智能电表远程数采通信应用

2021-03-03宋彦昆

装备维修技术 2021年45期

摘要：智能电网中采用的智能仪表技术，是一种有别于传统电子式多功能电能表的先进测量技术。它是更多技术和功能的融合，提供更详尽的用电信息。本文主要介绍了智能电表的基本概念、特点，以及智能电表目前的发展和普及状况，智能电表功能通信原理，DL/T645与MOdbusTcp协议转换。

关键词：智能电表数据采集智能电表通信协议转换 DL/T645与MOdbusTcp协议转换

引言

智能电网是当今社会上重要的用户和运行商之间交流的工具为了保证电网的安全、高率的运行就应当对目前用户的电能表做出智能的改进。智能电能表作为智能电网的主要设备和基础对加快电网实现智能化和信息化起了重要的作用。

1.智能电能表的基本原理和特点

1.1智能电能表的基本原理

近年来开发面世的高科技产品，它的构成、工作原理与传统的感应式电能表有着很大的差别，而电子式智能电表主要是由电子元器件构成，其工作原理是先通过对用户供电电压和电流的实时采样，再采用专用的电能表集成电路，并转换成与电能成正比的脉冲输出，最后通过单片机进行A/D转换器所对于智能电表来说，这是一个比较重要的常数，因为A/D将直接决定着该表计量的准确度。目前智能电A/D转换器的设计原则，但也有些厂家生产的多用户集中式智能电A/D转换器，这样对电能的计量只能采用分时排队来进行，势必造成这点在设计选型时应该注意智能电表的工作特点智能电表不只采用了电再加上具有远传通信功能，可以与电脑联网并采用软件进行控制，因此与感应式电表相比，智能电表不管在性能还是操作功能上都具有很大的优势。

1.2智能电能表的工作特点

智能电能表的工作特点主要在承载、功耗和精准度等方面智能电能表采用的是一种电子表的高科技技术传送承载的能力较普通的电能表强大很多本身的量程就很大能存储大量的数据智能电能表在标准电流范围内的精准度能达到百分之就十九左右工作的消耗量很小既节省能源也提高了效率。与传统的电能表相比智能电能表有双向通信的功能便于数据中心和通信网络之间的通信交流供电公司可以根据每个用户的不同需要实现用户习惯的用电方式。同时智能电能表能自动完成用电的控制当用电达到高峰期时智能电能表能实行削减用电高峰的负荷。

智能电能表的工作特点

智能电表不只采用了电子集成电路的设计，再加上具有远传通信功能，可以与电脑联网并采用软件进行控制，因此与感应式电表相比，智能电表不管在性能还是操作功能上都具有很大的优势。

与传统的智能表相比，智能电能表只需RS485以及RS232两个接口即可实现与其他设备进行信息交流，而同时使用用电信息采集心态则可以对表内的用电情况进行实时的采集并记录，从而对实际的用电情况进行智能的分析，为制定合理的用电方案提供数据基础

2.智能电能表的功能

2.1优化用电配置

在智能电能表的推广和运用中每个用户可以根据自己的用电计划控制用电进度通过智能电能表上传至供电公司发电数据供电公司也可以以此为准确根据随时调整用电的容量提高用电负荷的精准度。智能电能表具有自动断电和在线检测的功能在发生意外事故时能及时切断电源不仅保证了用户财产的安全也保证给用户提供及时优质的电能。

2.2智能用电安全性

安全对于每一个用电用户来说都是非常重要的不管是智能电能表还是一般的电能表都应该具备安全的保护系统。在智能电能表进行电压电流数据测量收集时对于异常状态的用电情况会自动进行在线分析和系统的跟踪当追踪出异常的用电记录后先进行故障分析再进行有效处理。智能电能表根据实时电价随时对用电系统进行监控这样可以有效防止偷电行为的发生。智能电能表自身带有故障判断隔离和重装启动的功能减少了用户端的人工维修。

2.3提高能源利用

智能电能表的广泛应用帮助人们使用绿色的能源例如太阳能和风能通过绿色能源和智能电能表的优化结合电力系统将得到新能源的资助配电负荷将更加精准用户也能实现住宅的用电自动化管理。

另外智能电能表采用分布式能源配置的方式将电能以最经济最安全的方式输送到每一个用户终端提高了电能的利用率。当用户需要交费时供电公司会通过短信等电信方式将实时电价和缴费的信息传达给用户促使用户合理利用能源。

3.智能电能表的发展趋势

3.1我国智能电能表的发展现状

20世纪70年代我国在传统的电能表的使用基础上研究出了数字模拟式的电子电能表改善了数据测量计算精度和数字的拓展技术。目前的智能电能表主要分为机电一体式和全电子式前者在原有的机械电表的基础上安装了构建降低了造价同时也增加了所需要的功能。后者对电表的核心处做了精密的处理减小了电能表的体积增加了可靠性让用户使用的更加方便人性化。

3.2优化智能电能表的应用

目前智能电能表的智能化主要体现在用户缴费和抄表的智能化这些体现对于实现真正意义上的智能化还是远远不够的还必须通过稳固的通信网络将智能化电能表推向一个可靠耐用的交流平台实现用户和供电之间信息的交互。随着经济的快速发展将来的智能电网必须要考虑市场经济的电量交易信息不断的走向网络化和模块化的方向。总而言之通过对智能电能表的基本原理和功能特点的介绍和分析可以发现智能电能表的应用前景是非常广泛的智能电能表作为智能电网中重要的信息传递媒介我们应当对智能电能表不断的研究稳固电网的运行基础加快电网自动化和互动化的稳定运行。

随着社会的不断发展，智能电能表也得到了极大的推广使用，而且随着对节能环保意识的增强，智能电能表的使用成为了社会发展的必然趋势。智能电能表的出现，更加完善了传统电能表所具有的功能，智能电能表的使用极大的提高了计量数据的准确性，有效的避免了因人工计量而出现的错抄、漏抄等问题而给用户带来不便。而随着智能电能表的使用，相应的用电信息采集系统也随之产生，该系统的产生通过自动抄表极大的提高了抄表的及时性，为用户查询用电情况提供了数据支持。而且通过使用智能电能表，可以对电压、电流等情况进行实时的监控，有效的避免因问题不及时解决而造成的损失，而且可以对负荷进行合理的调节，从而有效的提高用户用电的安全性，而且随着智能电网的发展，智能电能表极大的符合了智能电网的发展要求，将智能电能表广泛的推广使用肌极为有意義的一项工作，同时智能电能表也将拥有更广阔的发展前景。

4.智能电能通讯及数据采集

目前电力系统主要为有线通讯，其中包括串口，网口，光口。分布式光伏有时还会用到无线通讯。通讯的规约种类也是比较多，CDT、MOdbus、103、101、104、DL/T645通讯规约下面我将做一下简单的说明。

目前经常使用串口通讯的还是比较多的，因为串口通讯还是比较稳定，屏蔽线有抗干扰作用。而且在国内使用比较早，认可度比较高。常用串口通讯的规约有CDT 规约、DISA规约（CDT规约升级版）、mOdbus规约串口、103规约、调度101规约、DL/T645等。

4.1CDT规约

CDT规约是一种使用比较早的规约，报文类型是广播式的，及子站会通过通讯线向通讯管理机广播报文，再由通讯管理机将规约转换成后台上位机可以识别的报文，从而解析出来，显示在上位机上。DISA规约是CDT规约衍生版，它的规约包含遥测点，遥信点的数量要比原有的CDT规约要多。报文格式没有明显区别。接线方式为RS-232。即收、发、地三根线。由于通讯距离较短，大概在10米左右。在目前用的比较少了。如今市场部分小电流接地选线设备，直流屏还保留着这种通讯方式。

4.2MOdbus通讯

MOdbus通讯是一种常见的通讯，使用比较广泛。使用的也是屏蔽双绞线，即RS-485。这种通讯方式通讯距离比较长。理论上可以达到1000多米，当然这也要根据厂家通讯管理机通讯接口的能力而定。目前有的厂家保护也是保留着这种通讯方式。如新能源使用的光伏箱变测控，风电箱变测控等。这种通讯方式比较简单，属于问答式。报文也是比较容易看懂。便于调试过程中查找问题。

4.3103串口通讯

103串口通讯一般用于微机保护上，目前南京磐能，许继等厂家自己保护与站内上位机通讯用的是103规约。这种规约可以将微机保护内点无误差的上送，包括总招和变位数据。作为站内保护设备具备103通讯功能是基本前提。

4.4101通讯

101通讯作为调度通讯规约。在现场的接线有时候为四线制，有时候为三线制。这种规约目前用在地调上。将数据通过数据网柜传到地调中心。

4.5DL/T645规约

DL/T645规约通常用于电度表上. DL/T 645-2007 多功能电能表通信协议规定了多功能电能表与手持单元（HHU）或其他数据终端设备之间的物理连接、通信链路及应用技术规范。本标准适用于本地系统中多功能电能表与手持单元（HHU）或其他数据终端设备进行点对点的或一主多从的数据交换方式。

5.智能电能表通讯协议转换

控制器所采用的通讯协议主要有：MOdbus 与 DL/T 645 - 2007 通讯协。 MOdbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。645是电表协议，mOdbus是通用控制协议，两个是平行关系，不兼容。但是，两种协议都可以使用485通信协议（物理接口协议）进行传输。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

5.1DL/T645转MOdbusTcp协议转换器

DL/T645转MOdbusTcp协议转换器 MRD-5021具有1 路RS485及1路以太网接口，最多支持同时采集5个DL/T645-1997或者5个2007协议国标电表设备，支持DL/T645协议的自适应，然后将所需要的采集数据转换为MOdbus Tcp协议。方便和PLC、DCS、组态等工业相关设备对接。

配置软件和模块通过以太网的连接

5.2 645端口可以修改的參数如下：

5.2.1波特率 300-9600bps，一般645规约电表端口波特率默认为1200bps。

5.2.2采集的645设备个数：最多支持5个电表，但是在广播地址模式，只能接1个645电表设备。

5.2.3645设备的协议类型，MRD-5021-1支持自适应，1997协议，2007协议三种模式。

采集的645设备的地址模式：连续地址、广播地址、随机地址3种模式。详细说明如下：

连续地址模式

通过485所连接的电能表地址为连续地址模式，连续地址模式一定要保证电能表的地址为连续的地址，连接645电能表个数为5个，电能表的地址从000000000002到000000000006，连接共5台表，如果是其它数目的电表，修改个数即可，一定要保证电表的地址是连续的。

广播地址模式

通过485所连接的电能表地址为广播地址模式，该模式下所连接的电表只能为一块，由于485是一主多从的通信方式，如果配置为广播模式，然后连接了多块表，降造成485总线冲突。广播地址分为2007广播地址和1997广播地址，这个需要根据现场的电表支持的类型来选择，或者可以采用遍历2种广播地址尝试的方法。

随机地址模式

通过485所连接的电能表为地址为随机地址模式，该模式下需要知道所连接的每个表的表地址，然后手动输入电表的表地址到文本框中，文本框禁止空白。如果对现场的表地址不清楚，也可以采用后面提到的电表地址获取的方式进行表地址的现场获取。

5.3以太网端口可以修改的参数如下：

5.3.1现场电表地址的获取

本地IP地址为设置模块的以太网端口IP地址，网关地址为设置模块的以太网端口网关地址，本地端口号为设置模块MOdbusTcp 服务器的端口号，MOdbusTcp 服务器的端口号约定默认值为502，物理MAC地址，一般情况是不需要设置的，保持为灰色，不可编辑，保持模块内部Mac地址为默认值。如需修改可以选择后面的写入选择框，编辑框变为可编辑状态，可以输入16进制的6字节Mac地址，

5.3.2现场电表地址的获取

获取电表地址按键为获取现场电表的表地址。方法如下：

首先配置模块工作在广播地址模式，模块485总线上保证只接一块电表，上电运行后，观察DL＼T645红色指示灯正常闪烁，也就是一定要保证MRD5021模块和电表已经正常通信，然后再点击获取电表地址按钮，获取地址正常会在文本框中返回当前电表地址，多块电表分别按上述操作，并记录每个电表地址，方便最后统一配置到模块。

通过智能电表能够实现准确、实时数据采集、信息处理，简化了复杂现场工作流程，负荷远程控制，通过智能电表可实现负荷的整体联接和断开，也可以对部分用户进行控制，从而配合调度部门实现功率控制;同时用户也可以通过可控开关实现特定负荷的远程控制，预防维护和故障分析。除此之外，智能电表还具备负荷分析、建模合预测，非法用电检测，电表管理以及节能等其他功能。为工厂企业提供电网故障、停电、电能质量、能耗、能效信息和推荐用电方案等增值服务，提高了能源市场的效率，并为频率、电压和无功功率控制等应用提供了技术条件。

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