【產品知識】智能卡的遠程費控電能表的設計與應用研究

    電力行業作為我國經濟發展中重要行業，其地位是十分重要的。電力企業的供電質量、服務水平以及服務方式的升級已成為電力行業發展的主要方向。隨著信息化的普及，電力全覆蓋、費用全控制已逐漸成為我國電力行業發展的重要目標。電力企業的計費、收費系統開始向智能化轉變。美國于2003年提出了“電網2030規劃”，其目的是進智能電網的建設，實現數字化供電服務，并于科羅拉多州建設了一座智能電網城市。歐盟則是依據一整套能源政策，積極推動綠色能源的發展。歐盟的智能電網依靠各類終端對公共部門、寫字樓的用電情況進行監測，逐漸改變了客戶的用電習慣。中國在智能電網領域也在積極地開展與部署相關項目。中國電網以特高壓電網為骨干網，各級電網進行協同，開展了“三集五大”的工作部署。我國電網行業正在加產業轉型升級，實現電能表遠程費控的全覆蓋。

1遠程費控電能表的關鍵技術

1.1遠程費控電能表概述

     遠程費控電能表一般包括數據采集、數據傳輸、電能計量、數據清零、數據存儲、數據凍結、事件記錄告警等功能。例如，三相用電的電能表計量功能，通常涉及三相電流和電壓、頻率的測量等等，并且還包括自定義費率的功能。遠程費控電能表可以針對不同時段和不同時區進行效的費率定義，并且具備電量的監控功能，可以記錄*近發生的失壓、過壓、掉電和上電等告警事件。

1.2智能無線通信技術

   電能表的通信控制網絡采用的是基于窄帶物聯網(narrowbandinternetofthings，NB－IoT)的無線通信技術。NB－IoT的系統鏈路一般分為上行鏈路與下行鏈路。本文研究的NB－IoT系統取消下行通道鏈路。網絡的上行鏈路采用相移鍵控(phase－shiftkeying，PSK)調制方式，并利用單載波頻分多址技術對數據進行傳輸。為了提高覆蓋增大效益，通常會設置成3．75kHz的子載波間隔，將傳輸速率設置在160kbit/s到200kbit/s之間。該網絡主要是基于4GLTE的通信架構，可以滿足低功耗和大連接的應用場景需求，并且在NB－IoT網絡上實現用戶電能數據直傳至省主站系統的功能。NB－IoT可以部署在不同的無線頻帶上，分為獨立部署、保護帶部署、帶內部署3種情況。NB－IoT物聯網平臺的架構如圖1所示。

2遠程費控電能表的硬件原理與設計

2.1遠程費控電能表的功能與參數

   遠程費控電能表具有計量功能、記錄功能、監控功能和通信功能。電能表不僅能實現電能計量，還可進行費率的設置，同時可對功率、電壓、電流、頻率、相角、功率因數、視在功率等進行測量。通信功能是基于NB－IoT通信技術實現的，窄帶(narrowband，NB)通信模組提供可查詢的AT指令，用于查詢數據流量。當每次連接上網絡后，NB通信模組開始自動記錄數據流量，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見表1，其覆蓋頻段較寬。電能表對于超過閾值的事件，會產生告警信息，并依靠通信技術將監控數據和存儲信息傳輸到云平臺上。

2.2遠程費控電能表的硬件原理

   對遠程費控電能表的硬件系統展開設計時，需根據其功能進行劃分。電能表的硬件架構包含信號處理模塊、電能計量模塊、NB－IoT通信模塊和外圍電路模塊，遠程費控電能表基本硬件架構如圖2所示。這些模塊由硬件電路組成，由對應的軟件程序進行功能的實現。電源模塊為各個子模塊供電，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控功能。

2.3遠程費控電能表的模塊設計

3遠程費控電能表的軟件架構設計

3.1架構及程序設計

   電能表的軟件架構設計是依據硬件電路系統而形成的，先設計核心主程序，再依照核心主程序一次性地設計各模塊的子程序，其軟件架構如圖6所示。

3.2功能測試

   基于eSIM智能卡遠程費控電能表的基本功能實驗，主要是針對電能表核心功能進行展開。這些功能實驗基本上與既定遠程費控電能表的需求相契合。為了使遠程費控電能表的基本功能滿足正式上線的運行需求，利用主站的物聯網系統對電能表進行控制。實現基于物聯網表采集和通信的一體化資產管理，其基本實驗項目結果見表2。

  *終，該遠程費控電能表的系統框架圖如圖9所示，采用該遠程費控電能表的實現方案，可利用NB通信直接與主站實現交互。遠程費控電能表實現了電能數據的主動上傳，可對電能數據進行實時監控，減少主站系統的運行采集壓力。

4安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案

4.1概述

    用戶端消耗著整個電網0.8的電能，用戶端智能化用電管理對用戶可靠、安全、節約用電有十分重要的意義。構建智能用電服務體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設備用電管理解決方案，實現電網與用戶的雙向良性互動。用戶端急需解決的研究內容主要包括：表計，智能樓宇、智能電器、增值服務、客戶用電管理系統、需求側管理等課題。

    安科瑞Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過對用戶端用電情況進行細分和統計，以直觀的數據和圖表向管理人員或決策層展示各分項用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習慣，效節約電能，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

4.2應用場所

（1）辦公建筑（商務辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業建筑（商場、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據心等）；

（6）交通運輸建筑（機場、車站、碼頭建筑等）。

4.3系統結構

4.4系統功能

1）實時監測

2）電能統計報表

3）詳細電參量查詢

4）運行報表

5）變壓器運行監視

6）實時報警

7）歷史事件查詢

8）電能質量監測

9）遙控操作

10）用戶權限管理

11）通訊狀態圖

12）視頻監控

13）用戶報告

14）APP支持

4.5系統硬件配置清單