電力自動化儀表技術能源數(shù)據(jù)采集對用電信息進行數(shù)據(jù)采集分析

[全]電力自動化儀表技術，能源數(shù)據(jù)采集，對用電信息進行數(shù)據(jù)采集

分析

近年來國內外許多國家都在大力開展電力信息采集器的研發(fā)工作，其

發(fā)展可謂之迅速。在我國，實現(xiàn)電能數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)管理的方法有很

多種，現(xiàn)行的采集方案及管理模式都是在特定場景下誕生的階段性產(chǎn)

物，在實際運行過程中由于現(xiàn)場環(huán)境的復雜和多變，通信成功率、準

確率、實時性都得不到可靠的保障，適用范圍也有一定的限制。因此

實現(xiàn)方便、尚效、智能、實時、穩(wěn)定的電力舊息米集器具有積極的

意義。

[0003]現(xiàn)有技術中也有解決此類問題的專利申請，如：

[0004]CN201210502090.5《一種具有采集功能的ONU設備》，

包括采集MCU模塊、存儲器、RS-485接口、以太網(wǎng)交換模塊和

ONU模塊芯片，采集MCU模塊分別與存儲器、RS-485接口、以太

網(wǎng)交換模塊連接，以太網(wǎng)交換模塊與ONU模塊芯片連接，RS-485

接口與采用DL/T645通信規(guī)約的電能表連接。這種設備可直接進行

電力信息采集，并且在本地通信網(wǎng)使用EPON技術實現(xiàn)光通信。

EPON網(wǎng)絡的高帶寬、高可靠性以及網(wǎng)絡化的應用將使得用電信息采

集系統(tǒng)的物理網(wǎng)絡具有極高的容量，可以很容易的拓展業(yè)務范圍和

內容，提供增值服務。

[0005]CN201110376408.5《一種多通信技術式電力信息采集控制

方法》，先用監(jiān)控系統(tǒng)啟動建立電力信息采集網(wǎng)絡節(jié)點檔案，將指

令數(shù)據(jù)通過通信接口配置下發(fā)網(wǎng)絡節(jié)點的物理端口號和地址，選擇

以太網(wǎng)的基于TCP/IP通信協(xié)議的通信網(wǎng)絡，硬件模塊即插即用；監(jiān)

控系統(tǒng)下發(fā)的指令經(jīng)信息采集控制單元判斷網(wǎng)絡節(jié)點的物理端口號,

自動配置進入通信模式，系統(tǒng)調用相應的通信組網(wǎng)協(xié)議后，系統(tǒng)完

成電力信息采集的通信網(wǎng)絡組網(wǎng)，實現(xiàn)基于多通信技術式電力信息

采集控制;其硬件組成結構合理，原理可靠，軟件配置科學，數(shù)據(jù)采

集準確，通訊成功率高，覆蓋范圍廣，可有效地實現(xiàn)對電力系統(tǒng)信

息采集的控制。

[0006]CN201210560527.0《一種表地址自動上傳抄表終端的搜集

方法》，啟動抄表系統(tǒng)，建立電力信息采集電能表檔案；下發(fā)命令

給抄表終端搜集所有電能表通信地址;抄表終端收到命令后給

RS485總線上所有的RS485電能表下發(fā)廣播命令抄收電能表通信地

址;RS485電能表收到廣播命令后開始延時，電能表依次按不同的延

時時間通過RS485總線通信向抄表終端自動上報各自的通信地址；

抄表終端收到所有上傳的通信地址并進行保存后將搜集的電能表通

信地址自動上報抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)表地址搜集;其工藝過程簡單，抄表

效率高，節(jié)省人力，數(shù)據(jù)可靠，便于工程施工調試人員系統(tǒng)調試。

[0007]CN201710254661.0《一種基于物聯(lián)網(wǎng)的電力信息采集與轉

發(fā)系統(tǒng)及設備》，該系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊，包括電能采集芯片，

用于采集用戶的電力信息;數(shù)據(jù)處理模塊，包括主芯片，用于處理所

述電能采集芯片傳輸?shù)乃鲭娏π畔?數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊，用于通過Wi-Fi

將所述電力信息轉發(fā)至云服務器并由所述云服務器轉發(fā)至移動終端

顯示。本發(fā)明集電力采集，處理，轉發(fā)于一體，結合云服務器與移動

終端，形成一個完整的物聯(lián)網(wǎng)架構，獲取數(shù)據(jù)不僅僅依賴智能電表，

用于可以通過移動終端獲取綜合全面的家庭用電狀況,有效避免電能

浪費才是升電能資源利用效率，響應國家的節(jié)能減排低碳生活的號召。

問題拆分

由兩大部分構成，一部分是以MCU控制模塊為中心的硬件平臺；另

一部分是以主站為中心的管理中心平臺，管理中心平臺能通過GPRS

模塊對采集器進行遠程管理，硬件平臺能通過485方式和載波方式

對智能表計進行數(shù)據(jù)采集并上報至管理中心，其特征在于，硬件平臺

包括嵌入式控制器電路、RS-485通信電路、GPRS通信電路、電力

載波通信電路、時鐘電路、顯示電路、電源電路、鍵盤輸入電路、JTAG

調試電路和存儲電路；采集器共采用了二種通信方式，二種通信方式

都采用串口進行數(shù)據(jù)通信，RS-485通信電路將信號調制成對稱的形

式以平衡發(fā)送的方式進行信號的傳輸，然后以差分的方式進行接收,

采用主從結構的半雙工通信模式。

問題解決

鑒于現(xiàn)有技術在通信穩(wěn)定性和線路干擾等方面還存在不足，本發(fā)明針

對這一個問題設計了電力信息采集器，設計的電力信息采集器在很

大程度上解決了通信穩(wěn)定性和線路干擾問題，通過集成多種通信方

式使得系統(tǒng)的適用范圍得到了很大的擴展，設計的電力信息采集器

具有很明顯的市場應用價值。本發(fā)明的目的提供一種能源計量數(shù)據(jù)在

線采集與監(jiān)控方法及系統(tǒng)。

圖1

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通川

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RS485UI4…、〉1JSAK13電源也路

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圖2

［0009］一種能源計量數(shù)據(jù)在線采集與監(jiān)控系統(tǒng)，由兩大部分構成，

一部分是以MCU(MicrocontrollerUnit)控制模塊為中心的硬件平

臺；另一部分是以主站為中心的管理中心平臺，管理中心平臺能通

過GPRS模塊對采集器進行遠程管理，硬件平臺能通過485方式和

載波方式對智能表計進行數(shù)據(jù)采集并上報至管理中心,硬件平臺包括

嵌入式控制器電路、RS-485通信電路、GPRS通信電路、電力載波

通信電路、時鐘電路、顯示電路、電源電路、鍵盤輸入電路、JTAG

(JointTestActionGroup)調試電路和存儲電路;采集器共采用了二

種通信方式，二種通信方式都采用串口進行數(shù)據(jù)通信，RS-485通

信電路將信號調制成對稱的形式以平衡發(fā)送的方式進行信號的傳輸,

然后以差分的方式進行接收，采用主從結構的半雙工通信模式;電力

載波通信電路是以電力線為傳輸介質的載波通信方式。

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[0010]進一步，GPRS通信電路設置成能拆卸的模塊，時鐘電路采

用時鐘芯片DS3231,通過12c總線與微控制器相連;系統(tǒng)通過對

FLASH的擴展來實現(xiàn)系統(tǒng)對存儲容量的需求，F(xiàn)LASH通過SPI

(SerialPeripheralInterface)總線和微控制器相連;電源電路采用電

源轉換隔離設置;存儲電路中的主控制選用外部FLASH存儲器；

圖4

[0011]進一步,采集器與智能表計之間的通信除了采用RS-485方

式外，還設計了以電力線為傳輸介質的載波通信方式，利用已有低

壓電力線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d波通信，載波電路由載波芯片、信號放

大電路、濾波電路、耦合電路、過零檢測電路、電源及限流電路六個

部分組成。

圖5

[0012]進一步，管理中心平臺與采集器之間建立的是問答方式的通

信，以管理中心平臺為主站，采集器為從站，采集器接收主站下發(fā)

指令并做出相應操作，采集器能主動向管理中心平臺上傳數(shù)據(jù)；電

表和采集器之間采用半雙工通信方式，采集器為主站，電表為從站,

采集器通過向電表發(fā)送指令來控制通信鏈路的建立和解除；電表和

采集器都具有唯一的通信地址。在通信主程序設計中，當采集器的

串口接收到管理中心下發(fā)的命令時，GPRS串口中斷接收標志位將

會被置位。

將檸隸成功中:春炎的為mJ的：

電表按蹴浮林為東抄錄成洸電:

表的m然中瀕

圖6

[0013]進一步,在通信主程序中，當檢測到GPRS串口中斷接收標

志位有效時，便會調用通信管理程序實現(xiàn)對管理中心下發(fā)數(shù)據(jù)的響

應；

[0014]首先判斷主站下發(fā)的數(shù)據(jù)是否成功接收，如果接收失敗則返

回，如果成功則對數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析并對數(shù)據(jù)的類型進行判斷;數(shù)據(jù)

的類型主要分為兩類，一類是對采集器的相關操作指令，一類是對

電表的操作指令;如果主站下發(fā)的指令是針對采集器的，則根據(jù)指令

信息做出相關操作并返回相關數(shù)據(jù)即可;若指令是對電表進行操作，

就必須進行協(xié)議轉換，轉換成電表能夠識別的下行通信協(xié)議，然后

調用本地通信程序，對電表發(fā)出相應指令信息，電表返回的數(shù)據(jù)在

發(fā)送給主站之前必須依據(jù)上行通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進行幀組裝。

圖7

處起始符468H）1字節(jié)

電表的喉?藥信地埴（6孑所

地址岐（A0-A5）

■起始符<68H>1字節(jié)

控制國C

數(shù)軍長^I數(shù)據(jù)信息的字節(jié)總數(shù)｛1字節(jié)）

數(shù)艇鼓DATA用尸數(shù)諼信息

校臉鴉CS前面所育字節(jié)模2S6的和（1家節(jié)）

結束修（16H）1字節(jié)

圖8

[0015]進一步，系統(tǒng)上電后首先進行初始化，配置相關變量，之后

會進入循環(huán)監(jiān)控任務，循環(huán)監(jiān)控任務通過對串口中斷信號的監(jiān)測以

及對系統(tǒng)時間和抄表時間的對比來更新相關標志位的狀態(tài)；當檢測

到滿足采集要求，將相應標志位置一指示當前需要采集的數(shù)據(jù)類型；

多任務狀態(tài)采集線程在檢測到各個狀態(tài)標志位有效時便會激發(fā)相應

抄表程序的運行；多任務狀態(tài)采集線程會根據(jù)設置好的參數(shù)對各項

抄表任務進行輪循，捕捉相關狀態(tài)量的變化，當檢測到相應標志位

處于有效狀態(tài)，便會啟動相應的抄表子程序。

[0016]進一步，抄表子程序是將組裝好的數(shù)據(jù)幀通過串口傳輸給智

能電表，接收電表返回的信息，根據(jù)電表返回的信息判斷是否需要

補抄并對抄表情況做好記錄;為了盡量實現(xiàn)100%可靠抄錄，每一個

抄表子程序都設計了補抄機制，第一次抄表失敗后將有兩次機會重

抄，如果重抄仍然失敗，則放棄抄表，并將抄表失敗標志位置位，記

錄下抄表失敗的時間和電表配置信息。

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圖10

[0017]進一步，抄表程序被調用后，485模塊/載波模塊將從休眠模

式切換到正常工作模式，然后調用數(shù)據(jù)處理模塊對下發(fā)的命令按照

DL/T645-2007協(xié)議進行幀組裝，組裝好的數(shù)據(jù)幀通過串口發(fā)送給

電能表;超時未接收到數(shù)據(jù)或是接收到的數(shù)據(jù)校驗不通過，則采用補

抄機制，反之則保存抄錄到的數(shù)據(jù)并置抄表失敗標志位為零;定時抄

收模式下，抄表完成后首先應對數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉換，之后調用遠程

通信程序將抄錄到的數(shù)據(jù)上傳至管理中心；如果是透傳任務，則不

需要對數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析，而是直接將數(shù)據(jù)轉發(fā)給管理中心，再由管

理中心站對接收到的數(shù)據(jù)進行雙重解析。

[0018]進一步，載波通信方式中的還增加了中繼自動抄表，如果開

啟中繼自動抄表功能，系統(tǒng)會對抄錄三次都失敗的電能表進行自動

中繼搜索；自動中繼搜索包括無窮搜索和半自動搜索兩種方式，無

窮搜索是通過對各載波電表的輪詢，利用排列組合的方法將所有可能

的中繼路徑都抄收一次，直到正確抄收為止;半自動中繼則是根據(jù)抄

收情況來設定中繼路徑，這樣可以排除一些不符合條件的中繼路徑,

提高中繼路徑搜索的準確性。

[0019]進一步，系統(tǒng)通信協(xié)議分為下行通信協(xié)議和上行通信協(xié)議；

[0020]下行通信協(xié)議采用DT/L645-2007協(xié)議標準,645規(guī)約的數(shù)

據(jù)幀格式中每幀包括起始符、從站地址信息、控制碼、數(shù)據(jù)長度、

用戶數(shù)據(jù)信息、檢驗碼和結束符。其中控制碼的低5位為功能碼，

反應了采集器下發(fā)動作指令的屬性，包括對電表數(shù)據(jù)、地址、通信速

率的讀寫，對電表數(shù)據(jù)、事件、最大需量的清零，及對電表數(shù)據(jù)的

凍結和廣播校時；

[0021]采集器在收到電表數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析并存儲，在

對數(shù)據(jù)包的解析過程中，如果發(fā)生錯誤，則將抄表失敗標志位置1,

表示抄表失??；

[0022]上行通信協(xié)議采用國家電網(wǎng)制定的Q/GDW376.1-2009,

376.1協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式中一幀數(shù)據(jù)包含四個部分:報頭文、用戶數(shù)

據(jù)區(qū)、幀校驗和和結束符;長度L由兩個字節(jié)組成，最低兩位DI、

D0為協(xié)議標識位，本協(xié)議分別用1和0來表示，長度L余下的14

位D2-D15用來反映用戶數(shù)據(jù)的長度，使用BIN編碼方式，是用

戶數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)總數(shù)和;幀校驗和是數(shù)據(jù)用戶區(qū)全部字節(jié)的八位位

組算術和；鏈路用戶數(shù)據(jù)層的功能碼由八位二進制碼組成，不同的組

合分別代表不同的服務功能，包括確認/否認報文、復位命令、身份

認證、鏈路接口檢測、參數(shù)設置、參數(shù)查詢、控制命令、數(shù)據(jù)請求、

文件傳輸和數(shù)據(jù)轉發(fā);其中請求數(shù)據(jù)類型主要分為3類:請求1類數(shù)據(jù)

即實時數(shù)據(jù)、請求2類數(shù)據(jù)即歷史數(shù)據(jù)、請求3類數(shù)據(jù)即事件數(shù)據(jù)，

這三類數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)標