智能电能表的功能特点及采集终端的远程控制

2018-01-18吕亦可

建材与装饰 2018年1期

吕亦可

（广西电网有限责任公司玉林陆川供电局广西玉林 537700）

前言

智能电能表可以实现从仪表到网络的通信，还可以通过固定的有线连接（如电力线通信）或通过无线进行。在使用无线的情况下，可以选择蜂窝通信（其可能是昂贵的），Wi-Fi（随时可用），通过Wi-Fi的无线ad hoc网络，无线网状网络，低功率长距离无线（LORA），ZigBee低功率数据速率无线），Wi-SUN（智能公用事业网络）等。

1 智能电能表的相关概念

智能电表一词通常指电表，但也可能是指测量天然气或水的消耗量的装置。

类似的仪表通常被称为间隔时间或使用时间表，已经存在多年，但“智能仪表”通常包括实时或接近实时的传感器，停电通知和电能质量监测。这些附加功能不仅仅是简单的自动抄表（AMR）。它们在许多方面与高级计量基础设施（AMI）计量表类似。历史上安装了间隔和使用时间计量器以测量商业和工业用户，但是可能没有自动阅读。

智能电表的推出是节能的一个策略。例如，在非高峰时段提供较低利率的使用时间关税以及通过净计量将电力销售回电网也可能使消费者受益。智能电表是智能电网的一部分，但是它们并不构成智能电网。

自从全球电力放开管制和市场驱动的价格开始以来，公用事业一直在寻找使消费与发电相匹配的手段。传统的电气和煤气表只能测量总消耗量，因此不能提供每个计量地点何时消耗能源的信息。智能电表提供了一种测量特定地点信息的方法，使电力企业根据一天中的时间和季节引入不同的价格来消费。

电力企业提出，从消费者的角度来看，智能计量为住户提供潜在的利益。这些措施包括：帮助消费者更好地管理他们的能源采购的工具——指出在家中有显示器的智能电表可以提供最新的电力消耗，最新的天然气和电力消费信息，并帮助人们管理能源使用，减少能源费用。电价通常在当天和季节的某些可预测时间达到峰值。特别是，如果发电受到限制，如果来自其他地区的电力或更昂贵的发电上网，价格可能会上涨。支持者认为，在高峰时段为客户提供更高的收费标准将鼓励消费者调整消费习惯，以更好地响应市场价格，并进一步断言，监管和市场设计机构希望这些“价格信号”可能会延迟新一代的建设或至少从较高价格的来源购买能源，从而控制电价的稳步和快速增长。基于现有试验的学术研究表明，房主的电力消耗平均下降约3～5%。

2 采集终端的远程控制

远程终端单元（RTU）是一种微处理器控制的电子设备，通过将遥测数据传输到主系统，通过使用来自物理世界的消息，将物理世界中的对象与分布式控制系统或SCADA（监督控制和数据采集）主监控系统来控制连接的对象，其他可用于RTU的术语是远程遥测单元或远程遥控单元。

图1 智能电表

RTU监控现场数字和模拟参数，并将数据传输到中央监控站。它包含用于将数据输入流连接到数据输出流的设置软件，定义通信协议以及解决安装问题。

一个RTU可以由一个复杂的电路卡组成，这个电路卡包括完成一个定制的功能所需要的各个部分，或者可以由许多电路卡组成，这些电路卡包括CPU或者使用通信接口进行处理，以及下面的一个或多个：（AI）模拟输入，（DI）数字输入，（DO/CO）数字或控制（继电器）输出或（AO）模拟输出卡。

一个RTU甚至可能是一个小型过程控制单元，具有用于PID，报警，过滤，趋势功能等的小型数据库，并辅以一些BASIC（编程语言）任务。因为它用于管道，电网防护系统或例如生物圈II项目。在这样的环境下，它可以在苛刻的条件下工作，例如-50～70℃，只在需要时才切换其IO系统。例如，它通过RS485或无线通信链路以多点配置进行通信。在这种类型的配置中，它是一个收集数据并执行简单控制任务的远程单元。它没有移动部件，使用功率极低，通常是太阳能供电。

2.1 电源

交流电源包括各种CPU，状态湿度电压和其他接口卡。这可能由交流到直流转换器组成，这些交流转换器通过工作站电池系统运行RTU可能包括一个电池和充电器电路，以在发生AC电源故障的情况下继续运行，以便在电台不可用的关键应用中使用。

2.2 数字或状态输入

大多数RTU包含输入部分或输入状态卡，以获取两个状态真实世界信息。这通常是通过使用隔离的电压或电流源来检测RTU站点远程触点（打开或关闭）的位置。该接触位置可以代表许多不同的装置，包括电气断路器，液体阀门位置，警报状况和装置的机械位置。计数器输入是可选的。

2.3 模拟输入

RTU可以监视不同类型的模拟输入，包括0～1 mA，4～20 mA电流环，0～10V，±2.5V，±5.0V等。许多RTU输入通过传感器缓冲大量数据，以转换和隔离real来自敏感的RTU输入电平的世界数量。RTU也可以通过通信系统从主或IED（智能电子设备）发送数据值到模拟数据。RTU或主机系统在将数据通过人机界面传送给用户之前，将这些原始数据转换成适当的单位，如剩余水量，温度或兆瓦。

3 低压集抄

低压集抄是从水表或能量计量设备（燃气，电力）收集消耗，诊断和状态数据并将数据传输到中央数据库进行计费，故障排除和分析的技术。这项技术主要是为公用事业提供商节省定期到每个物理位置阅读电表的费用。另一个优点是计费可以基于接近实时的消费而不是基于过去或预测的消费的估计。这种及时的信息与分析结合在一起可以帮助电力公司和客户更好地控制电能的使用和生产，天然气的使用或水的消耗。

低压集抄技术包括基于电话平台（有线和无线），射频（RF）或电力线传输的手持，移动和网络技术。

3.1 触摸技术

利用基于触摸的低压集抄，抄表器可以携带手持式计算机或数据采集设备，并带有探针或探针。设备通过触摸或放置读取探头靠近触摸板中的读取线圈，自动从仪表收集读数。当按下按钮时，探头向触摸模块发出询问信号以收集读数。设备中的软件将序列号与路由数据库中的序列号相匹配，并将仪表读数保存以供以后下载到计费或数据收集计算机。由于抄表器仍然需要到达仪表现场，有时也称为“现场”低压集抄。接触式阅读器的另一种形式使用标准的红外端口来传输数据。协议在制造商之间通过ANS IC12.18或IEC 61107等文件进行标准化。

3.2 射频网络

基于射频的低压集抄可以采取多种形式。更常见的是手持，移动，卫星和固定网络解决方案。目前使用的双向射频系统和单向射频系统都使用授权和非授权射频频段。

在双向或“唤醒”系统中，无线电信号通常被发送到AMR表的唯一序列号，指示其收发器加电并发送其数据。仪表收发器和读取收发器都发送和接收无线电信号。在单向“起泡”或连续广播式系统中，仪表连续发送，数据每隔几秒发送一次。这意味着读取装置只能是接收机，而仪表只能是发射机。数据只能从仪表发送器传送到读数接收器。还有混合单向和双向技术的混合系统，使用单向通信进行读取和编程功能的双向通信。