崇茂科技GPRS模块电力远程自动抄表系统解决方案

GPRS远程抄表的中心议题：
    * 系统结构
    * 系统组成
    * 系统详细功能
    * 本系统的特点

前  言
       
远程抄表系统是把变电所安装在各条线路上的电能计量表及主变压器电能表读数，在同一时间或人工随机选定的时间抄录下来，并及时准确的传送到电力管理部门的主控计算机。电力管理部门的工作人员能够对收到的数据进行分析，以便及时发现电网供电量异常，分析原因及时调整，最大限度的减少电量损失。个别用户可能偷电现象比较严重，检查时又无法取得证据，给电厂造成严重的经济损失。更有甚者，打起偷盗变压器的主意，给供电部门造成了具大的经济损失。如何对可疑用户进行实时用电监控，发现用电异常及时报警，如何防在有人偷盗变压器时给相应管理部门及时的报警，以成为供电部门亟待解决的问题。
       
目前各变电所每天有专人定时用统一表格抄写各线路及主变电能表读数，每周电力销售中心派专车专人去各变电所收取其报表，回来后人工对数据进行统计分析。这种传统方式，既耗费大量的人力物力，又无法避免手工抄写和计算带来差错，更重要的是对数据的处理分析也滞后一周，不能及时发现问题、解决问题。
       
针对以上问题南京崇茂科技有限公司设计研发了远程无线自动抄表系统。本系统无线网络抄表终端采用了当今先进的FLASH闪存技术、其单片机采用实时操作系统、在抗干扰和避免死机方面采用了看门狗电路技术、在数据传输方面采用了当今成熟的GPRS无线数字通信技术，保证了数据传输的稳定性、可靠性、准确性和及时性；另外在用电数据分析中采用了先进的运筹优化技术，对接收的数据进行统筹分析，不但能及时发现用电网络所出现的异常问题，对盗电，盗变压器给予及时有效的报警，而且对今后工作的决策也能提供有力的支持。

1  系统结构

本系统包括三个子系统即无线远程自动抄表子系统和通信管理系统和用电分析管理子系统。

1.1  电力远程自动抄表子系统

该子系统包括无线远程抄表终端和手持红外抄表仪两部份。 
抄表终端由单片机、工业级无线数传模块、485通讯接口模块和抄表控制软件组成。

1.2  通信管理子系统

通信管理子系统由工控机、无线数传装置、打印机和远程抄表管理软件组成。

1.3  用电分析管理子系统

 对用电客户进行管理，利用无线远程抄表数据，通过运筹优化技术和统计分析技术来及时发现问题。

系统结构示意图

2  系统组成

2.1  无线远程抄表终端
       
本终端由定制的箱体挂装在变压器上。并对变压器出口端进行封装保护，非法用户打开封装将触发报警。多功能电量通过485与单片机相连。单片机通过RS232与GPRS透明数据传输终相连。电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络，通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。实现对电表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的电表数据实时传送到配电中心；同时，还可将配电中心发送的遥控指令传给电表控制模块，对电表进行控制操作。

2.2  通信管理子系统
       
配电中心服务器申请配置固定IP地址，采用省移动通信公司提供的APN专线，与GPRS网络相连。由于APNN专线可提供较高的带宽，当电表数据采集点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。

配电中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到配电中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。

配电中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对电力数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证电力局的合法收益。

2.3  用电分析管理子系统

针对用户客户进行管理，按月计算电量、按费率进行出帐，对抄上来的数据进行分析。

2.4  GPRS通信选择

抄表终端使用移动通信公司统一的STK卡，同时配电中心对各电表数据采集点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。各电表数据采集点运行系统软件，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的电表数据。

凡电力局授权的信息采集点均可以使用本系统：
     1)、电表数据采集点必须使用移动统一的STK卡，用户使用本卡只能用于与配电中心的数据通信功能。 
     2)、用户登记：符合电力局的规定。

推荐市县级配电中心通过APN接入到移动GPRS网，这种方式成本比较低，安全性比较高，而且速度和网络服务质量都保障.

2.5  系统安全措施
      
由于电力远程抄表系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

1)、APN专网模式：利用SIM卡的唯一性，划定用户可接入某系统的范围，可以有效避免非法入侵。采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，在网络侧对SIM卡和APN进行绑定，只有属于指定行业的SIM卡才能访问专用APN。普通手机号的GPRS终端无法呼叫专门的APN。

2)、对于特定用户，可通过数据中心给每个移动终端分配特定的用户ID和密码，其他没有数据中心分配的用户ID和密码的移动终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

3  系统详细功能

3.1   抄表终端主要功能

数据采集：
Ua、Ub、Uc、Uab、Uac、Ucb、Ia、Ib、Ic、In三相有功功率及总有功功率；
总无功功率；
三相功率因数及总功率因数；
最大需量（总有功功率）及发生时间；测量周期为一个月。
 
冻结电量和冻结时间及三个时间段（停用时间、备用时间、使用时间）（以分钟为单位，累计到一个月）；当终端为停电状态为停用时间；当三个电流均小于启动电流时为备用时间；其余时间为使用时间；当日三个时间段随定时抄收和主动抄收一并上传给上位系统，当月三个时间段随表数一起冻结，在冻结电量抄收时一起抄回。

报警功能：
断相报警； 
失压报警；
过压报警； 
欠压报警； 
计量箱门开关报警；
互感器二次接线盒开关报警；
停电报警；
上电报警； 
超CT比值报警；
功率因数异常报警
数据采集异常报警

设置功能：
内部带有日期和时间时钟，并支持上位系统对时功能。
贮存当前月的冻结电量和冻结时间及三个时间段；并支持上位系统的冻结日设置功能。
冻结日时间只需设定日、时、分、秒。每月到冻结时间时自动冻结数据。
未到本月冻结时间时，传送给上位系统的冻结数据均为上月数据。
红外抄收仪能抄收到电表号、总有功电量、总无功电量、三相电压、三相电流、抄收时间。
对同一电表抄收时，后抄收成功的纪录要覆盖前一次的纪录。
红外抄收仪可以保存100条记录。

3.2  通信管理子系统和用电管理子系统

数据召测及显示模块
即时手工召测功能
召测及显示内容包括：
电表读数；
A、B、C三相相电压、线电压；
A、B、C三相相电流、线电流、中线电流；
A、B、C三相有功功率；
A、B、C三相功率因数、总功率因数；
视在功率、总有功功率、总无功功率；
频率；
电表终端时间；
冻结电量和冻结时间及三个时间段（停用时间、备用时间、使用时间(以分钟为单位，累计到一个月，以冻结时间为切断点)；
当日三个时间段随定时抄收和主动抄收一并上传，当月三个时间段随表数一起冻结，在冻结电量抄收时一起抄回。最大需量及发生时间；
定时自动召测功能
召测及显示内容包括：同即时手工召测功能的内容。

数据设置模块
电表校时
冻结日设置
定时召测时间设置：时间设置以10分钟为最小设置间隔时段，设定范围：10分钟~240分钟。
冻结后的第一天4点钟进行一次抄收冻结数据一次，并将数据保存到数据库。

报警模块
实时报警：
瞬时显示当前电表终端的报警。(响应时间〈 20秒〉
报警内容包括：
停电报警信息内容包括：电表号、用户名称、停电时间、停电读数。
上电报警信息内容包括：电表号、用户名称、上电时间、上电读数。
电表箱门开启报警；信息内容包括：电表号、用户名称、开关时间、开关状态。
互感器二次接线盒开启报警；信息内容包括：电表号、用户名称、开关时间、开关状态。
断相报警信息内容包括：电表号、用户名称、报警时间、哪相断相。
失压报警信息内容包括：电表号、用户名称、报警时间、哪相失压。
超CT比值报警
功率因数异常报警；
电表异常报警；
数据采集异常报警
当日所有报警

查询模块
电表终端数据查询
根据用户名称（电表号，用户代码）和开始、结束时间，可查询、电表厂家和电压、电流、功率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、电表读数数据。
冻结电量查询
根据月份段和可选输入的用户名称，可查询月份段内的所有电表的冻结电量和冻结时间及月损耗和三个时间段。
报警查询
根据电表号和开始结束时间，可查询用户名称、电表厂家和报警时间及报警相应内容。
根据线路名称可查同线路报警信息。
根据起止时间段和选定报警类型查询符合条件内的报警
电表资料查询
根据用户名称（用户代码）可查询电表序列号、ID号、用户名称、安装时间、安装读数、电表型号、生产厂家、安装类型、用户编码。

数据曲线模块
电压曲线
显示A、B、C三相相电压、线电压曲线。并可通过起始和结束时间查询这段时间内的曲线。如果这段时间没有数据，时间横轴位置不改变。
电流曲线
显示A、B、C三相相电流和中线电流曲线。并可通过起始和结束时间查询这段时间内的曲线。如果这段时间没有数据，时间横轴位置不改变。
视在功率、总有功功率、总无功功率、总功率因数、A、B、C三相功率因数、频率曲线。如果这段时间没有数据，时间横轴位置不改变。

数据存储模块
召测数据存储
即时召测、定时召测的数据存储到数据库中。
报警存储
符合正常时间内的报警信息存储到数据库中。
冻结电量和冻结时间及三个时间段存储。
红外手抄仪抄收的数据能存储到数据服务器的数据库中。

电量计算模块
电量计算考虑更换互感器和电表情况的连续计量问题。
电量计算考虑存在特殊情况时，可录入追补电量及原因。
电量计算考虑总表携带分表形成多用户计量问题，并最后得到每个用户的电量数据。
实现变压器低压计量损耗自动计算。
月变压器损耗电量以变压器型号、容量为依据，通过三个时间段计算。

电表出帐模块
可采用批量出帐或单个出帐或任意选定部分电表出帐
审核、批审功能
预览、打印功能
票览、打票功能

4  本系统特点

4.1  实时性强：

由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

4.2  可对电表设备进行远程控制：

通过GPRS双向系统还可实现对电表设备进行远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。

4.3  建设成本少低：

由于采用GPRS的无线公网平台，只需安装好设备就可以，不需要为远程抄表进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；

4.4  集抄范围广：

GPRS覆盖范围广，在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以完成对集抄的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

4.5  系统的传输容量大：

配电数据中心要和每一个电表数据采集点保持实时连接。由于电表数据采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

4.6  数据传送速率高：

每个电表数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

4.7  通信费用低：

采用包月计费方式，运营成本低。

5  总结
       
对于电力部门来说，远程变电站抄表一直是一件非常头疼的事情，需要投入大量的人力、物力和财力。因为变电站数量众多，地理位置分散，给工作人员带来极大的不方便。电力公司也可利用GPRS移动数据网络对各重要电力节点进行监控,自动读取相关数据并加以分析，还可进一步进行远程控制或设备维护，可减少人力资源、缩短修护时间并节省专线建设成本。