远程电能采集器的设计与实现文献综述

 2021-09-25 08:09

全文总字数:3449字

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电能采集是现代电力营销系统中的一个重要环节,传统的电能量结算是依靠人工定期到现场抄读数据,在实时性、准确性和应用性等方面都存在不足。相对于传统的人工抄电表方式而言,自动抄表系统采用电子、通信、计算机和网络技术,实现了对用户电表数据的集中自动收抄,提高了抄表的准确性和效率[1]

目前国内用于抄表的技术有很多种,如人工抄表、RS-485集抄、红外和电力载波集抄、宽带城域网集抄、GPRS/CDMA集抄等。

CAN总线集抄是基于CAN总线协议的抄表系统。这种无线抄表系统由管理计算机、通信模块、采集控制模块、电子式电能表等部分组成。管理计算机完成用户信息、电表信息等存储、管理和报表工作;通信模块完成从电能表到计算机的通信;采集控制模块完成电能表的电能信号的采集和电表的控制;电子式电能表完成电量的计量。其中通信模块有单片机、CAN控制器如SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250。整个系统的工作模式是:采集控制模块采集电表的数据发送到通信模块,通信模块再通过CAN总线通信将数据发送到远程管理计算机这样就完成了电表数据的采集而不需要人工采集。但是这种集抄系统是一种有线抄表方式,CAN总线协议需要在双绞线上进行通信,这样就很大的限制了远程抄表的的距离,同时硬件连接上的成本也高了很多[2]。CAN总线集抄系统结构图如下所示:

[2]

现在很多地区使用了一种基于电力线载波通信技术(PLC)的电表集抄系统。框图如下所示:

[3]

采集器主要完成对用户电表数据采集、存储,并通过低压PLC模块将电表数据发送到集中器。集中器的主要功能是通过低压PLC模块完成对采集器数据的收集,并通过低压PLC模块将数据上传给主站。低压PLC模块是系统的核心,它利用现有的低压电力线(220/380V)作为通信介质,将采集器采集来的电表数据依次传送到集中器和主站。采集器模块是利用单片机对各个电表进行数据采集。PLC模块用单片机LPC2132进行控制。选择PLC专用MODEM芯片ST7538作为电力线载波芯片,ST7538内部集成了发送和接收数据的所有功能,通过串行通信可以方便地与微处理器连接,内部有电压和电流自动控制功能,只要通过耦合变压器等器件就可连接到电力网中,通过耦合电路将调制信号加载到电力线上。这种电表集抄方法可以实现远程抄表,但是因为电力线本身存在的一些问题会产生很多干扰,通信距离也会受到很多限制,而且在硬件电路上的搭建也会有很多成本。

相对于前两个有线远程抄表系统,现在用的更多的是远程无线抄表系统,无线抄表中使用的无线技术有ZigBee和GPRS/CDMA等[9]

现在应用最广泛的是基于GPRS技术的无线远程抄表系统。硬件部分采用GPRS DTU透传模块与电表进行连接,DTU模块主要起两个作用:向电表发送监控命令和同抄表主站进行联系(通过中国移动的GPRS网络)[4]。DTU采集的数据通过GPRS网络发送到主站服务器,服务器负责监测远端DTU上线,接收从客户端发送过来的各种监控命令,并将其发送给远端DTU以实现对远端设备的监控;接收远端DTU返回的关于电表的各种信息,并将其转发给客户端。客户端负责对远端DTU信息的管理,对各个DTU下边的电表进行管理,通过服务器向远端设备发送监控命令,对远端设备传回来的各种监控信息进行分析[6]。这个系统的优点在于DTU是一个透传模块,它只负责转发监控命令和电表数据,不对数据进行处理,这样硬件电路很简单,降低了生产成本。但是缺点是其资费高,每次采集电表数据都需要通过GPRS网络发送命令,这样就需要很高的运营商资费成本[8]

为了解决GPRS DTU抄表高资费的问题,现在还有一种ZigBee与GPRS结合的远程无线抄表系统。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术[12]。基于ZigBee和GPRS技术的无线抄表系统是通过ZigBee的无线通讯电路将一个范围内的小区的电表数据统一收集起来,再通过GPRS网络将数据统一发送到远端管理平台[13]。因为ZigBee技术的零资费,这样极大地节省了抄表需要的资费。但是这样的系统又造成了硬件电路复杂,布局成本高的问题。

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