低压电力线载波自动抄表系统

电力18讯：    第一节,自动抄表技术的发展
    "自动抄表"技术自20 世纪90 年代初开始至今,在中国大陆已发展了十几年的时间.特别是最近几年,随着电网改造的进行,作为市场主要买家的电力公司对自动抄表系统产品的需求日趋迫切,各地各级的电力公司都不同程度地进行了尝试,其中有不少的电力公司已投入了较大的资金.与此同时,随着我国房地产业的快速发展,各地物业管理企业对小区的多种表计(水,电,气,冷,热)的自动抄表系统产品需求也在迅速增加.由于市场容量巨大,一大批新的企业加入到生产商的行列,其中不乏实力雄厚者,促使了技术水平的不断提高,新的技术方案不断推出,因此中国大陆市场极为活跃,竞争日趋激烈.纵观全球市场,中国大陆自动抄表技术发展水平是最高的.因此有许多境外的系统集成商把目光投向中国大陆,特别是亚洲各国,东欧和中东地区.可以预见,性能可靠,符合相关国际标准的抄表系统产品,一定能打入国际市场,自动抄表系统技术和产品有着广阔的发展前景.
    由于电力行业是自动抄表系统产品的最大用户.因此为了规范产品和市场秩序,早在1994年,当时的国家电力部主管部门就组织对以色列的产品进行检测,并安排在国内南(杭州),中(北京),北(哈尔滨)三个地方进行试用.1996 年,又由国家电力科学研究院牵头,组织成专家小组,开始起草《低压电力用户集中抄表系统技术条件》.历时4年时间,先后有一大批电力行业和生产商的专家参加,几易其稿,于2000 年7 月1日颁布实施.与此同时,国家电力部主管部门还规定,依托国家电力科学研究院对产品施行型式试验,并实行登记注册制度.这些措施对规范生产商的产品和电力公司的使用起到了良好的作用,同时对物业管理企业使用自动抄表系统产品提供了极大的帮助.

第二节,Gurdem 自动抄表系统的优势
一,十几年的专业经验
    自动抄表系统已经发展了十几年,有不少公司前仆后继,然而,由于相应的市场秩序没有建立起来,恶性的价格竞争,致使自动抄表技术和产品在低水平上徘徊,不少公司因此而转行或倒闭.厦门国电科技有限公司引进的相关技术人员,从20 世纪90 年代初期就致力于电力线载波技术和自动抄表系统的研究,生产和工程实践,具有十几年的行业经验,在与之相关的通信,计量,安全,用电管理等方面无不精益求精.公司技术领导人自1996年起,自始至终地参加了中国电力科学研究院主持的《低压电力用户集中抄表系统技术条件》(DL/T698-1999)的起草工作.Gurdem公司技术领导人前期开发的自动抄表系统产品除在中国市场得到广泛应用外(包括香港中华电力公司在内),同时出口到境外的几十个国家和地区,比较典型的有:印度,中东,英国,美国,东欧等.Gurdem自动抄表系统已经成为一套符合国际标准的实用化产品.
二,完善的系统结构
    该系统是以主站为核心的主从式多级网络系统,具有较强的灵活性和可扩充性.如果用户已有现成的局域网络或MIS 系统,抄表系统的"主站"可以作为用户局域网络和计费系统一个"工作站"来看待.对于一个较大的电力公司,也可以设置多个"主站",而每个主站对于整个系统而言,具有统一性和相对独立性.
主站与集中器之间可以多种信道实现通信,例如电话网,GSM,GPRS,INTERNET,负荷监控或用户现有的其它通道,只需符合RS-232 标准即可.
    集中器是以配电变压器为单位而设置的,每个配电台区就是一个子系统,而集中器则是这个子系统的"主站端".集中器通过低压电力线载波管理配电台区所有的设备(采集模块和采集终端).低压电力线载波通信是本系统的一个重要环节和主要技术特点,成功的低压电力线载波通信技术使低压电力线这一资源得到充分的利用,无需额外铺设任何线路便可实现理想的通信.
    在集中器上设计有一个本地的RS-232 通信端口,系统用户可以方便地在集中器现场进行系统调试和数据校对.
    系统支持两种"表端设备"---采集终端和采集模块.前者非常适用于电表集中安装的场合(多个电表安装在同一个较为封闭的计量箱内),每个电表输出的脉冲直接同采集终端相连,每个采集终端可以管理1～16 块电表,并将各电表的脉冲转换成相应的"电量"后经电力线向上一级(集中器)通信.后者特别适用于电表分散安装的场合,每个电表(无论是电子电
表还是机械电表)内加装一个采集模块,该模块将用电信息进行脉冲―电量或者机械―脉冲―电量的转换,再经电力线向上一级(集中器)通信.然而,在不少的实际应用中,集中安装电表和分散的电表(例如商铺,配电变压器总表等)同时存在,因此本系统支持两种方式的兼容,即在同一个配变小区内,采集终端方式和采集模块方式可以同时使用,是一种既实用又廉价的方案.同时,系统可以兼容水表,气表和其它流量表计的抄表.
三,系统符合的国际/国内标准
(1)国际标准: BS EN 50065, BS EN 50065-1
Signaling on low-voltage electrical installations in the frequency range 3kHz to 148.5kHz
Part 1.General requirements,frequency bands and electromagnetic disturbances
(2)中国标准: DL/T 698-1999
《低压电力用户集中抄表系统技术条件》
四,系统的先进性和实用性
    1, 多级网络系统,具有较强的灵活性和可扩充性特别是系统可以向用户已经使用的MIS 系统提供用电数据,实现了个系统的数据共享,真正地满足用电管理现代化需要.
2,主站与集中器之间可以多种信道实现通信
    例如电话网,以太网,GSM,GPRS,INTERNET,负荷监控或用户现有的其它通道,只需符合RS-232 标准即可.其中GPRS 和INTERNET属于最先进的通信方式,将具有更强的生命力;负荷监控通道是电力公司已经投资的数据传输信道,使用它可以减少设备投资,提高设备利用率.
3,充分利用底压电力线资源,并且符合国际标准
    低压电力线是电力公司特有的资源,成功的低压电力线载波通信技术使低压电力线这一资源得到充分的利用,无需额外铺设任何线路便可实现理想的通信.低压载波通信是抄表系统的一个至关重要的环节,其解决方案的优劣直接影响到系统的技术水平和实用性.一个合理的解决方案必须是在充分地考虑了以下问题的基础上提出:
工作频段:早在20 世纪90年代初期,欧洲就提出了BS EN 50065标准,此标准对在低压电力线上的载波信号的频段,频带和电平等做出了具体的规定.迄今为止,这一标准仍是全球唯一的针对性的标准,全世界范围内在低压电力线上的任何方式载波无不严格地遵循它.此标准的第一部分即:
BS EN 50065-1 对频段的规定是:
3kHz ~ 9kHz ------ 电力公司专用频段.
9kHz ~ 95kHz ------ 电力公司和经电力公司许可的用户使用的频段.
95kHz ~ 148.5kHz ------ 其他用户使用的频段.
     当今的技术发展日新月异,全球不少重量级的公司(例如Microsoft,Intellon,THOMSON,3COM,AMD 等)都不惜高昂的研发费用,开发低压电力线资源,低压电力线作为一种新的通信载体,将在未来家庭网络技术方面发挥出不可代替的作用.可以相信,在不久的将来,低压载波电力线将同无线电波一样变得十分宝贵,因此将受到严格的管理和控制.
    (2)传输速率(波特率):载波通信的传输速率是抄表系统的一项重要技术指标,也是载波通信技术水平的一项重要标志.对于抄表系统而言,考虑到成本的因素,不宜追求很高的传输速率,在性价比合适的前提下,通常速率应该在2400bps以下.对实际使用来讲,从300bps ∽2400bps 都是可行的,但如果太低(比如300bps 以下),仅仅抄表尚可以使用,但如果系统具备较强的管理功能,比如:多费率数据,相位平衡数据,线损数据和频繁抄表等,太低的传输速率就无法满足了.另一方面,速率太低,多数情况下需要设备(电表端和集中器)长时间地处于发送状态,整体功耗就会很大.当然,速率越高,误码率越大,通信成功率就越为低,不实用.Gurdem 抄表系统载波通信的有效数据传输速率是600bps.
    (3)双向通信:在抄表系统中,低压载波通信必须是双向的,这是因为:
    A,通信中继的需要:低压电网上丰富的噪声是客观存在的,对载波信号所呈现出阻抗也是动态的,而且在用电负荷很大时,阻抗是很小的(|Z|<1Ω是可能的).因此,设计通信时必须面对这个客观,再加上其他因素的影响,数据通信的成功率会受到较大的影响,有时甚至会造成从集中器到表端设备通信的持续性失败,这种情况下就需要中继功能,而切实可行的中继方法是表端设备(采集模块或采集终端)在集中器的干预下进行中继,这就要求从集中器到表端的载波通信必须是双向,否则将会严重影响数据的完整性,有时会因为通信的原因迫使用户更换采集模块,其麻烦程度和经济损失是不言而喻的.
    B,多费率和管理的需要:比如校时,修改时段,欠费提示等功能,要求通信必须是双向.
     C, 系统的任何扩展都需要载波通信是双向.
Gurdem 抄表系统载波通信是双向的,因此具备上述优势.
4,自动中继功能
    通常一些商家的系统,都需要配套专门的"中继器",比如以色列某公司的系统,一个小区就要用到几十个"中继器",使系统的成本大大增加.Gurdem抄表系统的每一个表端设备(采集模块/采集终端)都具有中继功能.当集中器对某一个模块/终端通信失败而且在既定规约内(比如呼叫3 次以上)仍未成功时,就会自动启动中继功能,这时集中器将选择一个适当的模块/终端,向其下达中继执行命令,中继模块/终端向指定的模块/终端转发集中器的抄录命令并将相应的数据转发给集中器.这样就保证完成了本地(因强大干扰而暂时不能正常抄收的电表)的数据得以及时抄收.
    5,系统兼容水表,气表和其它流量表计的抄表,有利于电力第三产业的发展多数国家和地区,低压电力线资源都是归电力公司所有或管理,像香港,巴西,阿联酋等国家和地区的燃气公司和自来水公司,利用低压电力线通信实现抄表,每年都需向电力公司支付网络使用费.
    6,系统支持两种"表端设备"---采集终端和采集模块的兼容
    多数情况下,用户的电表有分散安装和集中安装两种方式,可以分别使用采集模块系统和
采集终端实现自动抄表,两种方式的兼容,对于降低系统成本非常有意义.
    7,系统可以抄收多功能电表
     现行的抄表系统都是用来抄收普通电表,是将脉冲转换成电量,再逐级上传.而多功能电表由于具有数据通信接口,并且数据通信依照IEC1107,就需要用IEC1107 的协议进行抄收,由于Gurdem 系统的数据集中器具有强大的功能和数据存储空间,可以方便地安装IEC1107 协议,从而实现多功能电表的远方抄收.
     8,科学的系统设计思想和功能强大的数据集中器,使该系统具有更强的实用性和可扩充性
    (1)Gurdem 系统的集中器是采用工业控制机作为核心,大容量的固态盘存储各种数据,减少主站访问次数,提高主站访问效率.这一点对于实际应用非常重要,因为当大量使用自动抄表系统时,主站不可能频繁的同各个集中器通信,这就需要集中器能够把大量的历史数据存在本机中,以减轻主站的压力.
    (2)集中器数据格式标准化,易于同其它系统兼容.抄表系统进一步发展,必然要走向规范化,其中之一便是多个供应商的小系统,共存于一个或多个主站的管理下,这就要求集中器的数据格式必须标准化.而简单的单片机方案解决这个问题是很困难的.Gurdem 系统的集中器是采用工业控制机作为数据处理机,解决这个问题是很容易的.
     (3)数据系统的升级和功能的增加,都可以通过对集中器的远程升级服务来实现,使系统的生命力更加持久.
    9,系统支持分时计量功能
    从技术角度来看,实行分时计量,就必须解决远方自动校时和调整时段等问题,而这些问题也只有依靠通信系统才能方便可靠地实现.现阶段中国不少电力系统,已开始对居民用户推行分时电价计费,并使用分时电表,但是由于没有很好通信系统而无法解决远方自动校时和调整时段的问题,所以时段和时间不能及时调整和校对,分时计费就缺乏科学性和公平性.同时,多数生产商的抄表系统又无法使用系统或掌上电脑抄收分时数据.这样就继续了电表和抄表的不统一问题.从境外市场接受Gurdem 公司产品的经验来看,采用抄表系统来实现分时计量是完全可以接受的,不存在所谓"明视"的问题.
     10,系统具有远程断/上电功能对于欠费超过警戒线的用户,或者用电违规用户,系统可以远程实施断电,并将断电状态及时反馈给系统主站,同时可以远程恢复用电.
     11,客观计算线损.
     在系统使用者安装有三相总表的情况下,系统可以通过"同一时刻的电量统计"实现台区线损计算,客观准确地计算线损."同一时刻的电量统计"是基础,这就要求电力线通信安全可靠,一次抄收成功率达到100%.Gurdem 系统可以实现这一指标.
     12,良好的数据安全性
     Gurdem 系统从多方面保证了系统数据的安全性,确保本系统和系统使用者业已存在的任
何结算系统及管理系统免受侵袭:
(1)电力线载波通信使用Gurdem 知识产权的加密技术,任何人不能在电力线窃取系统
情报;
(2)主站和集中器之间的通信,采用国际上先进的,通用的加密软件,而且这种加密软
件是可以升级的.这样的设计为系统使用者提供方便,满足未来要求;
(3)在主站的平台上设计有两级密码,即:操作员级和管理员级,系统操作员只限于数据
获取,而管理员方可设置修改系统参数.除此以外的任何人都无法操作本系统.
(4)支持用户更换电表:当某一个正在运行电表被更换或者增加新表时,使用者须将原表
和新表的参数输入到主站并送至集中器,确保不丢失用电量或出现差错.
13,设备种类齐全,适应各种电表和各类应用环境.
Gurdem 抄表系统设备齐全,包括:集中器,采集终端,普通型采集模块,带断电功能的
采集模块,水表采集模块,机械表传感器,掌上电脑等,使系统可以应用于各种环境,并和各类不同的电表配套.
第三节,系统设备简介
一,集中器
(一)主要功能和技术指标:
1. 集中器的通信分别为:"向下","向上","本地"."向下"用电力线作传输信道同采集模块和采集终端通信;"向上"至主站用电话网或GSM 作传输信道或其它符合RS-232 标准的设备及信道;"本地" 采用标准的RS-232 接口,用于现场调试和校对数据;
2. 电话振铃监测,确保PSTN Modem 可靠工作;
3. 可同时向R,Y,B 三相下发广播命令;
4. 绝对工业级的处理机(PC)和MODEM,在严酷的环境下保证安全可靠的运行;
5. 大容量的固态盘存储各种数据,减少主站访问次数,提高主站访问效率;
6. 三相选择功能,任两相停电时能正常工作.
7. 功耗: 静态5W,动态(通信瞬间):15W;
8. 工作环境:
(1),电源:220VAC±20%,或110VAC±20%,50Hz/60Hz;
(2),温度:-20°C -- +70°C;
(3),相对湿度:95%,不凝结
370L×280W×160H mm
二,具有断电功能的电表采集模块
(一)主要功能和指标:
1.可与任何不同型号和结构的机械电表或电子式电表配套使用,支持Gurdem 抄表系统的
所有功能;
2. 电力线载波通信;
3. 每个采集模块都具有中继功能;
4. 据存贮采用非易失性RAM,不存在电池寿命问题;
5. 表初始化内容:表常数,表底数,地址码(8 位十进制数);
6. 表参数初始化方式:掌上电脑,红外通信;
7.具有断电功能:系统可以对指定的采集模块实施断电或恢复上电,并将"通"或"断"
的状态反馈至主站.断电或恢复上电采用磁保持继电器实现,具有安全,可靠,节能和状态记忆等特点;
8. 控制负载电流:≤30A;
9. 功耗:静态200mW,动态(通信瞬间):2W
10.工作环境:
(1).电源:85VAC―250VAC,50Hz/60Hz;
(2).温度:-20°C -- +70°C;
(3).相对湿度:95%,不凝结.
(二)电表脉冲接口原理示意图:
当用户配套不同电表时,按照此原理连接,确保正确接收脉冲.
特别注意:1,当电表的脉冲器件需要MIU提供电源时,引线不可太长,通常不抄过0.5米,
以免影响采集模块内CPU的安全供电,造成不必要的故障;2,通常采集模块有两个接线端子:
+5V 和信号(Pulse),但在内部另备有"地"线,当电表的脉冲器件需要信号时,用户可以选择适当的方式引出使用.
(三)断电控制原理示意图:
原理描述:采集模块接收到来自集中器的"通"或"断"命令,控制磁保持继电器实施"通"
或"断"动作,检测电路自动检测负载回路的电压,有电压为"通","负载"指示灯亮,没有电压为"断","负载"指示灯熄灭.见下图.
(四)外形结构示意图:
三,采集终端
(一)主要功能和技术指标:
1. 支持Gurdem 抄表系统的所有功能;
2. 可连接和管理1～8(16)块电表;
3. 和单表模块兼容,即在一个小区内可以同时安装模块和终端,在实际应用中很有意义;
4. 用红外方式进行初始化或者抄表;
5. 每个采集终端都具有中继功能;
6. 标准化结构,易于和电表配套安装和管理;
7. 脉冲信号采用光电隔离(直流电源不共地),确保采集终端工作可靠;
8. 数据存贮采用非易失性RAM,不存在电池寿命问题;
9. 功耗: 静态300mW(接满16 块电表),动态(通信瞬间):3W;
10. 工作环境:
(1),电源:220VAC±20%,或110VAC±20%,50Hz/60Hz;
(2),温度:-20°C -- +70°C;
(3),相对湿度:95%,不凝结.
(二)采集终端和脉冲电表的连接原理示意图:
四,普通型电表采集模块
(一)主要功能和技术指标:
1.可与任何不同型号和结构的机械电表或电子式电表配套使用,支持Gurdem 抄表系统
的所有功能;
2. 载波通信;
3. 个采集模块都具有中继功能;
4. 表初始化方式:掌上电脑;电表初始化内容:表常数,表底数,地址码(8 位十
进制数);
5.贮采用非易失性RAM,不存在电池寿命问题;
6.功耗:静态150mW,动态(通信瞬间):1.5W
7.工作环境:
(1),85VAC―250VAC,50Hz/60Hz;
(2),温度:-20°C -- +70°C;
(3),相对湿度:95%,不凝结.
(二)电表脉冲接口原理示意图:
当用户配套不同电表时,按照此原理连接,确保正确接收脉冲.(注意:当电表的脉冲器件需
要MIU 提供电源时,引线不可太长,通常不抄过0.5 米,以免影响MIU 的CPU 电源,造成不必要的故障)
五,传感器
(一)ATL―10111 型传感器:适用于DD862a 型电表,见下图(图1)
(二)ATL―10112 型传感器:适用于DD862 型电表,见下图(图2).
(三)遮光盘:如下图(图3)所示意,遮光盘可以方便地安装(卡)在电表转盘的轴上,和
电表转盘同轴转动,电表转盘每转动一周,遮光盘遮光4 次,传感器产生一个有效脉冲(正脉冲),脉冲宽度为100ms±20ms.
六,掌上电脑
采用电力行业比较通用的掌上电脑,用于电表参数初试化.