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基于电力线载波和GPRS的智能变电站抄表系统的研究

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doi:10.3969/j.issn.1671-1041.2011.01.002 基于电力线载波和GPRS的智能变电站抄表系统的研究

唐志津,陶 宇 (天津工业大学 电气工程与自动化学院，天津 300160)

摘要：电网智能化是世界各国大力研究的一个方向。本文基于电力线载波和GPRS无线抄表技术对智能变电站抄表系统进行了拓展。分析了硬件设计的关键问题并阐述了软件的基本架构。该系统具有良好的应用价值。 关键词：电力线载波；GPRS；RISE3501；LPC2294 中图分类号：TM933. 4；TN913 文献标志码：A Research on iIntelligent substation meter reading system based on

power line communication and GPRS TANG Zhi-jin, TAO Yu (School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300160,China)

Abstract: Intelligence grid has been vigorously studied in the world. Intelligent Substation meter reading system was modified based on Power line Communication and GPRS modules in this paper. The key issues of hardware design has been discussed and the basic structure of the software has been solved. This system has good application value.

Key words: power line communication; GPRS; RISE3501; LPC2294

0 引言

大电网的互联是世界各国电网发展的共同经验。美国、日本、西欧等发达国家早已实

现了电网互联,但是同时电网间电费的商业结算日益复杂，原有的人工抄表，人工采集处理数据的方式显然不能适应商业化电网电费结算的需要，必须采用抄表自动化系统。利用和改造原有电网，建立起智能集中抄表系统[1],这对社会和电力企业具有巨大的经济效益和社会效益。本文就结合电力线载波和GPRS技术设计出智能集中抄表系统，用户与变电站的通讯通过电力线载波实现，变电站与监控中心的通讯通过GPRS无线网络实现[2]。系统分为两大模块：电力载波数据通讯和GPRS无线抄表。系统的结构示意图如图1所示。

DOI：CNKI:12-1334/TH.20110106.1650.001 网络出版时间：2011-01-06 16:50:37网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/12.1334.TH.20110106.1650.001.html 图 1 系统的结构示意图 1 电力载波数据通讯 电力线载波(PLC)是电力系统特有的方式。由于使用电力线作为载波信号的传输媒介，可同时复用信号等特点由于电力线和信号线合一，无须铺设信号线，人们原来使用和维护电器的习惯都不受影响，家电无须增加双绞线、红外线等接口，只要在内部配备电力线载波通信芯片、更新程序，便可实现对原有家电的改造。电力线载波通讯技术在电网智能化应用方面有着广泛的前景[3]。 电力线网络的非规则性，使信号传输受到电力网上的各种干扰信号的阻塞，成为电力线载波通信上一时难以跨越的障碍。电力线是给用电设备传送电能的，不是专用的数据通讯介质，所以用电力线来传送数据时会存在一些问题。脉冲噪音是电力线上最大的噪声源，它是产生干扰的主要原因。传输距离的远近与数据通讯效果的好坏，而改善信噪比的关键是找到适合智能家居使用的电力线载波专用芯片[4-5]。 在本系统中采用的是RISE3501[6]。RISE3501 是一款PLC（电力载波通讯）芯片，设计符合EIA-709.1和EIA-709.2标准规范。RISE3501是一款高集成化的SoC设计（内核FR8052），FR8052 是个8位高速的标准8051内核。 1.1 载波接收的原理 载波发送DSP（Digital Signal Processing）模块设计符合EIA-709.2国际标准。载波发送DSP模块主要包含5部分。分别是Packet Assembly, Pulse Shaping Filter, BPSK Modulation, Digital Filter, and DAC (Digital to Analog Converter).User data 在Packet Assembly模块中打包成符合 EIA-709.2协议的11-bit NRZ字节格式的数据包，该数据包进行BPSK调制前必须先经过 Pulse Shaping Filter 以得到更好的频谱，经过BPSK调制后的信号经过数字滤波器后直接由DAC转换成模拟信号输出。载波频率分别可被配置为131.579Khz,105.263 Khz,86.207 Khz,72.993 Khz，默认的载波频率以及载波速率分别为131.579 Khz和5.48245KBits/s. DAC输出信号需要经过外部的硬件驱动电路后加载到电力线上。载波接收的原理如图2所示。 图 2 载波接收的原理 1.2 RISE3501载波接收模块原理及特性 RISE3501的载波接收模块能接收来自电力线的任意频率的符合EIA-709.2协议的载波信号。载波接收模块如图3所示。

图 3 载波接收模块 RISE34501的载波接收模的特性： 1）脉冲干扰抑制；针对脉冲干扰噪音能快速的、有效的被抑制； 2）信号质量监控功能。电力线信号质量值为网络层建立自动路由算法提供了有力的参考依据； 3）载波通讯速率可调。RISE3501载波速率默认为5.48245KBits/s，可根据现场环境的负载以及背景噪音情况通过更改速率来达到通讯的最好效果。系统的最小系统和输入端调理电路如图4和图5所示。

图 4 系统的最小系统 图 5 输入端调理电路 在很多情况下，接收信号往往要达到抗干扰和一定的传输距离。它的信号通常不能被控制单元直接接收，因此信号调理电路就成为控制系统中必不可少的一部分。一般来说在差分输入端将今20mA标准电流信号转换成1-5V的标准电压信号，经信号调理电路调理后输入AD转换器。其中输出端电压高于AD转换器的输入电压值，在此进行分压后进行采样。信号放大仍采用两级运放，每级运放都具有积分滤波电路开关量信号采集电路。 2 GPRS模块 传统的电量结算是依靠人工定期到现场抄取数据，在实时性、准确性和应用性等方面都存在诸多不足之处。利用现代通信技术和计算机技术以及电能量测量技术结合在一起，便能够及时、准确、全面地反映电量使用。解决的方案是基于 GPRS 网络通信的无线通讯技术，将电量数据和其它信息实时可靠的采集回来，之后可以通过应用具有智能化分析功能的系统软件，实现居民小区用户用电量的统计、用电情况的分析及用户的使用状态。 数据经过电力载波芯片输入到各级变电站，而各级变电站基于GPRS构成无线局域网专网，为用电管理提供实时性好、稳定性高的数据和事件记录，可实现多块表同时冻结抄表功能。该系统具有设备参数远程回读功能，如回读参数和后台系统保存的设置参数对比，异常报警，可以发现非法修改电能表参数行窃的非法行为。具有失压、断流、错误接线报警、显示、记录并主动上传功能。 2.1 GPRS模块主要功能及特点 在此方案中，GPRS终端接收各智能变电站采集电表数据，然后将采集到的数据经GPRS模块通过GPRS网络发送到监控主站。 优点分析 1)供电局数据服务器上远程抄表系统定时自动以查询方式通过GPRS无线数据终端集中器数据取回，而集中器每天根据用户设定的时间，定时抄所有的电表，并保存在大容量的存储器内，这种存储器保存的数据不怕掉电，系统可存储一个月内的定时抄表数据，以便在GPRS网络出现异常修复后，仍能把每天定时抄录的所有电能表数据上传到中心网站数据库。 2)在局域网、广域网上的用户如有授权均可以远程对网站服务器实行部分操作功能，如：抄表、查询、统计、浏览、分析、打印等。 3)由于集中器能保存一月内的定时抄表数据，那么中心服务器除了可以抄当天的全部数据外，还可以抄以前1月内任何一天的定时抄表数据及总数据。 4)系统具有对可疑电能表进行实时跟踪监测功能，由于GPRS网的特点是永远在线，按流量收费，因此对电能表的实时跟踪监测，其运营成本最廉价低。 2.3 GPRS监控终端的硬件结构 主控处理器是监控系统的核心。LPC2294是一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI CPU，拥有256KB高速FLASH，16KB的SRAM;一个连接Modem接口信号的串行口，一个两口;特别适合于小型化应用。主控处理器解析来自GRPS网络的指令，管理485总线上的各个智能仪表，监测现场状态。GPRS模块采用Sony—Ericsson公司的GR47。它带有GSM／GPRS全套语音和数据功能，集成有功能强大的CPU并向用户开放其系统资源，同时模块内嵌有TCP／IP协议栈。用户可以避开复杂的TCP／IP协议栈的设置，只要对GR47进行合理的配置，即可实现LPC2106与监控服务器之间的透明串行数据传输。通过对GPRS连接状态的轮询，保持GPRS始终在线。SIM卡是获取GPRS网络服务必不可少的部分，用于GPRS远程终端的SIM卡应在使用前开通GPRS服务。EPROM用于保存用户数据，如监控中心服务器的IP地址，连接GPRS服务器的时间常数。变压器GPRS模块如图6所示。

图 6 变压器GPRS模块示意图 3软件架构设计

由于系统需要的操作并不多，而且lpc2294不能嵌入Linux系统[7]。软件开发的过程

中，采用uCOS-II操作系统。它由汇编语言依据实时多任务的原理来编写、占用系统资源少，运行稳定可靠，并可以进一步扩展系统功能。在下位机软件设计中，将系统的各种功能划分为对应某一具体任务的子程序(数据自诊断，定时抄表，报警 )，并给每个任务定义任务优先级、执行频率和标识符。采用非抢占优先级方式来设计，用定时器溢出中断来调用任务。当单任务发生时，记录任务发生时间与类型，根据任务类型选择声光报警和与上位机进行通讯等处理方式。当多任务同时发生时，根据预先定义的任务优先级，由高到低依次处理。GPRS模块软件规划如图7所示。

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电力载波集中抄表器设计与开发的开题报告

电力载波集中抄表器设计与开发的开题报告

电力载波集中抄表器设计与开发的开题报告【标题】电力载波集中抄表器设计与开发【研究背景】在电力系统中，抄表是非常重要的环节之一。

传统的方式是由人工逐户抄表，但这种方式效率低下、成本高，且易出现数据误差等问题。

随着如今智能化、自动化的发展，很多地方已经采用自动抄表设备进行电能计量和抄表。

其中，电力载波通信技术是自动抄表的重要手段之一，可以代替传统有线通信，解决传输距离远、通信成本高等问题，提高电能计量和抄表的效率。

【研究目的】本项目旨在设计和开发一款电力载波集中抄表器，利用电力载波通信技术，实现对多个抄表点进行集中管理及数据采集，提高电能计量和抄表的效率和准确性，减少人工抄表过程中出现的误差和问题。

【研究内容】1. 电力载波通信技术研究：了解电力载波通信技术的原理和应用，掌握其在自动抄表中的优势和不足，分析其适用范围和局限性。

2. 集中控制器硬件设计：设计集中控制器电路板，包括主控芯片、电源、电路保护和数据通信等模块，实现集中管理和控制多个抄表点。

3. 抄表器节点硬件设计：根据集中控制器的设计要求，设计抄表器节点电路板，包括电能计量芯片、数据存储芯片、电路保护和数据通信等模块，实现数据采集和传输。

4. 软件系统设计：采用嵌入式操作系统设计控制器和节点的程序，实现集中管理和数据采集，实现数据传输和存储，实现数据分析和处理，实现远程管理和故障定位等功能。

【研究方法】该项目主要采用理论分析和实验验证相结合的方法：1. 理论分析：通过查阅资料、阅读论文和专业书籍等形式，深入理解电力载波通信技术的原理和应用，了解相关技术的优劣势和潜在问题。

2. 实验验证：通过搭建实验平台，进行硬件和软件方面的设计、调试和测试，检验设计方案的可行性、准确性和稳定性。

【预期成果】1. 完成电力载波集中抄表器的设计和开发，能够实现对多个抄表点进行集中管理和数据采集，提高抄表效率和准确性。

2. 可以提供一套完整的电力载波通信解决方案，为电力自动化、智能化升级提供技术支持。

论智能电表在电网中的应用

论智能电表在电网中的应用

论智能电表在电网中的应用摘要：文章对智能电表技术在电网中的应用和发展趋势做了相关的研究，指出在高级计量体系(AMI)中，电力公司和用户之间能进行交互，实现合理用电，降低能耗。

另外，智能电表与各种通讯方式相结合，满足抄表计费、管理决策、工程分析的需求是未来智能电网发展的趋势。

关键词：智能电网智能变电站智能电表计量检定引言随着电网技术的不断发展，智能电表已经开始走入千家万户，智能电表是由用户交费对智能IC卡充值并输入电表中，电表才能供电，表中电量用完后自动拉闸断电，从而有效地解决上门抄表和收电费难的问题。

同时，用户的购电信息实行微机管理，方便进行查询、统计、收费及打印票据等用户持IC卡到供电部门交款购电，供电部门用售电管理机将购电量写入IC卡中，用户持IC卡在感应区刷非接触式IC卡（简称刷卡，下同），即可合闸供电，供电后将卡拿走。

当表内剩余电量等于报警电量时，拉闸断电报警（或蜂鸣器报警），此时用户在感应区刷卡即可恢复供电；当剩余电量为零时，自动拉闸断电，用户必须再次持卡交费购电，才可以恢复用电。

1 智能电表研究现状与高级计量体系基于微处理器的电子式多功能电表取代传统的机械式电度表已成为必然趋势，近几年来在国内各行各业已开始得到广泛的应用。

一些高端的电子式多功能电表，除了提供各种电量的测量和计量功能外，还可提供电力参数实时测量、事件记录、负荷曲线存储、电能质量分析、通信等功能。

在通信接口方面，一般可提供可进行灵活配置的单向RS485、GPRS、电话MODEM和红外通信接口。

智能电网中采用的智能仪表(Smart Meter)技术，它是一种有别于电子式多功能电表的先进测量技术。

它是更多技术和功能的融合，提供更详尽的用电信息，并具有双向通信功能。

智能仪表一般是指用于计量和控制的智能电表，将来智能仪表可能应用于用户的水、气等计量和控制方面。

高级计量体系(AMI)是电网智能化建设的第一步，在智能电网的投资中所占比例最大，主要涉及大量的智能电表、传感器等设备，其中智能电表占绝大多数。

探讨电力企业自动抄表工作中存在的问题及提升措施 郑晓琳

探讨电力企业自动抄表工作中存在的问题及提升措施 郑晓琳

探讨电力企业自动抄表工作中存在的问题及提升措施郑晓琳摘要：智能化是我国电网发展的一种主要趋势，随着我国电力系统的不断发展，一些智能电网技术已经逐渐发展成熟，电能自动抄表系统也得到了快速发展。

自动抄表系统在电力企业中的应用和发展，对于提高其工作质量和效率具有重要作用。

关键词：电力企业；自动抄表；提升措施引言随着电力改革的进一步深化和推进，电能计量自动抄表技术有了很大发展，传统的电磁式电能表已经被电子式多功能电能表慢慢替代。

相对于之前人工抄表模式的效率不高，自动抄表系统通过自动采集、传输以及处理电能计量数据，显著提高工作效率，推进了电能计量抄表的发展。

但由于通信方式的一些不良因素，电能计量自动抄表系统在配电网的应用效率不是很高。

基于此，研究电力企业自动抄表工作中存在的问题及提升措施具有十分重要的意义。

一、电力企业中自动化抄表技术应用概述1、自动化抄表系统构成自动化抄表系统由三大模块构成，它们是数据采集模块、数据处理模块和数据维护模块。

数据采集模块的作用是采集用户用电信息，并传输到数据处理模块内，数据处理模块对采集到的用户用电信息进行编辑、生成报表和进行统计，数据维护模块用来对系统进行维护，主要是各种资料的维护管理。

2、自动化抄表的基本功能自动化抄表的基本功能主要是依据硬件和软件部分而呈现的，将自动化抄表的基本功能可以概括为以下几方面：第一方面就是自动化抄表能够对参数进行设置，电力营销系统中自动化抄表系统运行前，相关的工作人员需要进行参数设置，从而保证自动化抄表系统运行的稳定性和可靠性。

参数设置具体指的就是对集中器、信号采集器，以及电力营销系统中的其它相关设备进行设置，主要包括用户地址的编号、不同时段的电能配置等。

通信功能是自动化抄表具有的第二个基本功能，应用设备对电力统计信息进行采集，并且应用相应的技术手段将信息发送到主站。

不仅传输信息量大，同时信息传输更加的稳定。

当然，还需要明确的是对于电力信息的传输不仅仅局限于电表的数值，对于用户电力能源的最大需求、电压值，以及众多设备的工作状态进行反馈，以便于技术人员及时地找寻电力营销系统自动化抄表业务中的差错。

电力远程抄表系统的现状及发展趋势

电力远程抄表系统的现状及发展趋势

使用范围比较广泛，通信 的成功率比较高 ，也不用再 申
１ 电力远程抄表系统概述
电力远程抄表系统主要 由四部分组成，分别是中心 站计算机 、计量表、集中器以及采集终端 ，这 四级网络 共 同组成 了远程抄表系统 ，具体而言该系统又分为智能 抄表管理系统主站、多功能电能表 、低压 电力线载波集 中器、负控终端 以及采集器等 。电力远程抄表系统采用 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 和Ｃ Ｄ Ｍ Ａ 无线移动方式进行通讯 ，实现 了中心站计算 机和各个集 中器之间的通信功能。通过对４ ８ ５ 总线的利 用 ，以及低压 电力载波或者无线移动方式等，实现 了集 中器和各个采集终端、计量表之间的通信功能，因此具 有安装便捷、灵活整合的特性，还具备一定的经济性， 完全能够满足国内通信环境各异 的要求。一般而言，系
统 中心 站可 以同时对 Ｎ 组２ ５ ５ 个集 中器 ，而集 中器 可 以对
请其他的频段，缺点是如果网络布局 不好，则会 受到
限制 。 ２ ． ４ 有线电视网 （ Ｃ Ａ Ｔ Ｖ ）远程抄表 现阶段，对有线 电视 网远程抄表系统进行研究的人
不在少数 ，但 是大多却无法投入 实用 。这种远程抄表
通信信道后期维护的成本也不小。
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传输速度较慢 ，应用于数量较少的数据传输。
２ ． ６ 宽带远 程抄 表 宽带 远程 抄表 系 统是 采用 基 于Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 协 议 的 以太 网
３ ． ３ 系统 计 量 易出现误 差
数据采集器中有一块存储元件 ，如果该元件的抗干
扰 能 力较 差 ，则会 对数 据准 确性 产 生影 响 ，抄表 系统 是 通 过 脉冲信 号 进行 数据 计量 ，对 初 始值 的设 置有 一个 严 格 的标准 ，而 现 阶段广 泛 使用 的设 备不 具备 该功 能 ，如 果用户 的用 电量 比较 大 时很容 易 出现 误差 ，