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1、2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室第第6 6章章 远方抄表与电能计费系统远方抄表与电能计费系统l6.1 电能表的发展和现状电能表的发展和现状l电电能能表表发发展展过过程程：机机械械式式电电能能表表机机械械电电子子式式电电能能表表电子式电能表。电子式电能表。l机机械械式式电电能能表表：通通过过电电磁磁感感应应驱驱动动机机械械转转动动，机机械械表表盘盘转转动动圈圈数数反反映映了了用用户户用用电电量量；可可靠靠性性高高，抗抗干干扰性好，但测量精度不高，功能单一。扰性好，但测量精度不高，功能单一。l电电子子式式电电能能表表：测测量量精精度度高高、性性能能稳稳定定、功功耗耗低低、体积
2、小、功能丰富。体积小、功能丰富。l机机械械电电子子式式电电能能表表：在在机机械械式式电电能能表表基基础础上上加加入入电电子线路，性能介于上述两者间。子线路，性能介于上述两者间。l电子式电能表优点多，是一种应用趋势。电子式电能表优点多，是一种应用趋势。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室6.2 电子式电能表电子式电能表l类型：类型：热电转换型、模拟乘法器型、数字乘法器型，热电转换型、模拟乘法器型、数字乘法器型，其中数字乘法器型最适合于远方抄表技术。其中数字乘法器型最适合于远方抄表技术。l热电转换型：热电转换型：通过热电转换电
3、路，使热电偶输出与通过热电转换电路，使热电偶输出与平均功率成正比。平均功率成正比。l模拟乘法器型：模拟乘法器型：包括分割乘法器、跨导型乘法器、包括分割乘法器、跨导型乘法器、霍尔效应乘法器。通过对电流、电压进行脉宽、幅霍尔效应乘法器。通过对电流、电压进行脉宽、幅度调制，或通过模拟乘法器实现。度调制，或通过模拟乘法器实现。l数字乘法器型：数字乘法器型：以微处理器为核心，由以微处理器为核心，由A/DA/D对输入对输入电流、电压进行交流采样和数字处理，功能多。电流、电压进行交流采样和数字处理，功能多。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护
4、研究室6.3 多功能电子式电能表多功能电子式电能表l1.1.多功能电子式电能表功能多功能电子式电能表功能1）用用电电计计测测功功能能：包包括括累累计计计计量量（W WP P、W WQ Q、W WS S）和和实时计量（实时计量（I I、U U、P P、Q Q、S S、f f）。）。2）监监视视功功能能：用用电电最最大大需需量量、防防窃窃电电监监视视，缺缺相相、断电指示、恢复供电时间记录、电压异常报警。断电指示、恢复供电时间记录、电压异常报警。3）控制功能：控制功能：复费率分时计费的时段控制。复费率分时计费的时段控制。4）管管理理功功能能：时时段段/费费率率计计费费管管理理、抄抄表表及及组组网网管
5、管理、负荷管理。理、负荷管理。5）存贮功能：存贮功能：实现对参数、事件的记录存贮。实现对参数、事件的记录存贮。6 6）自恢复和自检测功能：）自恢复和自检测功能：看门狗电路、硬件自检测看门狗电路、硬件自检测实现。实现。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2 2多功能电能表的电源多功能电能表的电源l电源形式：电源形式：交流电源、表内电池交流电源、表内电池(一般在停电时使用一般在停电时使用)。l1）交流电源交流电源l将将50 Hz交流电变换成表内电子电路所需的直流低电压交流电变换成表内电子电路所需的直流低电压（一般（一般5伏），几种变换方式：伏），几种变换方式：l（1）变压器降压直
6、接整流供电方式；）变压器降压直接整流供电方式；l（2）电阻或电容降压方式；）电阻或电容降压方式；l（3）开关电源方式；）开关电源方式；l（4）变压器降压加线性稳压电源。）变压器降压加线性稳压电源。l2）电池：电池：掉电期间充当电能表的电源，以维持时钟及掉电期间充当电能表的电源，以维持时钟及RAM 中中的数据，可选镉镍、锂可充电电池。的数据，可选镉镍、锂可充电电池。l3）电源切换：电源切换：掉电后，电源电压下降至某一值时，掉电掉电后，电源电压下降至某一值时，掉电检测电路动作，使电源切换到表内电池。检测电路动作，使电源切换到表内电池。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室6.4 抄
7、表技术综述抄表技术综述l1.1.抄表计费的几种方式抄表计费的几种方式l1 1）手工抄表；）手工抄表；l2 2）本地自动抄表；）本地自动抄表；l3 3）移动式自动抄表；）移动式自动抄表；l4 4）预付费电能计费；）预付费电能计费；l5 5）远程自动抄表。）远程自动抄表。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2.2.预付费电能计费方式预付费电能计费方式l需借助于预付费电能表的使用来实现。需借助于预付费电能表的使用来实现。l预付费电能表方式：预付费电能表方式：l1 1）投币式；）投币式；l2 2）磁卡式；）磁卡式；l3）IC卡式（卡式（Integrated Circuit Card)
8、。l磁卡、磁卡、IC卡预付费以卡上携带电量为基准，实施对卡预付费以卡上携带电量为基准，实施对用电的自动控制，变人工抄表收费为用户买电插卡用电的自动控制，变人工抄表收费为用户买电插卡用电，避免了收电费难现象。用电，避免了收电费难现象。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室预付费计费方式和远程自动抄表计费方式的比较预付费计费方式和远程自动抄表计费方式的比较l预付费计费方式只是一种过渡方式，原因如下：预付费计费方式只是一种过渡方式，原因如下：l 1)这种电能计费方式不能使供电管理部门及时了解这种电能计费方式不能使供电管理部门及时了解用户的实际用电情况和对电能的需求，因此难于掌握用户的
9、实际用电情况和对电能的需求，因此难于掌握用电规律、确定最佳供电方案。用电规律、确定最佳供电方案。l 2)采用预付费方式，需要改革供电部门的售电机构，采用预付费方式，需要改革供电部门的售电机构，还要广设售电网点，这会带来大量的新问题。还要广设售电网点，这会带来大量的新问题。l 3)拖欠电费的现象主要是法律不健全、法律观念差拖欠电费的现象主要是法律不健全、法律观念差造成的，应通过法律途径来解决，而不是拉闸限电，造成的，应通过法律途径来解决，而不是拉闸限电，随着电力企业走向市场，拉闸限电不仅对用户，而且随着电力企业走向市场，拉闸限电不仅对用户，而且对供电企业均会造成一定的经济损失。对供电企业均会造成
10、一定的经济损失。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室l4)自动抄表电能计费方式显然是一种自动化程自动抄表电能计费方式显然是一种自动化程度更高、更先进的计费方式。度更高、更先进的计费方式。l它便于将计算机网络和营业管理相结合，成为它便于将计算机网络和营业管理相结合，成为配电自动化系统的一部分。配电自动化系统的一部分。l而且不久还可望发展成为自动抄表结合银行计而且不久还可望发展成为自动抄表结合银行计算机联网的收费方式，实行银行票据自动划拨，算机联网的收费方式，实行银行票据自动划拨，从而更有效地确保电力企业的合法权益，到那从而更有效地确保电力企业的合法权益，到那时预收费装置也就失去
11、了其使用价值。时预收费装置也就失去了其使用价值。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室l 但是，远程自动抄表系统需要建立通信网络，但是，远程自动抄表系统需要建立通信网络，增加了系统的复杂性，而且建设费也较大，而增加了系统的复杂性，而且建设费也较大，而预付费电能计费方式则无须建设通道。因而在预付费电能计费方式则无须建设通道。因而在一些偏远并且地线辽阔的地区一些偏远并且地线辽阔的地区(如新疆、青海如新疆、青海等地等地)，预付费电能表目前仍有其存在价值。，预付费电能表目前仍有其存在价值。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室6.5 6.5 采用采用ICIC卡电能表的预
12、付费系统卡电能表的预付费系统l1.IC卡电能表的组成卡电能表的组成IC卡预付费复费率电能表原理框图卡预付费复费率电能表原理框图电能采集部分完成电度采集与脉冲转换，微处理器完成电能采集部分完成电度采集与脉冲转换，微处理器完成脉冲计数，并与存入的脉冲计数，并与存入的IC卡电量信息比较，剩余电量不卡电量信息比较，剩余电量不足时发报警，为零时由漏电保安器跳闸。足时发报警，为零时由漏电保安器跳闸。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室ICIC卡的组成卡的组成l组成：组成：CPU、工作缓冲器工作缓冲器RAM、程序存储器程序存储器ROM、数据存储器数据存储器E2PROM、通信单元（实现卡与外
13、部读通信单元（实现卡与外部读写装置的串行异步通信）。写装置的串行异步通信）。lICIC卡功能：卡功能：lICIC卡预付电费；卡预付电费；l分时分时(峰、谷、平时段峰、谷、平时段)计量有功、无功电度并计费；计量有功、无功电度并计费；l分时计量有功、无功最大需求量；分时计量有功、无功最大需求量；l功率因数测量；功率因数测量；l提醒与跳闸；提醒与跳闸；l防窃电。防窃电。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2.2.预付费电能管理系统预付费电能管理系统 l售电终端功能售电终端功能：日常售电、用户查询、系统管理、打：日常售电、用户查询、系统管理、打印制表。印制表。中央级中央级售电终端售电
14、终端地区级地区级售电终端售电终端地区级地区级售电终端售电终端售电管理系统计算机网络售电管理系统计算机网络2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室6.6 自动抄表技术自动抄表技术l一一.本地自动抄表技术本地自动抄表技术l采用携带方便、操作简单可靠的抄表微机来自动完采用携带方便、操作简单可靠的抄表微机来自动完成抄表编程工作。成抄表编程工作。l实现方法：实现方法：以红外线作通信媒体，将某一区域内电以红外线作通信媒体，将某一区域内电能表的各项数据集，传输到抄表集中器，再用便携能表的各项数据集，传输到抄表集中器，再用便携式掌上电脑将数据
15、抄回。式掌上电脑将数据抄回。l掌上电脑功能：掌上电脑功能：实现仪表数据的现场记录、现场设实现仪表数据的现场记录、现场设置智能仪表特定参数或原始数据、与中心站计算机置智能仪表特定参数或原始数据、与中心站计算机系统通信上传采集数据；可配微型打印机，直接打系统通信上传采集数据；可配微型打印机，直接打印收费通知单。印收费通知单。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室二二.远程自动抄表技术远程自动抄表技术(Automatic Meter Reading,AMR)l远方自动抄表是自动抄表技术随着通信技术的远方自动抄表是自动抄表技术随着通信技术的发展而产生。发展而产生。l自动抄表包括移动式手
16、持自动抄表仪、配电台自动抄表包括移动式手持自动抄表仪、配电台区集中式自动抄表和远方自动抄表系统。区集中式自动抄表和远方自动抄表系统。l从用途上，大致可以分为变电站、大客户和一从用途上，大致可以分为变电站、大客户和一般居民客户般居民客户3种类型。种类型。l电能表、采集器等电能量采集装置已经成熟，电能表、采集器等电能量采集装置已经成熟，其关键技术就是如何构建通信网。其关键技术就是如何构建通信网。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室l纵观当前远方自动抄表通信方式，大致有以下纵观当前远方自动抄表通信方式，大致有以下几种：几种：l(一一)有线方式有线方式l 有线方式包括有线电话网、有线
17、电视网和建有线方式包括有线电话网、有线电视网和建设专用通信网等。此技术成熟、简单，在通信设专用通信网等。此技术成熟、简单，在通信信道正常的情况下通信稳定可靠，可以实现即信道正常的情况下通信稳定可靠，可以实现即时通信。但对于建设专用通信网存在布线量大，时通信。但对于建设专用通信网存在布线量大，通信信道易受人为损坏，损坏后故障排除困难、通信信道易受人为损坏，损坏后故障排除困难、恢复慢恢复慢，信道后续维护量大等缺点。信道后续维护量大等缺点。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室l由一个采集终端通过由一个采集终端通过R5485总线采集几十块电总线采集几十块电能表的数据，电能表为具有能表
18、的数据，电能表为具有485输出口的电子表输出口的电子表或加装电能量数据采集模块的机械表。或加装电能量数据采集模块的机械表。l采集终端通过专用电缆采集终端通过专用电缆(如专用电话线如专用电话线)，将采，将采集的电能量数据送入集中器进行数据集中和处集的电能量数据送入集中器进行数据集中和处理，理，l抄收区域较大时多个集中器可以级联。抄收区域较大时多个集中器可以级联。l由最上一级集中器通过调制解调器接人公用电由最上一级集中器通过调制解调器接人公用电话网，由此传送到供电企业的电能量抄收中心。话网，由此传送到供电企业的电能量抄收中心。l一些多功能电能表亦可直接经一些多功能电能表亦可直接经R5485接口与一
19、接口与一级集中器连接。级集中器连接。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室l采用有线电话网或者有线电视网方式通常通采用有线电话网或者有线电视网方式通常通信质量较稳定可靠，维护量也较少，但系统运信质量较稳定可靠，维护量也较少，但系统运行合固定的基本费用，而且不能覆盖所有的用行合固定的基本费用，而且不能覆盖所有的用电区域，使用后易受制约，因而不利于长期规电区域，使用后易受制约，因而不利于长期规划和发展。划和发展。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室(二二)电力线载波方式电力线载波方式 最大的优点是网络自成一体，不涉及电力最大的优点是网络自成一体，不涉及电力企业以外
20、的部门。企业以外的部门。l一次性投资后，不再发生大的费用，即系统后一次性投资后，不再发生大的费用，即系统后续的运行费用以及维护费用都极少。续的运行费用以及维护费用都极少。l缺点是系统的安装和维护可能要求线路停电，缺点是系统的安装和维护可能要求线路停电，需要部门之间的协调，同时目前的需要部门之间的协调，同时目前的10kv电力载电力载波通信传输速率还比较低。波通信传输速率还比较低。l但是对于低压台区以下的拉表采用低压电力载但是对于低压台区以下的拉表采用低压电力载波逼信技术是完全适用的。波逼信技术是完全适用的。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室（三）无线方式自动秒表技术（三）无线
21、方式自动秒表技术l美国早在美国早在20世纪世纪70年代已开始使用无线集中抄年代已开始使用无线集中抄表系统，它是在每块电能表内安装一块微处理表系统，它是在每块电能表内安装一块微处理芯片，负责收集和存储电能表的累计电能量。芯片，负责收集和存储电能表的累计电能量。另安装一个微型收、发信机。另安装一个微型收、发信机。l抄表员通常持车载式无线抄表器到各个区域抄表员通常持车载式无线抄表器到各个区域(半径为半径为1km左右左右)进行分区集中抄表，然后回进行分区集中抄表，然后回到电力公司将拉录的数据输入到数据处理机进到电力公司将拉录的数据输入到数据处理机进行集中处理。行集中处理。l这种系统的每块电能表附加成本
22、较高且只能这种系统的每块电能表附加成本较高且只能为收费提供数据，不能提供用电管理所需的实为收费提供数据，不能提供用电管理所需的实时信息。时信息。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室(四四)无线通信网方式无线通信网方式l目前公共移动通信网技术有全球性移动通信目前公共移动通信网技术有全球性移动通信系统系统(Global Syetem of Mobile Communication,简称简称GSM)和通用无线分组和通用无线分组业务业务(General Packet Radio Service，简称简称GPRS)以及以及3G等。等。l目前的目前的GSM数据服务是基于电路交换技术并提数
23、据服务是基于电路交换技术并提供供9.6kb/S和和14.4kb/S的最大用户传输率。的最大用户传输率。l该服务针对中间接口，利用加密识别技术为通该服务针对中间接口，利用加密识别技术为通信双方提供高级安全保障。该服务还可以提供信双方提供高级安全保障。该服务还可以提供短信息服务短信息服务(SMS)，信息最长可达信息最长可达160字符，并字符，并可将可将4个不同的信息连续发出。个不同的信息连续发出。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室lGPRS是在常规是在常规GSM和第三代和第三代(3G)移动电话技移动电话技术之间派生的技术。术之间派生的技术。GPRS通信采用与通信采用与GSM相相
24、同的频带并共享相同的基地设备，而其收发器同的频带并共享相同的基地设备，而其收发器则采用与则采用与GSM不同的形式。不同的形式。l3G(第三代移动电话服务第三代移动电话服务)采用更高的工作频采用更高的工作频率。最大数据通信容量可达率。最大数据通信容量可达2M。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室远程自动抄表技术的特点远程自动抄表技术的特点l特特点点：利利用用公公共共电电话话网网络络、负负荷荷控控制制信信道道或或低低压压配配电电线线载载波波等等通通信信联联系系，将将电电能能表表数数据据自自动动传传输输到到计计算机电能计费管理中心进行处理。算机电能计费管理中心进行处理。l优优点点：
25、不不需需现现场场人人员员；提提高高抄抄表表的的准准确确性性、及及时时性性；杜绝少抄、误抄、漏抄等问题。杜绝少抄、误抄、漏抄等问题。l实现方法：实现方法：在普通电能表内加装自动抄表单元。在普通电能表内加装自动抄表单元。l1.远程自动抄表技术的发展远程自动抄表技术的发展l远远程程自自动动抄抄表表电电量量计计费费系系统统：集集中中式式分分布布式式网网络式络式开放式。开放式。l电电能能表表数数据据采采集集：集集中中式式脉脉冲冲处处理理方方式式分分布布式式直直接传送方式接传送方式。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室1)集中式脉冲处理式电能表特点集中式脉冲处理式电能表特点（1）电能表以
26、脉冲计数方式输出电量，不具备）电能表以脉冲计数方式输出电量，不具备数字传输能力；数字传输能力；（2）可靠性差，远程运输需中间设备；）可靠性差，远程运输需中间设备；（3）电能表的数据下载、报警、信息上报等功）电能表的数据下载、报警、信息上报等功能较难实现；能较难实现；（4）新型智能电能表在该方式下无法有效发挥）新型智能电能表在该方式下无法有效发挥其功能；其功能；（5）抗干扰性差。）抗干扰性差。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2)分布式直接传送式电能表特点分布式直接传送式电能表特点（1）数据采集中心与多功能电表之间直接数据）数据采集中心与多功能电表之间直接数据通信；通信；（2
27、）可实现多种通信方式；）可实现多种通信方式；（3）电能表具有采集、储存、处理数据等功能，）电能表具有采集、储存、处理数据等功能，电能表间可互为备用；电能表间可互为备用；（4）可对电能表预先编程，定时或事件发生时）可对电能表预先编程，定时或事件发生时主动上报电能表本身状态信息。主动上报电能表本身状态信息。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2远程自动抄表系统的组成远程自动抄表系统的组成l组成：具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、组成：具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、抄表交换机、中央信息处理机。抄表交换机、中央信息处理
28、机。l1）电能表）电能表l脉脉冲冲型型：分分电电压压型型(传传输输距距离离近近，三三线线传传输输方方式式)、电流型电流型(传输距离远，两线传输方式传输距离远，两线传输方式)。l智智能能型型：分分RS-485通通信信接接口口型型、低低压压配配电电线线载载波波通信接口型。通信接口型。l2）抄表集中器）抄表集中器l将将电电能能表表数数据据集集中中后后，通通过过电电力力载载波波或或其其它它通通信信方式上传。方式上传。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室l3）抄表交换机）抄表交换机l收集抄表集中器的数据，然后通过公用电话收集抄表集中器的数据，然后通过公用电话网或其他方式上传到计费中心计
29、算机网络。网或其他方式上传到计费中心计算机网络。l4）中央信息处理机）中央信息处理机l整整个个远远程程自自动动抄抄表表系系统统的的管管理理层层设设备备，可可由由单单台台计计算算机机或或计计算算机机局局域域网网配配合合相相应应的的抄抄表表软件构成。软件构成。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室3.自动抄表系统的远程传输通道自动抄表系统的远程传输通道l远传通道方式：远传通道方式：l1）电能表到抄表集中器、抄表集中器到）电能表到抄表集中器、抄表集中器到抄表交换机间：抄表交换机间：RS485、低压配电线载低压配电线载波等。波等。l2）抄表交换机到电能计费中心计算机系）抄表交换机到电能
30、计费中心计算机系统间统间：电话线、无线电台方式。：电话线、无线电台方式。l具有负荷控制装置时，可利用集中式负荷具有负荷控制装置时，可利用集中式负荷控制系统定时集中抄表，但应用有一定局控制系统定时集中抄表，但应用有一定局限性。限性。2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室基于四级网络远程抄表系统基于四级网络远程抄表系统2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室基于三级网络远程自动抄表系统基于三级网络远程自动抄表系统2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室基于无线电台的远程自动抄表系统基于无线电台的远程自动抄表系统2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室实现防窃电功能的远程抄表系统实现防窃电功能的远程抄表系统2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室作业作业l电子式电能表类型电子式电能表类型l抄表方式分类抄表方式分类l远程自动抄表电能计费系统的组成远程自动抄表电能计费系统的组成及系统结构及系统结构l构造一个小区远程自动抄表系统的方案：构造一个小区远程自动抄表系统的方案：30栋楼、3单元/栋电度表类型远程抄表系统组成、结构与框图各环节通信方式2022/12/6中国矿业大学智能电器与微机保护研究室