基于NBIoT-LoRa电能量数据采集方式的研究

张昊元

广东电网有限责任公司河源供电局 广东 河源 517000

引言

我国相比西方发达国家来讲，电能计量自动抄表技术起步较晚，很多企业仍旧延续传统人工抄表，这样反而会影响电表数据传递的及时性。所以笔者提出一些个人观点，主要基于NBIoT-LoRa电能数据采集产品展开研究，并对其特点、功能特点加以分析，希望可以实现低消耗的目的，确保电表数据实时传递。

1 NBloT-LoRa电能量数据采集产品概述

NBIoT-LoRa电能量数据采集产品是一款采用NB-IoT通信技术的电能表采集模块，如今被我国电力企业所重视，可直接应用于国家电网和南方电网的标准智能电能表上，可以降低抄表人员工作难度系数。该模块具有NB-IoT设备的海量接入、快速部署、统一开放平台和低成本安装等优势。现如今市场竞争趋势日渐加剧，企业要想长久的立足于市场中，应加强对NBIoT-LoRa电能量数据采集产品的研究和推广。其中本模块可通过NB-IoT运营商网络主动上报电能表日冻结数据到主站抄表平台上，此期间并不需要其他的中间设备，节省设备使用成本支持[1]。另外，NBIoT-LoRa电能量数据采集产品主要是结合了电能表的内置或外置开关以及后台软件，不同于传统人工采集，它的应用可以进一步扩展支持远程预付费的管理功能。

2 NBloT-LoRa电能量数据采集产品特点

产品采用了工业级NB-IoT芯片，具有NB-IoT所有特性，同时国内运营商全频带支持，能够满足电力企业发展需求。同时产品还支持OceanConnect、CTWing和OneNET等多个运营商IoT平台，极大的为电能数据采集提供了便捷。其次，产品具有低功耗运行的优点，它可以支持PSM/DRX/eDRX多种模式切换，弥补了传统模式上的不足。同时具有成本低、运行效益高的优点。再次，产品往往是依托运营商网络，并不需要安装其他的设备，如：网关等设备，产品的通信资费相对较低且信号覆盖广，同频段下比现有网络增益20DB，提升100倍覆盖区域能力。最后，产品还可以提供海量连接的，NB-IoT单扇区容量可支持5万个连接。配套后台主站系统提供强大而便捷的远程管理。

3 NBloT-LoRa电能量数据采集产品功能特点

电力企业应加强在NBIoT-LoRa电能量数据采集产品的研究，产品功能特点有很多，主要体现在以下几方面。首先，产品的自适应串口波特率，可以实现 1200bps，2400bps，4800bps，9600bps和19200bps五种通信速率的自动配，还支持24小时周期性上报电能表日冻结数据。产品主要是通过NB-IoT信道，实现远程实时抄读、跳合闸、事件上报与查询、参数查询设置和计划任务查询设置等功能，可以满足工作人员需求。其次，产品可以通过GFSK微功率无线本地通信单元，实现本地抄表、计划任务查询设置等功能。最后，产品功能特点还体现在其他方面，它支持FTOA远程增量升级功能，软件可维护性也比较强大，可扩展支持停电上报功能。

4 双模远程抄表系统构架

4.1 系统整体构建及功能

电力企业还需要加强对双模远程抄表系统构架的研究，它的组成比较复杂，其中终端智能电表系统是其主要构架之一，在电力传统系统架框中，它主要是以终端电表-采集器一集中器多级采集方式进行远程抄表。电表和集中器之间主要是采用了PLC、RS485等有线方式进行连接，可以极大地满足电能量数据采集工作实际需求，为电力工作人员工作质量的提高奠定基础。此系统是通过GPRS/3G/4G方式将数据上传，当然也存在中一些不足的地方，常见问题：数据中继环节多、线路复杂。双模远程抄表系统的功能是比较强大的，主要是将采集到的电表数据，通过中国移动5G通信基站直接上传至电力计量主站系统，电力工作人员可以更好地掌握电表数据的实际变动情况[2]。针对双模远程抄表系统还应加强管理，应保持系统新架框及管理模式与传统模式相同，为后续电能量数据采集工作的顺利开展提供方便，具体如图1所示。

图1 系统整体构建

4.2 用户终端智能电表系统

为进一步满足广大用户生活用电需求，企业应完善双模远程抄表系统，其中用户终端智能电表系统是电网的智能终端，它主要是由电表和通信模块组成，它的功能也是比较多的，除了具备传统电能表用电量的计量统计功能以外，还具有用电信息存储、双向费率计量、用户端控制及多种数据传输模式的双向数据通信等功能，提高了电能量数据采集工作水平，可以更好地适应智能电网和新电网平台的使用。

4.3 电力采集虚拟台区服务器及电力计量主站系统

虚拟台服务器是双模远程抄表系统的主要构架之一，电力管理人员也一个注重对该系统的研究。其中，此系统的工作原理是在接收到智能电表系统上传数据之后，经过一系列的解密、分区、处理之后，进一步将所获取的相关数据及时的上传至电力计量主站系统，为电力人员管理工作提供更多的数据支持，通过数据分析，可以更好地掌握数据变化的具体原因，进一步完善工作方案。其中电力采集虚拟台区服务器包含多个虚拟台区，工作人员应确保这些虚拟台区的完善性，这有助于保持电力计量主站系统所接收到的数据处于稳定状态。而电力计量主站系统作为电力企业发展中的一个重要设备，它会对各台区用户用电情况进行实时汇总、收集、分析以及处理，最后通过有效的处理实现提高数据处理能力的目的。

5 通信模块硬件关键模块原理设计

5.1 NBIoT模块选型

电力企业应根据工作实际需求去选择适合的模组，通常情况下，可以选择NBIoT模块，进而为电能量数据采集提供支持，为了降低问题发生概率，电力工作人员此时应确保电源电压跌落不低于模块最低工作电压3.1V，进而确保电电力系统的稳定性。其次，为了确保更好的电源供电性能，在模块VBAT输入端采用并联分级电容滤波，关乎电力企业的发展，相关工作人员应给予高度的重视。而在靠近VBAT输入端可以使适当的增加一个TVS管，其主要作用是提高模块的浪涌电压承受能力，确保系统处于稳定运转状态。对电力资源的需求量变大，为了确保供电的稳定性，电力企业NBIoT模块选型时应使用WS4.5DPV，原则上，VBAT走线越长，线宽越宽。截止目的，大多数企业都采用MAXM公司的MAX705芯片，具有很多优点，其具有结构简单、功能丰富的优点，特别适用于电力企业电能量数据采集，可以极大地提高系统可靠性和准确度[3]。

5.2 433M无线模块选型

433M无线模块选型对于电力企业很重要，目前电能量数据采集工作量较大，以往人工采集工作难度系数较大，会因人为因素影响致使最终的数据缺乏真实性，故而为了提高数据采集工作质量，电力工作人员应做好433M无线模块选型。其中433M模块选用芯科科技的Si4438芯片，Si4438具有宽电压、低功耗、无线覆盖频段广等特点，可以为电能量数据采集工作带来巨大的支持，而该模块特别适用于电表模块，电力企业应加以推广。

6 基于NBloT-LoRa电能量数据采集上传模块软件关键设计

6.1 定时上报

为了确保电力系统的稳定性，应做好NBIoT-LoRa电能量数据采集上传模块软件关键设计[4]。其中定时上报、峰值错开其是设计是需要关注的点。近年来，随着我国人口密度的上升，用电人数与日举措，导致电力终端用户量非常庞大，为了确保数据上传的及时性，对服务器配置要求非常高，电力企业应加强NBIoT-LoRa电能量数据采集模块的研究，通过做好相关设计，可以在规定时间内随机性采集上传，因为软件主要是采用了随机软件算法控制，直至全部采集完成，错开同时上传数据的峰值，有助于降低传输链路与服务器的峰值压力。

6.2 双向通信

双向通信是NBIoT-LoRa电能量数据采集上传模块软件关键设计重要环节，电力企业工作人员应基于NB-IoT传输模式强化管理，在进行数据采集的同时通信模块发挥着至关重要的重要，它可以接收前端计量系统平台的指令，从而得以实现智能电表双向通信与远程控制，的，这对于电能量数据采集工作的顺利进行有助推作用。

6.3 报文加密功能

截至目前，NBIoT-LoRa电能量数据采集上传模块软件关键设计备受电力企业重视，这直接关乎经济效益。其中报文加密功能是模块关键设计中的重要环节，此系统能够将DL645报文进行加密处理，随后进行传输，这有助于保证信息安全性与完整性。

7 结束语

综上所述，基于NBIoT-LoRa电能量数据采集方式未来有着较好的发展前景，会是未来5G技术应用于智能电网的主要技术方向，所以电力企业要想在瞬息万变的市场中站稳脚跟，应加强对其研究。其中NB-IoT技术优势之多，应充分利用优势确保电力系统的稳定性。常见优势有：5G结点总流量可限定、智能终端维护及流量支出费用可控制技术特色，它的积极应用可以促进此技术大规模发展，这对于我国电力企业发展具有重要的意义。