智能电能表数据采集关键技术分析及研究
发表时间：2019-12-17T09:55:50.343Z 来源：《中国电业》2019年17期作者：张怡
[导读] 文章从智能电能表的原理及其功能特点分析入手
摘要：文章从智能电能表的原理及其功能特点分析入手，并从信息采集技术、数据采样技术、数据传输技术以及数据存储技术等几个方面，对智能电能表数据采集关键技术进行论述。期望通过本文的研究能够对智能电能表数据采集效率的提升有所帮助。
关键词：智能电能表；数据采集；关键技术
智能电能表这一概念出现于上个世纪90年代，因当时此类电能表的价格较为昂贵，所以并未得到大范围普及，只在一些大型电力用户中进行应用。随着技术的发展，使智能电能表的功能日益强大，价格则逐步降低，为其替代传统电能表奠定了基础。在智能电能表应用中，数据采集是较为重要的环节。借此，下面就智能电能表数据采集关键技术展开分析探讨。
1智能电能表的原理及其功能特点分析
智能电能表是传统电能表的升级版，除具备传统电能表的相关功能之外，如用电量计量等，还能对电能数据进行采集和传输，由此使得智能电能表成为智能配电网中不可或缺的数据采集设备。以智能电能表为基础构建的AMI（高级量测体系）和AMR（自动抄表系统）等，给电力用户提供了全面且详细的用电信息，这样用户便可对自己的用电量进行管理，从而达到减少电费支出的目的。
1.1工作原理
智能电能表集多种先进的技术于一身，如计算机、通信、测量等技术，由此使其成为能够进行数据采集与传输的智能化计量装置。它的基本工作原理如下：借助A/D（模数）转换器，或是专用的计量芯片，对电力用户用电设备的电流及电压等物理量进行实时采集，利用CPU（中央处理器），对采集到的信息进行分析处理，完成电能计算，最后将得出的电能等内容以通信的方式进行输出。
1.2功能特点
与传统的电能表相比，智能电能表的功能更加强大，其特点体现在如下几个方面：一是智能电能表的精度能够在较长的时间内保持不变，不需要对其进行轮校，安装过程对智能电能表的精度基本不会造成影响，由此使其具备较高的可靠性。二是智能电能表的量程、功率因数都比较宽，启动过程的灵敏性较佳，能够保障计量的准确度。三是智能电能表具有强大的功能，如集中抄表、多费率、防窃电、预付费等等。四是当剩余电量低于预先设定好的报警电量时，智能电能表会自动提醒电力用户购电，若是表中的剩余电量低于报警电能，则会自动跳闸断电一次。
2智能电能表数据采集中关键技术的运用
在智能电能表的应用中，数据采集是较为重要的一个环节，在该环节中，主要涉及以下关键技术：
2.1信息采集技术的运用
智能电能表是数据采集系统的前端设备，按照类型可分为机电一体式和全电子式两种，前者在传统电能表改造中的应用较多，不仅便于安装，而且还能降低造价。但从信息传输上看，由于机电一体式电能表采用脉冲的方式对信息进行输出，准确度不高，常常会出现脉冲丢失的情况。而全电子式智能电能表从电能计量到数据处理，均以集成电路为核心的电子器件来实现，不需要机械部件，由此使整个电能表的体积变得更小，耗电量随之降低，精确度显著提高。全电子式电能表的数据输出接口包括RS-485和电力线载波，由此使电能表可以获得多种数据信息，如电流、电压、功率因数等等。
在对电力用户的电能信息进行采集的过程中，可以通过集中抄表终端来实现，该终端由两个部分组成，一部分是集中器，另一部分是采集器。通常情况下，供电企业可以借助配电网中的变压器设备，对电力用户的电能信息进行采集和控制，而集中抄表终端中的集中器，可利用通信通道，对电能表信息进行采集和处理。同时，集中器还能与现场工作人员的手持式设备进行数据交换，借助远程通信，则可与主站完成数据交换。采集器的主要作用是负责对单个或是多个电能表的电能量进行采集，并将采集到的信息传给集中器。
2.2数据采样技术的运用
在智能电能表数据采集过程中，采样一个较为重要的环节，可将之视作为波形离散化，具体是指将时间与幅值连续的模拟信号，转换为时间非连续、幅值连续的模拟信号。数据采样时，必须遵循相应的规律，如抽样定理和取样定理。前者是通信理论中较为重要的定理之一，是模拟信号实现数字化的重要理论依据之一，包括时域和频域两个部分。后者在实际中可以借助A/D转换器来完成，在数据采集系统中，A/D转换器类似于电子开关，每间隔一定的时间闭合一次，通过编码获取原本连续的某个时刻的样本值。
2.3数据信息传输技术的运用
在智能电能表数据采集中，数据信息的传输是重中之重，为确保传输稳定性，需要运用相应的传输技术。由此使得数据信息传输技术成为智能电能表数据采集中不可或缺的关键技术之一。以智能电能表为核心的数据采集系统的通信网络分为两个层次，其中一层位于主站与集中器之间，由于需要保证远距离传输，所以可选用无线网络、光纤或是电力载波等通信方式。而另一层位于集中器、采集器与智能电能表之间，可将之称为本地网络。
2.3.1无线通信网络。无线通信是目前主流的数据信息传输方式，在无线网络中，各节点之间，不需要借助线缆，便可完成远距离传输通讯。无线通信中较为常用的数据信息传输方式有GPRS（通用无线分组业务）、CDMA（码分多址），这两种通信方式最为突出的特点是抗干扰能力强，并且保密性比较好，能够为数据信息的传输安全提供保障。但由于成本较高，加之会受到网络运营商的限制，所以在智能电能表数据采集中，这两种通信方式的适用性较为一般。为了满足智能电能表数据采集的需要，可以利用230MHz电力无线专网，该无线网络归属于电力专网的范畴，可对相关的数据通信资源进行利用，在该通信网络的频段内，采用两种工频点，以模拟式无线通信技术为基础，可为智能电能表数据采集提供强有力的通信支撑。
2.3.2光纤通信。这是比较常见的一种通信方式，光波是该通信方式的信息载体，光纤则是信息传输媒介。该通信方式具有容量大、距离远、信号干扰小、无辐射等优点，但由于光纤本身的质地比较脆，机械强度差，受损的可能性比较大，一旦光纤损坏则会影响数据传输。目前，常用的光纤通信有两种类型，一种是有源光纤通信，另一种是无源光纤通信，由于前者会受到电源的影响，所以并不适用于智能电能表数据采集系统，而后者中的以太无源光网络技术较为成熟，可用于智能电能表数据采集。
2.3.3电力线载波。这是一种以电力线作为传输媒介进行数据传输的通信方式。在电力载波领域中，可按电压等级将电力线分为以下三