基于无线通信技术的智能电表电能计量信息采集方法

张 佩

（国网中卫供电公司，宁夏 中卫 755000）

0 引 言

无线通信技术为智能电表提供数据传输的通道，实时且高效地传输电能计量信息。现阶段，大部分通信技术具有低功耗、大容量及高可靠性等特点[1]。智能电表通过应用这些技术，可以实现远程抄表、用电监测及用电信息推送等，极大地提高电力服务的便利性和效率。智能电表作为电能计量信息采集的核心设备，能够实时采集和存储电能计量信息[2]。通过无线通信技术，将信息远程传输到电力公司的数据中心进行统一管理和分析。通常采用定期采集或实时采集的方式，根据实际需要设定采集的时间间隔和数据项[3]。为保证数据的准确性和完整性，引进无线通信技术，开展智能电表电能计量信息采集方法的设计研究，从而满足电力系统对数据的准确性和实时性需求，提高电力服务的质量和效率。

1 智能电表无线通信网络匹配

无线通信网络匹配指智能电表与无线通信网络之间的连接和通信。智能电表通过无线通信网络与主站系统进行数据传输和信息交互，实现远程监控和管理[4]。根据无线网络的通信需求确定通信协议，智能电表与无线通信网络之间需要使用相同的通信协议，以确保数据传输的稳定性和准确性。根据智能电表的型号和功能需求，选择合适的无线模块[5]。根据所选的无线模块和通信协议，配置网络参数，如IP 地址、端口号及波特率等。将智能电表的无线模块与无线通信网络进行连接，确保网络连接的稳定性和可靠性。通过主站系统或其他测试工具，测试智能电表的通信功能是否正常。将天线的品质因子作为检验标准，计算无线通信传输天线的品质因子为

式中：Q为无线通信传输天线的品质因子；ω0为感性电抗；B为无线通信网络可以接收的最大能量。

2 电能计量信息采集面向对象通信协议设计

面向对象通信协议适用于智能电表的电能计量信息采集。在该协议中，抽象化处理电能计量信息采集过程涉及的对象，将相关的数据和方法组合为一个整体，使通信过程更加高效和可靠。

设计面向对象通信协议时，根据电能计量信息采集的需求，定义所需对象类别，如电表对象、数据对象及事件对象等。对象模型如图1 所示。

图1 对象模型

为每个对象分配一个唯一的标识，即对象ID。通过对象ID，可以识别和区分不同的对象，实现通信对象的唯一性。将电能计量信息的相关数据和方法封装到对象内部，形成对象的数据属性和方法。建立适合面向对象通信协议的通信模型，包括数据传输方式和数据格式等。通过定义事件对象和处理方法，描述并处理电能计量信息采集过程中发生的事件。当电表数据发生变化时，可以触发事件对象，并调用相应的事件处理方法进行处理。根据电能计量信息采集的需求，设计相应的接口类，实现对象之间的通信和交互。接口类可以是抽象类或接口，主要用于定义对象之间的通信规则和方法。主站可以通过接口类向电表对象发送请求，获取电能计量信息，电表对象通过接口类接收请求并返回相应数据。通过以上步骤，可以设计出适用于智能电表电能计量信息采集的面向对象通信协议。

3 不同距离下电能计量信息的采集传输与集成管理

远距离传输中，可以通过窄带蜂窝物联网（Narrow Band-Internet of Things，NB-IoT）、4G/5G等通信网络传输电能计量信息。这些通信网络具有广覆盖、大容量以及高速率等特点，可以满足智能电表在远距离环境下的数据传输需求。在传输过程中，需要考虑网络覆盖、信号质量及数据流量等，以确保数据的可靠性和经济性。

为确保计算机终端规范化管理采集信息，应在完成数据采集后进行集成管理。通过数据集成管理，整合不同来源和不同格式的电能计量信息，形成完整的电能计量信息库。同时，数据集成管理需要考虑数据隐私和数据共享等，确保数据的合法性和安全性。

4 对比实验

随着电子技术和通信技术的发展，需要不断改进和完善智能电表电能计量信息采集方法，为智能电表的出色表现提供技术基础。智能电表通过应用现代化技术，不仅能够采集电能计量信息，而且可以实时监测电力设备的运行状态，预测电力需求，提供优化建议，为电力公司和电力用户提供更加全面和高效的电力服务。为深化电力行业的发展，引进无线通信技术，对智能电表电能计量信息采集方法展开研究。

根据实验需求，选择具有代表性的电力系统环境，如城市、工业区及农村等。为检验数据采集方法的有效性，选择合适的智能电表，具体如表1 所示。

掌握智能电表的基本作业参数后，按照统一规范和标准，将智能电表安装到实验场地，确保安装质量和安全性。根据管理中心计算机的位置，布置智能电表和中继站等实验场景，如图2 所示。

图2 智能电表电能计量信息采集实验场景的布置

根据需求，设定统一的实验条件，如温度、湿度及电磁干扰等，确保实验结果的可靠性。在实验过程中，实时监控各项指标，及时发现并解决可能出现的问题。在此基础上，使用本文设计方法，采集智能电表电能计量信息。采集过程中，首先匹配智能电表无线通信网络，其次设计电能计量信息采集面向对象通信协议，最后通过数据采集设备和通信设备实时采集不同距离下的电能计量信息。通过整理并分析实验过程中采集的数据，提取有用信息，从而实现采集信息的集成管理。

在测试环境中完成本文方法的部署后，引进基于物联网射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）标签的信息采集方法和基于机器视觉的信息采集方法，分别设定为传统方法1 和传统方法2。描述3 种方法的电能计量信息采集过程，在管理中心计算机后台调用并分析实验数据，如图3 所示。

图3 智能电表电能计量信息采集量的对比分析

从图3 可以看出，在相同的通信环境下，使用本文方法采集的电能计量信息较多，而传统方法1 和传统方法2 采集的电能计量信息相对较少。进一步分析3 种方法的信息采集效果，发现传统方法1 在采集的第3 min 才开始有反馈的计量信息，说明传统方法1 在应用中存在一定的时延。与传统方法相比，本文设计的基于无线通信技术的采集方法应用效果良好，按照规范使用可以提高信息采集数量和效率，控制计量信息反馈和传输时延。

5 结 论

随着现代化技术的应用，未来将会出现更多的智能电表电能计量信息采集方法。例如：通过物联网技术，可以实现对电力设备的远程监控和管理；通过云计算，可以实现对海量数据的快速处理和分析。为深化电能计量信息的采集，引进无线通信技术，通过智能电表无线通信网络匹配、电能计量信息采集面向对象通信协议设计以及不同距离下电能计量信息的采集传输与集成管理，对智能电表电能计量信息采集方法的设计展开研究。未来，这种信息采集技术将会更加智能化、自动化和高效化，为电力系统的智能化发展提供有力支持。基于无线通信技术的智能电表电能计量信息采集方法的应用和发展将会推动电力系统的智能化发展进程，为电力用户提供更加优质、便捷的电力服务。