電力行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要行業(yè),其地位是十分重要的。電力企業(yè)的供電質(zhì)量、服務(wù)水平以及服務(wù)方式的升級(jí)已成為電力行業(yè)發(fā)展的主要方向。隨著信息化的普及,電力全覆蓋、費(fèi)用全控制已逐漸成為我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。電力企業(yè)的計(jì)費(fèi)、收費(fèi)系統(tǒng)開始向智能化轉(zhuǎn)變。美國(guó)于2003年提出了“電網(wǎng)2030規(guī)劃”,其目的是進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化供電服務(wù),并于科羅拉多州建設(shè)了一座智能電網(wǎng)城市。歐盟則是依據(jù)一整套能源政策,積極推動(dòng)綠色能源的發(fā)展。歐盟的智能電網(wǎng)依靠各類終端對(duì)公共部門、寫字樓的用電情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),逐漸改變了客戶的用電習(xí)慣。中國(guó)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域也在積極地開展與部署相關(guān)項(xiàng)目。中國(guó)電網(wǎng)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng),各級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同,開展了“三集五大”的工作部署。我國(guó)電網(wǎng)行業(yè)正在加產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)電能表遠(yuǎn)程費(fèi)控的全覆蓋。
1遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的關(guān)鍵技術(shù)
1.1遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表概述
遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表一般包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、電能計(jì)量、數(shù)據(jù)清零、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)凍結(jié)、事件記錄告警等功能。例如,三相用電的電能表計(jì)量功能,通常涉及三相電流和電壓、頻率的測(cè)量等等,并且還包括自定義費(fèi)率的功能。遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表可以針對(duì)不同時(shí)段和不同時(shí)區(qū)進(jìn)行效的費(fèi)率定義,并且具備電量的監(jiān)控功能,可以記錄*近發(fā)生的失壓、過壓、掉電和上電等告警事件。
1.2智能無線通信技術(shù)
電能表的通信控制網(wǎng)絡(luò)采用的是基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)(narrowbandinternetofthings,NB-IoT)的無線通信技術(shù)。NB-IoT的系統(tǒng)鏈路一般分為上行鏈路與下行鏈路。本文研究的NB-IoT系統(tǒng)取消下行通道鏈路。網(wǎng)絡(luò)的上行鏈路采用相移鍵控(phase-shiftkeying,PSK)調(diào)制方式,并利用單載波頻分多址技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。為了提高覆蓋增大效益,通常會(huì)設(shè)置成3.75kHz的子載波間隔,將傳輸速率設(shè)置在160kbit/s到200kbit/s之間。該網(wǎng)絡(luò)主要是基于4GLTE的通信架構(gòu),可以滿足低功耗和大連接的應(yīng)用場(chǎng)景需求,并且在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)用戶電能數(shù)據(jù)直傳至省主站系統(tǒng)的功能。NB-IoT可以部署在不同的無線頻帶上,分為獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署、帶內(nèi)部署3種情況。NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)如圖1所示。
2遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的硬件原理與設(shè)計(jì)
2.1遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的功能與參數(shù)
遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表具有計(jì)量功能、記錄功能、監(jiān)控功能和通信功能。電能表不僅能實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量,還可進(jìn)行費(fèi)率的設(shè)置,同時(shí)可對(duì)功率、電壓、電流、頻率、相角、功率因數(shù)、視在功率等進(jìn)行測(cè)量。通信功能是基于NB-IoT通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,窄帶(narrowband,NB)通信模組提供可查詢的AT指令,用于查詢數(shù)據(jù)流量。當(dāng)每次連接上網(wǎng)絡(luò)后,NB通信模組開始自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)流量,直到連接斷開才終止流量記錄。NB通信的工作頻段和天線接口特征阻抗的參數(shù)見表1,其覆蓋頻段較寬。電能表對(duì)于超過閾值的事件,會(huì)產(chǎn)生告警信息,并依靠通信技術(shù)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和存儲(chǔ)信息傳輸?shù)皆破脚_(tái)上。
2.2遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的硬件原理
對(duì)遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的硬件系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)時(shí),需根據(jù)其功能進(jìn)行劃分。電能表的硬件架構(gòu)包含信號(hào)處理模塊、電能計(jì)量模塊、NB-IoT通信模塊和外圍電路模塊,遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表基本硬件架構(gòu)如圖2所示。這些模塊由硬件電路組成,由對(duì)應(yīng)的軟件程序進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)。電源模塊為各個(gè)子模塊供電,而輔助電源則用于防止因主電源的損壞影響電能表的正常監(jiān)控功能。
2.3遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的模塊設(shè)計(jì)
3遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1架構(gòu)及程序設(shè)計(jì)
電能表的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)是依據(jù)硬件電路系統(tǒng)而形成的,先設(shè)計(jì)核心主程序,再依照核心主程序一次性地設(shè)計(jì)各模塊的子程序,其軟件架構(gòu)如圖6所示。
3.2功能測(cè)試
基于eSIM智能卡遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的基本功能實(shí)驗(yàn),主要是針對(duì)電能表核心功能進(jìn)行展開。這些功能實(shí)驗(yàn)基本上與既定遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的需求相契合。為了使遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的基本功能滿足正式上線的運(yùn)行需求,利用主站的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電能表進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)表采集和通信的一體化資產(chǎn)管理,其基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果見表2。
*終,該遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的系統(tǒng)框架圖如圖9所示,采用該遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表的實(shí)現(xiàn)方案,可利用NB通信直接與主站實(shí)現(xiàn)交互。遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)的主動(dòng)上傳,可對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,減少主站系統(tǒng)的運(yùn)行采集壓力。
4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案
4.1概述
用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)0.8的電能,用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、安全、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系,推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括:表計(jì),智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。
安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì),以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況,便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣,效節(jié)約電能,為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
(1)辦公建筑(商務(wù)辦公、大型公共建筑等);
(2)商業(yè)建筑(商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等);
(3)旅游建筑(賓館飯店、娛樂場(chǎng)所等);
(4)科教文衛(wèi)建筑(文化、教育、科研、醫(yī)衛(wèi)生、體育建筑等);
(5)通信建筑(郵電、通信、廣播、電視、數(shù)據(jù)心等);
(6)交通運(yùn)輸建筑(機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等)。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
2)電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表
3)詳細(xì)電參量查詢
4)運(yùn)行報(bào)表
5)變壓器運(yùn)行監(jiān)視
6)實(shí)時(shí)報(bào)警
7)歷史事件查詢
8)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)
9)遙控操作
10)用戶權(quán)限管理
11)通訊狀態(tài)圖
12)視頻監(jiān)控
13)用戶報(bào)告
14)APP支持
4.5系統(tǒng)硬件配置清單
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