基于短信的能耗数据采集方法研究

2012-07-18邵正忠

通信电源技术 2012年3期

邵正忠

（中国电信股份有限公司南京分公司，江苏南京210008）

一个大中型企业涉及到的用电设备很多，有必要对各用电场所、用电设备的能耗数据进行采集与分析，以便加强用电管理。传统的电能消耗数据的获取是依靠人工定期到现场抄读，由于抄表及数据录入流程有较多的人工参与，不可避免产生人为的操作误差，在实时性、准确性和应用性等方面都存在不足，因此迫切需要非人工的自动抄表方式。

1 实施自动抄表的可行性

电表的发展经过了感应式、机电式、电子式等几个阶段，目前正向着全电子式、多功能、具有标准通讯接口以及远程抄控功能的智能化方向发展。随着智能电表的规范化，智能电表的价格也在逐年下降，单相智能电表从最初的1 000元/只下降到300元/只，而价格的下降为规模化部署智能电表奠定了经济基础。随着计算机技术、信息技术、网络通讯技术和电子技术的共同发展，把电表读数在指定的时间抄录下来，并及时准确地传送到管理中心的主控计算机管理方式成为可能。

2 能耗数据传送方式

能耗数据的传送分为有线及无线两种方式。在基于通信运营商的无线网络覆盖以前，主要采用有线接入方式。随着通信运营商的无线网络覆盖质量越来越好、覆盖范围越来越广，无线接入方式逐渐成为主流。

2.1 有线传送

有线接入一般采用拨号、2M、IP网络等几种方式。拨号方式是在电表安装点及数据中心点各设置一对modem，数据中心点可以采用一对多的轮巡方式查询电表读数。2M方式是利用通信运营商的2M电路具有全城覆盖的特性，将电表作为一种智能设备，通过采集单元，利用2M电路将数据送到中心点。IP方式将电表接入采集单元后采用IP协议，利用IP网络传送到中心点。IP网络具有接入的灵活性、带宽的伸缩性等特点，逐渐成为主要的有线接入方式。

2.2 无线传送

随着无线技术的日益发展，无线传输技术已被各行各业广泛接受。无线传输具有安装方便、灵活性强、性价比高等特点，因此越来越多的监控系统采用无线传输方式来建立被监控点和监控中心之间的连接。所应用的技术主要有模拟微波传输、数字微波传输、WiMAX点对多点的宽带无线接入技术、无线网格（MESH）技术、WLAN5.8 GHz传输技术、3.5 GHz的点对多点微波通信无线接入技术、利用CDMA、GPRS公众移动网络传输技术。

由于通信运营商的公众移动网络覆盖面广、成熟度高、可靠性好，因此充分利用公众移动网络进行能耗数据传输是目前比较主流的无线传输方式。下文以电信公司的CDMA公众移动网络为例进行阐述。CDMA无线方式又可分为CDMA1X方式、CDMA EVDO方式、短信（SMS）方式。

3 能耗数据的特点

能耗数据包括电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、正负有功电能、正负无功电能、峰、平、谷有功电能、本月、上月、上上月有功电能、谐波含量等。在这些参数中，作为一般企业（非供电公司）最关心的是正向有功电能。正向有功电能具有以下特点：

（1）累加特性。正向有功电能是每日累加的，后面的电能数据已包含前面的电能数据。

（2）单向性。正向有功电能的数据随着使用日期的自然增加，其电能数据呈单向增加，除非电能数据显示位用完后重新清零，不过清零后仍呈单向性。

（3）采集的非连续性。采集电能不需要连续采集，可以根据需要间隔一段时间。对一般企业非重点关注采集点，每日采集一次即可；对重点关注采集点，可10分钟采集一次。

（4）可重获性或允许丢失性。如果今日采集数据未收到，明日的数据照样有效，不会造成多收费；数据分析时可以通过插入法近似得出丢失数据，分析误差在可承受范围内。

（5）非实时性。对能耗数据的获取一般以0：00为界，而人员工作时间在6：00以后，之间允许的传递时延可较长，不影响数据的真实性、及时性。

（6）数据量小。一般企业关注的正向有功电能数据量比较小，几个字符即可包括。

4 能耗数据采用短信方式传送的场景

根据能耗数据的特点，可以发现能耗数据采用短信方式传送是比较简便、易于实现的。常用的短信方式传送场景如下：

（1）对于一些办公大楼、营业场所、居民楼道等应用场合无法进行有线传送或有线传送造价较高时，可采用短信方式。

（2）对于分散的各种用电设备点不具备多余的有线传送资源时，可采用短信方式。

（3）对于枢纽楼、核心局点等集中用电场所，主要以有线方式为主，如果布线距离较长，也可以采用短信方式。

（4）短信方式和其它的无线方式一样，具有网络结构简单、易维护特点，如果希望网络结构清晰、维护便利时，可以采用短信方式。

5 基于短信的能耗采集系统构成

5.1 能耗采集系统层级

能耗采集系统分数据采集层、传输链路层、管理应用层。

（1）数据采集层

数据采集层包括互感器、电能表、采集单元。从CDMA采集单元以下，到电表485接口等路由都为数据集中层，CDMA采集单元以485接口为电能数据集中入口，采用两线制485接法将多电表复接于数据采集单元，CDMA采集单元可以主动定时采集电表电能数据并上报；也可以由网管中心发送采集指令，实时采集电表电能数据。

（2）传输链路层

从数据采集单元以上到网管中心数据服务器之间都为传输链路层。

（3）管理应用层

从网管中心数据服务器以上都为管理应用层。其中，综合管理、抄表任务调度、数据通信服务等模块一般为系统必备。但为了让整个系统能够长期持续稳定运行，一般也会增加定期检查调度、故障检修任务等模块。

5.2 能耗采集系统软硬件构成

（1）能耗采集系统硬件

主要有CDMA采集单元，利用电信现有CDMA网络，通过短信传输方式到SP短信网关服务器，企业的能耗管理系统通过SP短信接收服务器利用IP网与SP短信网关服务器相连，接收短信数据。

如果是电信运行商自建的能耗管理系统，其SP短信接收服务器可通过DCN网连到SP短信网关服务器，整个网络连接过程在内网进行，无需内外网隔离，仅需SP短信网关服务器分配一个内网SP接入号即可。

如果是电信外其它企业，能耗管理系统的SP短信接收服务器可通过IP城域网连到SP短信网关服务器，整个网络连接过程在城域网。若能耗管理系统建在企业外网，则无需内外网隔离，仅需SP短信网关服务器分配一个外网SP接入号即可。若能耗管理系统建在企业内网，SP短信接收服务器可通过双网卡方式访问城域网连到SP短信网关服务器，此时需要内外网隔离。

（2）能耗采集系统软件

主要由嵌入式数据采集单元内部软件（嵌入式软件）、服务器数据服务软件（C/S应用软件）和后台管理软件（B/S应用软件）以及数据库组成。

系统典型应用组网模型如图1。

图1 能耗采集系统典型应用

6 基于短信的采集单元功能设计

基于短信的采集单元功能设计如下：

（1）数据传输方式

通过电信CDMA网络，采用短信方式。

（2）电能表数据实时采集

通过485接口采集多个电能表数据，最大可支持32个电能表；

支持 DL645协议，可兼容 DL645－1997、DL645－2007、DLT698.42－2010协议；

实现对645协议的透明转发，可由后台读取电能表的任意参数。

（3）数据主动上报

定时上报能耗数据；事件触发上报（告警）；远程触发上报能耗数据和告警。

（4）远程参数配置

设置定时采集和上报数据的电能表表号和参数种类；

针对每个表分别配置参数种类，如变比等；

设置定时采集时间和上报时间；

设置通信方式，中心短信号码或IP地址；

通信方式可选择设置短信和数传方式。

（5）故障信息实时上报和远程控制

电能表通信故障；采集单元断电检测；

2路开关量信号，可用于电表箱箱门检测告警、设备非法移动告警、电源异常检测告警、设备开关断线告警等；定制模拟量输入，可用于现场温湿度报警、水浸报警等。定制控制信号输出，可用于油机开启等控制功能等。

7 基于短信的能耗数据采集系统的优缺点

7.1 优点

（1）同时采集、轮流上报。电能表读数可按设定读取时间读取，按设定上报时间上报。因为CDMA网络可以提供统一的时钟，结合此功能，采集点CDMA采集单元可以实现在网网元同步，同一时刻点采集，不同时刻点上报，这样既实现在不同时刻点轮流和中心通信，避免阻塞，又实现采集电能时刻为同一时刻，方便整网电能分析。

（2）节省投资。充分利用电信运营商的短信网络资源，节省采集服务器及部分防火墙投资。由于电信运营商的短信网络资源非常丰富，再加上采集短信可设置延时发送特性，接入城市的几百万个电表均无问题，大大减少了采集服务器的配置，特别有利于供电公司对一个城市的海量居民用电电表管理。充分利用电信CDMA网络无处不在的优势，节省布线投资。

（3）增强网络安全性。如果是电信运行商自建的能耗管理系统，整个网络连接过程在内网进行，无需内外网隔离，网络安全性比较高。如果是电信外其它企业，能耗管理系统的SP短信接收服务器可通过IP城域网连到SP短信网关服务器，整个网络连接过程在城域网，也无需内外网隔离。

（4）简化网络结构，方便维护。CDMA网络由电信运营商自行维护，本能耗采集部分仅维护采集单元及电表，易于判断故障点。

（5）提供维护功能。可以检测停电时间，并实现准实时上报功能，方便维护人员维护。监控软件可以对报警信号进行自动发现，报警实时上报，在电源恢复后，也能及时根据断电报警装置的状态，消除报警。