２０１０年第４期 华中电力 第２３卷 电能计量与远程抄表应用研究 徐昊．刘友安 ４６４０００） ｆ信阳供电公司，河南信阳摘要：介绍了目前售电管理的几种方式，分析了传统的手工抄表、预付费系统和远程抄表系统等方式的优缺点和发展 方向。介绍了远程抄表系统的结构和特点，从电能计量装置、采集器、集中器、数据中心和各种通信方式阐述了远程抄 表技术的发展和应用现状。分析了传统机械式电能表、脉冲式电表、红外接口电能表和４８５接口的电子式电表等电能 计量装置的特点和相对应的采集器的数据采集模式，重点介绍了ＤＵＦ６４５电能表通信规约、电力线载波远抄、ＧＰＲＳ／ ＣＤＭＡ网络远抄等方式，研究了数据中心的建立及与银行的合作模式。指出远程抄表系统的发展方向。 关键词：电能计量；远程抄表；电能表通信；电力线载波 中图分类号：ＴＭ９３０．１２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—６５１９（２０１０）０４—００７２．０４ Ｐｏｗｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｍｅｔｅｒ Ｒｅａｄｉｎｇ ＸＵ Ｈａｏ．ＬＩＵ Ｙｏｕ－ａｎ （Ｘｉｎｘｏ￣ｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｙａｎｇ ４６４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｕａｌ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ，ｐｒｅ—ｐａｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｔｈｒｅｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｓａｌｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ，ｃｏＨｅｃｔｏｒ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ，ｄａｔａ ｃｅｎｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ，ｐｕｌｓｅ ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ，ｉｎｆｒａｒｅｄ ｂａｓｅｄ ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ ａｎｄ ４８５ ｂａｓｅｄ ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｏｆｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ＤＬ／Ｔ６４５ ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃａｒｒｉｅｒ ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｅｎｔｅｒ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｂａｎｋｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ；ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｃａｒｒｉｅｒ 智能电网概念的提出，对电力建设有很大的推 目前．比较多的抄表方式主要有三种： 动和指导作用。远程抄表作为电网智能化的基石， 它可以实时收集终端用户的电量信息，监控其工作 状态．实现有序用电、自动抄表和用电监控，同时为 （１）人工抄表模式。这是一种挨家挨户的抄表 方式，丁作量大，对居民用户的影响大，出错率高， 因此而容易引起纠纷。相对有些改进的手持红外抄 电网企业线损率管理、用电分析、负荷预测、电价评 估和营销决策提供有力的技术支持。 随着科学技术的发展，特别是电力电子技术， 电子技术。信息技术和元线网络技术的发展和成 熟，电力行业也逐步体会到科技进步带来的便利。 在抄表行业中，也经历了几个时代的发展，传统的 表器，利用红外数据传输用手持仪器对电表进行抄 表，虽然减少了出错率也节省了时间，但是仍需要 一家一户进行，没有发生根本性的进步。 （２）预付费系统模式。这是一种“先交费后用 电”的电力营销模式。工作过程为：用户持电卡到供 电部门去买电．供电部门收费后利用后台软件将相 手工抄表发展到预付费系统和远程自动抄表系统． 今后必将朝着信息化抄表和管理一体化的新的抄 表方式方向发展［１－４］。 收稿日期：２０１０—０４—３０ 作者简介：徐一应的电量数据写入到用户的电卡内．用户拿着电卡 在自己的预付费式电表上刷卡取电。电表实时比对 剩余电量，如卡内电量使用完则给用户停电嘲。 昊（１９７５一），男，河南省信阳人，工程师，研究方向为电能采集 ７２— 第２３卷 电能计量与远程抄表应用研究 ２０１０年第４期 预付费系统由于先交费后用电。彻底解决了收电 费难的问题，为电力部门带来了便利，是一种新颖的营 销模式。但是，正是这种先交费后用电的模式在法律上 并没有得到保证和许可，往往存在很多争议。技术上。 预付费采集的信息量有限，而且只有在买电和充电的 时候进行少量的数据交换，无法做到数据的大量采集， 更无法做到实时采集，要做到信息化管理就无从谈起。 （３１远程抄表模式。远程抄表系统也称集抄系 统，又称自动抄表系统，是指利用现代电子技术、信 息技术等实现电表、水表、燃气表、暖气表等表计仪 器的自动化远程抄送和处理的系统 远程抄表系统不但是技术进步、生产力提高的 表现，也是实现信息化发展和管理的一种营销模 式，具有重要意义。随着科学技术特别是电子技术 的发展数字化社会建设的进行．抄表也同样发生了 性的进步，出现了载波电表远抄系统、短消息 远抄系统和无线网络远抄系统等功能强大而成本 较低的信息化抄表系统。 ｌ远程抄表总体结构 如图１所示，远程抄表系统的组成部件有电能 计量装置，采集器，集中器，网络和数据中心。 远程抄表的基本方式为：每个电表或者每个电 表箱安装一个采集器，通过一定的数据接口和通信 协议，从电表上采集电能量等数据，一个区域内（比 如一个小区或者一个台区）所有的采集器采集到的 数据集中到集中器，然后通过一定的网络将数据传 送到数据中心 一 圈１远程抄表系统总体结构图 具体的远程抄表的结构多种多样．主要决定因 素是通信信道的选择。包括采集器和集中器之间的 底层通信以及集中器和数据中心的网络选择。目前 应用较多的有：（１）电力线载波远抄系统、（２）短消 息模式远抄系统、（３）ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ无线网络数据 传输系统、（４）基于Ｚｉｇｂｅｅ等短程无线网络和 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的远程抄表系统、（５）利用电脑的串口 通过４８５总线读表。还有其它多种方式。 ２ 电能计量装置和采集器 ２．１电能计量装置 目前，电能计量装置可以分为以下几种。 （１）传统机械式电表。这种电表已很少在新安 装项目中使用，但是仍然有一定数量的保有量。机 械式电表是通过电场产生磁场，对转盘产生一个力 矩而计量电能的，它是通过机械转轮来计量电量。 这种电表计数直观．但是数据是视觉上的而非电子 式，与其它电子仪器无法直接通信。 （２）脉冲式电表。这种电表分为电能测量部件和 脉冲部件。电能测量部件是感应式的，测量到的电量 的数据和机械式类同，数据接口则是采用脉冲的方式 输出。当电表有电流流过，相应的元件转动，触发脉冲 输出。对脉冲进行计数即可采集到电量等数据。 ｆ３）红外接口的电能表。这种电表是电子式电 表，测量到的数据保存到非易失性存储器中，通过 红外调制信号输出。用手持仪器或者其它对应的红 外数传仪器可以与这种电表进行通信，读取数据并 可以设置参数。 （４）４８５通信接口电子式电表。这是种新型的 工业级的电表，电压和电流通过表内的互感器降 压，小信号经过处理后送到模数转换部分．经过采 样保持和模数转换，把模拟量转换为数字量，再经 过表内的微型处理器计算和处理，算出有功无功等 电量数据，并保存到非易失性存储器中。这种表功 能强大，数据量丰富，可以实现复费率．可记录波峰 波谷。数据接口采用工业级的４８５接口，稳定可靠， 通信数据量大而方便，通用性强。 ２．２相对应的采集器 针对以上几种电表以及他们不同的数据接口， 采集器的方式也不尽相同。 ｆ１）对于机械式电表其电量的采集主要有三种 传感器即光感元件、霍尔元件和干簧管。机械式电 表上有一个转盘，有电量流过则会转动，而转盘的 转速是和功率成正比的。比如有的电表标示１６００ ｒ／（ｋＷ・ｈ），表示每走一度电电表要转１６Ｏ０转。电表 的转盘上有一个黑点，每次转动都会经过电表表 面。因此，要采集机械式电表数据量，可以使用光感 元件。在电表转盘表面处安装一个传感器，传感器 的一侧发射一定频率的光线，一般为不可见的红外 线，另一侧则为接收部分。由于转盘是易于反光的 铝盘，对光线有反射，而黑点处则不会反光．根据这 个特点自动计量电表转盘的转数。也有的是在电表 转盘上安装一个小型的磁性元件，在表外安装一个 霍尔元件或者干簧管，当磁性元件经过霍尔元件或 者干簧管时触发一次，这样就可以记下电表的转 一７３— ２０１０年第４期 华中电力 第２３卷 数；这种采集器虽然技术比较成熟。但是转盘的黑 点和反光部分比较难以区别，容易造成计数错误而 读错数据：并且要有专门的处理器或者计数器对转 数进行计量，系统消耗较大。对于不同厂家的电表， 其电量常数不一样．即每用一度电．转盘的转数是 不一样的。这就要求针对不同的电表也要有不同的 专门采集器来采集数据。 （２）脉冲式电表，其接口输出的是一种脉冲。脉 冲数据类似于机械式电表的转盘。例如电表上标示 着６ ０００ ｉｍｐ／￣Ｗ・ｈ），表示接口每输出６０００个脉冲 就走了一度电。由于脉冲接口的电压不是普通的 ５Ｖ级别的电子系统电压，而且为了减少各个仪器 之间的干扰，需要有一个光电耦合隔离。因此，采集 器中需要安装一个光电耦合隔离器．防止电磁干 扰。同样，这种采集器也需要专门的计数器或者微 处理器进行计量脉冲数，要求附加器件多。脉冲式 电表的电量常数也不同．也需要针对不同厂家的电 表而对采集器做相应的调整。 （３）红外接口的电表，多用于手持抄表器，在远 程自动集抄系统中应用不多。可使用红外通信元件 直接读取电表内存储的电量数据。 （４）４８５接口的电表是全电子式的电表，数据 通用性强。４８５电表已经形成了成熟的电子式电能 表通信规约，应用范围广。对４８５电表进行数据采 集很简单。只要增加一个４８５接口即可，而采集器 和电表之间的数据接线也只需要一根双绞线。 ２．３ ＤＬ厂ｒ６４５电能表通信规约 ４８５接口的电表通信较简单，采用４８５转换芯 片与单片机的串行口连接，用一个Ｉ／Ｏ口选择接收 或发送即可。４８５接口电表的通信规约为Ｄ１ ６４５ 电能表通信规约。该电能表通信部颁规约有１９９７ 版和２００７版，目前大部分用１９９７版。而新产品启 用２００７版。 该规约的字节格式为：每字节含８位二进制 码，传输时加上一个起始位（０）、一个偶校验位和一 个停止位（１）共１１位。Ｄ０是字节的最低有效位，Ｄ７ 是字节的最高有效位。初始速率采用１２００ｂｐｄ，先 传低位，后传高位。 读取电表数据还有固定的帧格式．以６８Ｈ开 头。比如，读取电表点总电量的指令为： ６８ ＤＦ ０１ ２３ ４５ ５Ｄ ＤＦ ６８ ０１ ０２ ４３ Ｃ３ ５Ｄ １６Ｈ ＤＦ ０１ ２３ ４５ ５Ｄ ＤＦ为电能表地址。 ——７４—— 说 明 代码 位 帧起始符 ６８Ｈ Ａ０ Ａｌ Ａ２ 地址域 Ａ３ Ａ４ Ａ５ 帧起始符 ６８Ｈ 控制码 Ｃ 数据长度域 Ｌ 数据域 ＤＡＴＡ 校验码 ＣＳ 结束符 １６Ｈ 图２ 电表通信字节格式和帧格式 在新出的部颁规约ＤＬ／Ｔ６４５—２００７中．初始通 信速率采用２４００ｂｐｄ，数据标识由１９９７版的２个 字节变为４个字节，并且标识码也不同。 以上的读表指令在２００７版规约中则应该为： ６８ ＤＦ ０１ ２３ ４５ ５Ｄ ＤＦ ６８ ０１ ０４ ３３ ３３ ３３ ３３ ２６ １６Ｈ ＤＦ Ｏ１ ２３ ４５ ５Ｄ ＤＦ为电能表地址。 图中相关的术语和细节请参阅参考文献ｆ８１和 『９］，这里不再赘述。 ３集中器和数据中心 集中器的方式决定于采用的通信方式，包括与 采集器之间的通信和与数据中心的通信。由于集中 器收集的是一个小区或者一个台区的电量数据，距 离较近．所以大多采用４８５总线与采集器通信，而 与数据中心的距离较大且数据通信为更高层次的 通信．因此采用电话线上网或者专用网线等 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术或者ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ等高级无线网络。 数据量的增加和采集系统的智能化发展都要 求数据中心不仅仅局限于数据的收集和统计，而要 具备数据共享、数据分析、数据挖掘能力及与诸如 银行数据网等其它数据相衔接的功能㈣。数据中心 可以与自助缴费系统联网，用电客户可以在自主缴 费终端上自行操作缴纳电费，也可通过签约银行的 网上银行和手机银行等新型系统来实现方便快捷 地缴费。客户也可通过网络等途径查看自己的用电 状况 第２３卷 电能计量与远程抄表应用研究 ２０１０年第４期 ４几种有代表性的远抄系统 ４．１ 电力线载波远程抄表系统 一＿厂 磁 图３电力线载波远抄系统 如图３所示．电力线载波集抄系统主要组成部 分有：电能表、采集终端和后台管理系统［９１。采集终 端具备与电表的通信功能和载波调制解调功能。采 集器将从电表采集到的数据经过编码，调制后加载 到电力线上，数据信号通过调制的高频信号沿电力 线传输，像广播一样发送数据。集中器是一个台区 的总站，收集整个台区的所有信号，经过解调后恢 复为数字信号，经过一定的网络传给后台管理系 统。这种方式主要以一个小区或者一个台区为集 合，统一集合数据后传输给后台。目前，随着技术的 进步，已经实现了跨台区数据传输。 ４．２ ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ无线远程抄表系统 无线网络ＤＴＵ（Ｄａｔａ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔ数据终端 单元）功能强大，采用ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ等公共无线网 络实现网络的建立和数据的传输。这样的系统以 ＧＰＲＳ系统为最具代表性。无线ＧＰＲＳ电力远程抄 表系统具备如下特点：不需要为多表集抄专门布 线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；无 论在多远的地方，只要可以上网就可以完成对集抄 的控制和管理：基本硬件平台扩展潜力巨大，可以 方便地扩展到水、燃气等设备的集抄。 图４ ＧＰＲＳ远抄系统结构图 ＧＰＲＳ电力集抄系统利用中国移动现有的 ＧＰＲＳ／ＧＳＭ网络，电表和后台系统的所有交换信息 通过中国移动的数据通信网关，远程抄表系统数据 中心申请固定ＩＰ地址，在移动的数据通信网关和 数据中心之间申请ＶＰＮ。所有电表经过无线智能 集中器通过ＧＰＲＳ网络连至数据中心。实现电表数 据和数据中心系统的实时在线连接。居民用户的用 电数据由复费率电表通过４８５传到无线智能集中 器，集中器通过ＲＳ２３２口将数据传至ＧＰＲＳ终端并 通过ＧＰＲＳ网络传送至数据中心的电量管理系统。 ５ 总结 远程抄表系统要达到可靠、准确运行的要求， 必须解决其计量的准确性和可靠性的问题．而要真 正解决准确性及可靠性问题，就需要改变传统的机 械式转轮电表和以脉冲信号累计为计量方式的抄 表方式。近年来市场上推出了无源总线制的智能型 直读式抄表系统，这种直读式抄表系统对脉冲式电 表有了一定的改进。４８５总线作为Ｔ业级的串行总 线，以其稳定可靠的工作性能和通用性而得到越来 越广泛的应用。４８５接口的电能表也正在大量地被 采用，将是今后电表的发展方向㈣。 对于数据传输，可以借助Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术，将数据 中心的计算机与供电部门的数据中心相互联网，实 现数据共享和信息化管理，而用户也可以通过网络 直接查看自己的用电记录和状态。另外，可以与银 行的网上银行相结合，实现网络支付等新型支付方 式与售电管理的紧密结合。不断给用户和供电部门 带来便利。 远程抄表系统不单单应用于电能量的采集，同 样用于水表、暖气表、燃气表。今后的发展方向必将 是各种测量仪表的数据格式趋向于统一而共用一 个远程抄表系统，实现一个智能化的家居环境。 参考文献： ｆ１１余宁红，吴志群，周虹．预付费电能表的应用研究 【ＪＪ．华东电力，２００８，３６（１２）：１４２—１４４． 【２】陈赤培，电能量计量表计应用和发展［Ｊ】．电力自动 化设备，２００２，２２（４）：５５—５７． ［３］吴在军，王铮，胡敏强．集中抄表装置及其通信系 统的研究『Ｊ］．电网技术，２００２，２６（２）：４４—４８． 【４１刘强，蒋立泳，张爽．新技术在居民集抄系统中 的应用ｆＪ１．电力需求侧管理，２００７，９（１）：５２—５３． 【５】高舒，庞剑玲．预付费电能表的使用状况和前景 【Ｊ１．河北电力技术，２００６，２５（１）：２８—２９． 【６】ＤＬ／Ｔ６４５—１９９７通讯规约通信规约［Ｚ】． 【７】ＤＩ／Ｆ６４５—２００７通讯规约通信规约【Ｚ１． 【８１邹盟军，翟志强，曹健雄，等．电能量计量计费系统 的工程实现【ＪＪ．电力系统自动化，２００３，２７（１）：８３—８５． ［９】陈继，何永贵．低压电力载波技术在集中抄表系 统中的实现『Ｊ］．电力需求侧管理，２００８，２４（４）：４５—４９． ［１０１王柏林．一种用于配电自动化系统的多功能电能 表『Ｊ１．电力系统自动化，２０００，２４（１Ｏ）：５３—５４． 一７５—
