【产品知识】智能卡的远程费控电能表的设计与应用研究

    电力行业作为我国经济发展中重要行业，其地位是十分重要的。电力企业的供电质量、服务水平以及服务方式的升级已成为电力行业发展的主要方向。随着信息化的普及，电力全覆盖、费用全控制已逐渐成为我国电力行业发展的重要目标。电力企业的计费、收费系统开始向智能化转变。美国于2003年提出了“电网2030规划”，其目的是进智能电网的建设，实现数字化供电服务，并于科罗拉多州建设了一座智能电网城市。欧盟则是依据一整套能源政策，积极推动绿色能源的发展。欧盟的智能电网依靠各类终端对公共部门、写字楼的用电情况进行监测，逐渐改变了客户的用电习惯。中国在智能电网领域也在积极地开展与部署相关项目。中国电网以特高压电网为骨干网，各级电网进行协同，开展了“三集五大”的工作部署。我国电网行业正在加产业转型升级，实现电能表远程费控的全覆盖。

1远程费控电能表的关键技术

1.1远程费控电能表概述

     远程费控电能表一般包括数据采集、数据传输、电能计量、数据清零、数据存储、数据冻结、事件记录告警等功能。例如，三相用电的电能表计量功能，通常涉及三相电流和电压、频率的测量等等，并且还包括自定义费率的功能。远程费控电能表可以针对不同时段和不同时区进行效的费率定义，并且具备电量的监控功能，可以记录*近发生的失压、过压、掉电和上电等告警事件。

1.2智能无线通信技术

   电能表的通信控制网络采用的是基于窄带物联网(narrowbandinternetofthings，NB－IoT)的无线通信技术。NB－IoT的系统链路一般分为上行链路与下行链路。本文研究的NB－IoT系统取消下行通道链路。网络的上行链路采用相移键控(phase－shiftkeying，PSK)调制方式，并利用单载波频分多址技术对数据进行传输。为了提高覆盖增大效益，通常会设置成3．75kHz的子载波间隔，将传输速率设置在160kbit/s到200kbit/s之间。该网络主要是基于4GLTE的通信架构，可以满足低功耗和大连接的应用场景需求，并且在NB－IoT网络上实现用户电能数据直传至省主站系统的功能。NB－IoT可以部署在不同的无线频带上，分为独立部署、保护带部署、带内部署3种情况。NB－IoT物联网平台的架构如图1所示。

2远程费控电能表的硬件原理与设计

2.1远程费控电能表的功能与参数

   远程费控电能表具有计量功能、记录功能、监控功能和通信功能。电能表不仅能实现电能计量，还可进行费率的设置，同时可对功率、电压、电流、频率、相角、功率因数、视在功率等进行测量。通信功能是基于NB－IoT通信技术实现的，窄带(narrowband，NB)通信模组提供可查询的AT指令，用于查询数据流量。当每次连接上网络后，NB通信模组开始自动记录数据流量，直到连接断开才终止流量记录。NB通信的工作频段和天线接口特征阻抗的参数见表1，其覆盖频段较宽。电能表对于超过阈值的事件，会产生告警信息，并依靠通信技术将监控数据和存储信息传输到云平台上。

2.2远程费控电能表的硬件原理

   对远程费控电能表的硬件系统展开设计时，需根据其功能进行划分。电能表的硬件架构包含信号处理模块、电能计量模块、NB－IoT通信模块和外围电路模块，远程费控电能表基本硬件架构如图2所示。这些模块由硬件电路组成，由对应的软件程序进行功能的实现。电源模块为各个子模块供电，而辅助电源则用于防止因主电源的损坏影响电能表的正常监控功能。

2.3远程费控电能表的模块设计

3远程费控电能表的软件架构设计

3.1架构及程序设计

   电能表的软件架构设计是依据硬件电路系统而形成的，先设计核心主程序，再依照核心主程序一次性地设计各模块的子程序，其软件架构如图6所示。

3.2功能测试

   基于eSIM智能卡远程费控电能表的基本功能实验，主要是针对电能表核心功能进行展开。这些功能实验基本上与既定远程费控电能表的需求相契合。为了使远程费控电能表的基本功能满足正式上线的运行需求，利用主站的物联网系统对电能表进行控制。实现基于物联网表采集和通信的一体化资产管理，其基本实验项目结果见表2。

  *终，该远程费控电能表的系统框架图如图9所示，采用该远程费控电能表的实现方案，可利用NB通信直接与主站实现交互。远程费控电能表实现了电能数据的主动上传，可对电能数据进行实时监控，减少主站系统的运行采集压力。

4安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案

4.1概述

    用户端消耗着整个电网0.8的电能，用户端智能化用电管理对用户可靠、安全、节约用电有十分重要的意义。构建智能用电服务体系，推广用户端智能仪表、智能用电管理终端等设备用电管理解决方案，实现电网与用户的双向良性互动。用户端急需解决的研究内容主要包括：表计，智能楼宇、智能电器、增值服务、客户用电管理系统、需求侧管理等课题。

    安科瑞Acrel-3000WEB电能管理解决方案通过对用户端用电情况进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各分项用电的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，效节约电能，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。

4.2应用场所

（1）办公建筑（商务办公、大型公共建筑等）；

（2）商业建筑（商场、金融机构建筑等）；

（3）旅游建筑（宾馆饭店、娱乐场所等）；

（4）科教文卫建筑（文化、教育、科研、医卫生、体育建筑等）；

（5）通信建筑（邮电、通信、广播、电视、数据心等）；

（6）交通运输建筑（机场、车站、码头建筑等）。

4.3系统结构

4.4系统功能

1）实时监测

2）电能统计报表

3）详细电参量查询

4）运行报表

5）变压器运行监视

6）实时报警

7）历史事件查询

8）电能质量监测

9）遥控操作

10）用户权限管理

11）通讯状态图

12）视频监控

13）用户报告

14）APP支持

4.5系统硬件配置清单