場設計機構希望這些“價格信號”可能會延遲新一代的建設或至少從較高價格的來源購買能源，從而控制電價的穩步和快速增長。基于現有試驗的學術研究表明，房主的電力消耗平均下降約3～5%。

2 采集終端的遠程控制

遠程終端單元（RTU）是一種微處理器控制的電子設備，通過將遙測數據傳輸到主系統，通過使用來自物理世界的消息，將物理世界中的對象與分布式控制系統或SCADA（監督控制和數據采集）主監控系統來控制連接的對象，其他可用于RTU的術語是遠程遙測單元或遠程遙控單元。

圖1 智能電表

RTU監控現場數字和模擬參數，并將數據傳輸到中央監控站。它包含用于將數據輸入流連接到數據輸出流的設置軟件，定義通信協議以及解決安裝問題。

一個RTU可以由一個復雜的電路卡組成，這個電路卡包括完成一個定制的功能所需要的各個部分，或者可以由許多電路卡組成，這些電路卡包括CPU或者使用通信接口進行處理，以及下面的一個或多個：（AI）模擬輸入，（DI）數字輸入，（DO/CO）數字或控制（繼電器）輸出或（AO）模擬輸出卡。

一個RTU甚至可能是一個小型過程控制單元，具有用于PID，報警，過濾，趨勢功能等的小型數據庫，并輔以一些BASIC（編程語言）任務。因為它用于管道，電網防護系統或例如生物圈II項目。在這樣的環境下，它可以在苛刻的條件下工作，例如-50～70℃，只在需要時才切換其IO系統。例如，它通過RS485或無線通信鏈路以多點配置進行通信。在這種類型的配置中，它是一個收集數據并執行簡單控制任務的遠程單元。它沒有移動部件，使用功率極低，通常是太陽能供電。

2.1 電源

交流電源包括各種CPU，狀態濕度電壓和其他接口卡。這可能由交流到直流轉換器組成，這些交流轉換器通過工作站電池系統運行RTU可能包括一個電池和充電器電路，以在發生AC電源故障的情況下繼續運行，以便在電臺不可用的關鍵應用中使用。

2.2 數字或狀態輸入

大多數RTU包含輸入部分或輸入狀態卡，以獲取兩個狀態真實世界信息。這通常是通過使用隔離的電壓或電流源來檢測RTU站點遠程觸點（打開或關閉）的位置。該接觸位置可以代表許多不同的裝置，包括電氣斷路器，液體閥門位置，警報狀況和裝置的機械位置。計數器輸入是可選的。

2.3 模擬輸入

RTU可以監視不同類型的模擬輸入，包括0～1 mA，4～20 mA電流環，0～10V，±2.5V，±5.0V等。許多RTU輸入通過傳感器緩沖大量數據，以轉換和隔離real來自敏感的RTU輸入電平的世界數量。RTU也可以通過通信系統從主或IED（智能電子設備）發送數據值到模擬數據。RTU或主機系統在將數據通過人機界面傳送給用戶之前，將這些原始數據轉換成適當的單位，如剩余水量，溫度或兆瓦。

3 低壓集抄

低壓集抄是從水表或能量計量設備（燃氣，電力）收集消耗，診斷和狀態數據并將數據傳輸到中央數據庫進行計費，故障排除和分析的技術。這項技術主要是為公用事業提供商節省定期到每個物理位置閱讀電表的費用。另一個優點是計費可以基于接近實時的消費而不是基于過去或預測的消費的估計。這種及時的信息與分析結合在一起可以幫助電力公司和客戶更好地控制電能的使用和生產，天然氣的使用或水的消耗。

低壓集抄技術包括基于電話平臺（有線和無線），射頻（RF）或電力線傳輸的手持，移動和網絡技術。

3.1 觸摸技術

利用基于觸摸的低壓集抄，抄表器可以攜帶手持式計算機或數據采集設備，并帶有探針或探針。設備通過觸摸或放置讀取探頭靠近觸摸板中的讀取線圈，自動從儀表收集讀數。當按下按鈕時，探頭向觸摸模塊發出詢問信號以收集讀數。設備中的軟件將序列號與路由數據庫中的序列號相匹配，并將儀表讀數保存以供以后下載到計費或數據收集計算機。由于抄表器仍然需要到達儀表現場，有時也稱為“現場”低壓集抄。接觸式閱讀器的另一種形式使用標準的紅外端口來傳輸數據。協議在制造商之間通過ANS IC12.18或IEC 61107等文件進行標準化。

3.2 射頻網絡

基于射頻的低壓集抄可以采取多種形式。更常見的是手持，移動，衛星和固定網絡解決方案。目前使用的雙向射頻系統和單向射頻系統都使用授權和非授權射頻頻段。

在雙向或“喚醒”系統中，無線電信號通常被發送到AMR表的唯一序列號，指示其收發器加電并發送其數據。儀表收發器和讀取收發器都發送和接收無線電信號。在單向“起泡”或連續廣播式系統中，儀表連續發送，數據每隔幾秒發送一次。這意味著讀取裝置只能是接收機，而儀表只能是發射機。數據只能從儀表發送器傳送到讀數接收器。還有混合單向和雙向技術的混合系統，使用單向通信進行讀取和編程功能的雙向通信。

3.3 低壓集抄主機

低壓集抄主機是一個后臺解決方案，允許用戶通過Internet跟蹤電力，水或天然氣的消耗量。所有數據都是近實時收集的，并通過數據采集軟件存儲在數據庫中。用戶可以通過Web應用程序查看數據，并可以使用各種在線分析工具分析數據，如繪制負載簡檔，分析資費組成部分，并驗證水電費賬單。

4 結語

傳統電表的設置較為分散，且數量龐大，導致抄表工作負擔繁重。為了解決這一問題，用電管理部門應用智能電表實現遠程、自動化抄表，極大地提高了抄表工作的效率，同時還可以減少對人力資源的需求。

[1]楊少平.智能電表特點及其應用[J].福建建設科技，2014（08）：91～93.

[2]李恒文，王京生.提高智能工頻多功能電表精度的方法.山東科技大學學報：自然科學版[J].2012（03）：111～112.

[3]王海林，吳言蓀，雷志同.基于GPRS的電表遠程無線監視裝置[J].儀表技術，2014（02）：39.