1、第一节 概述 一、电能表的发展简述 机械式电能表也叫感应式电能表，具有制造技术已经成熟、价格低廉、耐用，对各种频率的无线电干扰不敏感的特点。其缺点是功能单一，精度低，不能适应用电管理现代化的需要。 机械电子式多功能电能表是在机械式电能表基础上发展起来的多功能电能表。但是其测量精度仍不能突破机械式电能表的水平，且功能不够丰富。 电子式电能表是20世纪70年代发展起来的一种更新换代产品，因其没有机械转动部分和计数机构，又称之为静止式电能表或固态电能表。,第七章 自动抄表及电能计费系统,2019/1/7,第1页,沈阳工程学院,电子式电能表和机械式电能表的性能比较,2019/1/7,第2页,沈阳工程学
2、院,电能表自动抄表，简称ARM(Automatic Reading Meter)，是供电部门将安装在用户处的电能表所记录的用电量等数据通过遥测、传输和计算机系统汇总到营业部门，代替人工抄表及一连串后续工作 对自动抄表系统的要求，一方面应造价低，另一方面数据的采集要准确及时，又要有一定的环境适应能力和抗干扰能力。,二、自动抄表技术,2019/1/7,第3页,沈阳工程学院,由抄表员携带纸和笔到现场，将用户电能表的读数记录在记录本上，并人工计算用户的用电量，生成帐单。,采用携带方便、操作简单可靠的抄表设备（如电脑或掌上电脑等手持终端），到现场完成自动抄表功能。,利用汽车上装载的无线收发装置，到每个电
3、能计量装置附近，通过无线信号与装置进行通讯，实现数据抄录。,通过磁卡或IC卡和预付费电能表相结合，实现用户先交钱购回一定电量，当用完这部分电量后自动断电的管理方法。,抄表主站通过如电话网、等多种通信媒体，结合电表上的软件和局内计算机系统，不必外出就可抄回用户电能数据的抄表方式。,2019/1/7,第4页,沈阳工程学院,一、预付费电能表简介 （一） 预付费电能表的种类按结构分,第二节 预付费电能计费方式,按电能测量 单元的原理分,机电式预付费电能表,全电子式预付费电能表,2019/1/7,第5页,沈阳工程学院,按使用介质不同分,投币式,磁卡式,电卡式,IC卡式,2019/1/7,第6页,沈阳工程
4、学院,图71典型lC卡的组成,微处理器,工作缓冲器用来存储中间数据,IC卡式预付费电能表：IC卡全称为“Integrated Circuit Card”，是一种将具有处理器和大容量存贮器的集成电路芯片，嵌装于塑料芯片而成的卡。,程序存贮器用来存放处理器的执行程序,数据存贮器用来存放用户数据,通信单元用来实现卡与外部读写装置的串行异步通信,2019/1/7,7,沈阳工程学院,（二）IC卡预付费电能表的基本原理,图7-2 IC卡电能表硬件原理图,主要完成电量的采集工作，将测量的功率转换成脉冲形式,LED主要是为方便用户查询剩余电量；测试按钮是为了测试电表运行情况,一是实现对用户的超用电限制，当用户
5、可使用电量为O时，实现自动跳闸断电；二是作为人身触电保护和电网漏电保护,它主要完成脉冲计数，当IC卡插入读卡器时，读卡器读取IC卡电量信息，并存入E2PROM中，微处理器通过与E2PROM中存入的IC卡电量信息进行比较和相减得出剩余电量。当剩余电量不足10kwh时，发出警告信号，提醒用户及时购买，在剩余电量为O时，即用户所购电量用完时，发出跳闸信号，通过表内的漏电保安器自动断电。,2019/1/7,第8页,沈阳工程学院,预付费电能管理系统是先充值后使用的电力预收费运营及管理系统。 预付费电能管理系统由营业系统和管理系统组成。,二、预付费电能管理系统,2019/1/7,第9页,沈阳工程学院,图7
6、- 3 预付费电能管理系统结构示意图,2019/1/7,10,沈阳工程学院,营业系统是用户和供电公司进行电能商品买卖交易的窗口，其主要功能有日常售电、查询、系统管理和打印制表等。 1.日常售电 用户持卡到系统内任一个窗口购电，售电员插卡到写卡机为该用户所购电量“写”卡，其电价信息由该系统自动按购电卡内用户代码根据用电部(科)在该用户开户时所确定的用电性质及财务科所确定的电价来确定，“售电”员无定电价的权限且无法输入电价到售电终端上。,（一）营业系统的功能,2019/1/7,第11页,沈阳工程学院,2.查询 在用户购电时，“售电”员查核由电表返写到卡中的累计用电量、剩余电量、购电次数、装电次数等
7、用电信息，和系统数据库信息核对。 3.系统管理 系统管理包括操作员授权、操作员登记、电价管理等项功能。 4.打印制表： 每当到工作日结束和月末时，或相应工作处理结束后，将用户购电情况制成报表并打印。,2019/1/7,第12页,沈阳工程学院,将所有售电终端联成网络，围联网(远程联网)，为一个管理严谨的售电管理系统，其各个功能是由供电公司内部多个部门分工协作完成的。 供电公司的售电管理系统应是计算机网络型的分工协作系统。,（二）管理系统,2019/1/7,第13页,沈阳工程学院,1.不需要采用人工抄表，有效地解决收费难的问题 2.可以实行功率限定 不足之处：这种电能计费方式不能使供电管理部门及时
8、了解用户的实际用电情况和对电能的需求，因此难于掌握用电规律、确定最佳供电方案；另外，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； 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。,三、预付费电能计费方式的特点和不足,2019/1/7,第14页,沈阳工程学院,电能计量及抄表自动化系统是集电能自动采集、传输、计费、结算为一体的自动化系统。 电能自动计量抄表系统应用光电传感技术、微计算机技术和现代通信技术，可进行电能远方数据采集、处理、保存和传输，为实现用电管理现代化提供了重要保证。,第三节 电能计量及抄表自动化系统,2019/1/7,第15页,沈阳
9、工程学院,本地自动抄表是由抄表员携带抄表机（一般采用专用抄表机、笔记本电脑或掌上电脑）去用户处，从其计量装置上自动采集用电量等数据。然后回到办公室，将数据下载到主站计算机的数据库中。 这种数据采集方式分接触式和非接触式两种,一、本地自动抄表方式,2019/1/7,第16页,沈阳工程学院,抄表员去到用户后，将随身携带的抄表机与用户计量装置通过通信电缆将抄表机上RS-232串口和计量装置上串口引出电缆相连接。抄表工作完成后，通过通信电缆将抄表机和安装有管理软件的PC机的串口相连，即可把上月的数据传送到后台管理PC机中。,接触式自动抄表的工作过程,2019/1/7,第17页,沈阳工程学院,抄表员去到
10、用户后，无需将抄表机与计量装置联接，而是通过无形的媒体(超声波、无线电、微波或红外线)来通信，完成抄表工作。,非接触式自动抄表工作过程,2019/1/7,第18页,沈阳工程学院,使用抄表机抄表,捷宝JB8800型抄表机，是一台功能强大的掌上数据采集器。机器内含的CPU为控制核心，带有键盘、显示屏、大容量内存及与电脑连接的通讯端口，因此具有以下几方面功能：可以输入并存储大量的数据、可对机内存储的数据进行任意查询并将查询结果显示到屏幕上，可将机内数据传输到电脑或将电脑数据下载到抄表机中。,图7-4捷宝JB8800型抄表机,2019/1/7,19,沈阳工程学院,抄表员每次抄表前将抄表户的详细数据从电
11、脑下传到抄表机中，然后到抄表现场，先用抄表机简便的查找方式查到该抄表户资料，然后将数据输入到抄表机中，抄表结束后，将抄表机与电脑连接，机内存储的抄表数据就全部自动的录入到电脑中。,使用抄表机抄表的方法,2019/1/7,第20页,沈阳工程学院,（1）存储容量大，一般一台抄表机可存储几千上万条数据。 （2）数据保存时间长，抄表机内带后备电池，机器关机后数据仍能保存半年以上。 （3）携带方便，抄表机外形类似手机大小，携带操作极为方便。 （4）输入及显示数据方便，抄表机的屏幕比较大，而且支持汉字，一般一屏可显示几十个汉字，为输入数据及查询显示机内数据提供了很大方便。 （5）机器运行速度快，机内CPU
12、一般选用高性能CPU，使机器运行速度达到较高的水平。 （6）机器应用灵活度高，抄表机内的应用程序不是固化的，而是提供二次开发平台，用户可完全按照自己的要求开发抄表机应用程序。,抄表机的显著特点,2019/1/7,第21页,沈阳工程学院,（1）大大缩短抄表数据录入到电脑的时间，避免人工录入过程出错。 （2）抄表机的信息容量大，给抄表员的抄表工作带来很大方便。 （3）抄表机还能实现许多纸卡抄表无法实现的功能。,使用抄表机抄表的优点,2019/1/7,第22页,沈阳工程学院,远程自动抄表(Automatic Meter Reading，简称AMR)是一种不需人员到达现场就能完成自动抄表的新型抄表方式
13、。它利用公共电话网络、负荷控制信道或低压配电线载波等通信联系，将电能表的数据自动传输到计算机电能计费管理中心进行处理。,二、远程自动抄表系统,2019/1/7,第23页,沈阳工程学院,远程自动抄表电量计费系统经历了一个由集中式系统转为分布式、网络式、开放型系统的发展过程，电表数据采集也同样由集中式脉冲处理方式(Centralized Pulse Processing，简称CPP)发展成为分布式直接传送方式(Distributed Direct Transmission，简称DDT)。,二、远程自动抄表系统,2019/1/7,第24页,沈阳工程学院,(1)采用分布式直接数字传输方式(DDT)，也
14、就是说，数据采集中心通过一个或多个前置处理机(包括专用或自动拨号Modem)，直接与新型多功能电表进行数据通信(包括电量数据、时标信息、报警信息及其它电流、电压和频率等相关信息)。,分布式直接数字传输(DDT)系统 特点,2019/1/7,第25页,沈阳工程学院,(2)系统与电能表的通信可以采用多种灵活的方式。 (3)新型多功能电能表本身具有采集、储存和处理电表数据的功能，还可以实现电表间互为备用的工作方式。 (4)新型多功能电能表可以预先编程，以实现定时或在事件发生时主动向上报告电能表本身的状态信息，以便及时发现和采取相应的措施。,2019/1/7,第26页,沈阳工程学院,CPP系统电能采集
15、和传输是以电能脉冲计数为基础的，在厂站端必须增加中间转换器，用以存储和传输根据脉冲计数值而得出的电能信息。 （1）传统电能表本身一般只能以脉冲计数方式输出电量，不具备以数字传输的能力，无法产生、存储和输出其它与电量相关的重要信息,集中脉冲处理方式(CPP)的系统特点,2019/1/7,第27页,沈阳工程学院,(2)可靠性差，电量的远程传输，必须通过一个当地的(厂站端)电能处理器作为中间转换、存储和传输装置。 (3)由于数据采集中心不能与电能表直接通信，现代能量管理系统所必须的对电能表的下载功能，以及电能表的报警和其它重要信息的上报功能等，比较难实现。,2019/1/7,第28页,沈阳工程学院,
16、(4)随着用户要求和技术的发展，智能电能表的功能大大增强，而传统的CPP方式受电能处理器的限制，即使安装新型智能电表，其新功能和特点也无法利用，只能当作脉冲表使用。 (5)在脉冲电度表的实际应用中，由于电能表输出脉冲波形的畸变和现场电磁干扰等因素，容易造成计量误差(脉冲被多计或漏计)，影响计量准确性。,2019/1/7,第29页,沈阳工程学院,表71 集中式脉冲处理系统方式和分布式直接传送系统的性能比较,2019/1/7,30,沈阳工程学院,1变电站型 变电站型主要针对发电厂、变电站的关口表、网间联络线上的电能表、大型工矿企业的负荷表 2居民型 居民型主要针对居民电表其特点是应用于l0kV及以
17、下电压等级的供电小区，户数多但地域集中，其自动抄表系统的设计应与配电网及配电自动化紧密联系,（二）远程自动抄表系统分类,2019/1/7,第31页,沈阳工程学院,配电网中的自动抄表系统是用电营业管理自动化的一个重要手段和组成部分，它的最终目的应是：自动、集中、定时地抄录各用户的用电量；按峰谷、季节自动调整并计算电价；通过银行向各用户自动完成转帐收款、电费结算、打印收据等工作。,2019/1/7,第32页,沈阳工程学院,远程自动抄表系统是将电量数据从下而上、逐级传送完成的。采集器负责采集用户电表中的数据，数据集中器按照设定的抄表时间，自动集中各采集器中的有关数据，通过通信网络，送入主站计算机系统
18、。,图7-5 远程自动抄表系统的构成,2019/1/7,第33页,沈阳工程学院,数据采集系统由电能表、数据采集器和数据集中器组成。 （1）电能表。是电能计量的最基本单元。 1）脉冲表：电表按用电量的多少，发出相应数量的脉冲，电能量数据采集器计算由电表发送出的脉冲，按照规定的比例计算出电量。 2）数字表。一般是指在电表中已配置单片机系统，片内可以将电量用数字形式表示，而不是用脉冲个数表示，向外发送的电量也是直接用数字量表示。 3）高性能多功能表。这种表功能都比较强，不仅能输出数字量，而且还可以送出各类统计数字。,1数据采集系统,2019/1/7,第34页,沈阳工程学院,数据采集器的主要功能： 电
19、能量数据的采集、处理、存储； 电表异常情况的识别； 传输电量等数据； 记录用户超电量及时间等。,（2）数据采集器,2019/1/7,第35页,沈阳工程学院,图7-6数据采集器总体结构图,2019/1/7,第36页,沈阳工程学院,集中器：是指收集各采集器或采集模块（或多功能电能表）的数据，并进行处理储存，同时能和主站、手持抄表机进行数据交换的设备。 集中器是中心计算机与各用电户电能表沟通的桥梁，安装在低压配电变压器的附近（或低压变电网上任一方便的位置） ,集中器贮存用电数据并且进行数据的处理,最后,把数据传到数据中心。,(3)集中器,2019/1/7,第37页,沈阳工程学院,信道：是指信号（数据
20、）传输的媒体。集中器配有M-BUS、RS485/232、无线通讯（选配）等通讯接口，可实现与表计、手持器和主站的通讯。 集中器的上行信道：是指集中器和主站之间的信道 集中器的下行信道：是指集中器和采集终端（或采集模块）之间的信道。 采集终端（或采集模块）的上行信息：是指采集终端（或采集模块）和集中器之间的信息 采集终端下行信息：一般是指采集终端和用户电能表之间的信息。,（4）集中器与采集终端的通信信道及组网方式,2019/1/7,第38页,沈阳工程学院,1）采集器通过RS-485总线采集几十块电能表的数据。 电能表为具有RS-485输出口的电子表或加装电能量数据采集模块的机械表。采集器将数据送
21、入集中器进行数据集中和处理，抄收区域较大时多个集中器可以级联。再由最上一级集中器通过远程通信网把电能量传送到抄收中心。 这种信道的集中抄表系统，一般数据传输的码差错率较低，抄收成功率较高，但布线的工作量大，安装费用大，且信道容易受损坏。,集中器与采集器间数据的传输方式,2019/1/7,第39页,沈阳工程学院,这种传输方式只利用现有的低压电网的电力线路来传输电能信号，无需敷设专用的通信网络，安装简便，节省了大量人力、物力和财力。,2）通过低压电力线载波通讯,2019/1/7,第40页,沈阳工程学院,电力线上的干扰非常大 不同地方的线路特性可能完全不同，使用线路的种类及线路上的负荷情况都会对高频
22、信号在电力线上的传输特性产生很大的影响 配电线载波通信虽然使用540kHz较低的载波频率，但载波信号在配电线上的传输仍会受到比配电线载波通信显著得多的衰减。 配电线载波通信中存在信号盲区,利用低压电力线作为传输信道存在的问题,2019/1/7,第41页,沈阳工程学院,3）为解决载波通信的干扰问题，有的自动抄表系统将一栋居民楼中用户的电表全部集中在一个电表箱中，同时在电表箱中安装一台具有电话接口的采集器，连接所有电表，不设集中器，利用每个楼的采集器通过公共电话网直接与计算机中心通信。因而，这种方式不需要载波通信。,2019/1/7,第42页,沈阳工程学院,扩频通讯技术是一种信息传输方式，其发送的
23、信息通过编码及调制的方法被展宽到一个比信息宽得多的频道上去，并与所传信息数据无关，接收端将接收到的信号通过相关解调来解扩，再将其恢复到信息带宽的一种技术，具有很强的抗干扰能力。,4）扩频通讯技术的应用,2019/1/7,第43页,沈阳工程学院,将传输信号与准噪声或伪随机序列噪声码相乘来实现它将信息码的频谱扩展至很宽的范围内，近乎至白噪声频段。因而可在噪声电平下传输在接收端采用相干检测，由于噪声信号和信息码流的相干系数为零，所以可以有效地抵抗干扰，从而保证信息码流恢复的正确性。,直接序列频谱扩展,2019/1/7,第44页,沈阳工程学院,2远程通信信道,集中器与计费中心计算机网络之间的信息传输是
24、通过远程通信信道实现的。 （1）通过公用电话网实现信息传输。 主要缺点：线路续接时间较长(几秒到几十秒)；当集中器数目较多时，通信效率大幅度降低；且租用电话线多，其租用费很可观。因此不适合大容量系统。,图7-7 通过公用电话网实现信息传输,2019/1/7,45,沈阳工程学院,2019/1/7,46,沈阳工程学院,优点，如频带宽、传输速率高、传输距离远，以及高抗干扰性等特点，非常适合上层通信网的要求缺点：光纤本身难以实现T形连接，因此特别适合于星型连接，而星型连接节点造价高，安装费用也比较高，在ARM系统中很少使用。随着光纤技术的发展及其大量应用，其系统造价将会下降，因此不久以后在ARM系统中应用也将是一个较好的选择。,（3）光纤通信网,2019/1/7,第47页,沈阳工程学院,计费中心计算机网络是电能量数据处理中心，配备专用计算机，它直接从集中器中收集数据。 在收集所有的电能量数据采集器的数据后，送入营业管理中心或SCADA系统进行各种所需要的数据处理和提供各种各样的数据表格、数据图形以及各类统计数据。 有了电能量数据，就可以产生各种各样的报表。这些工作将由营业管理中心用电管理系统来完成。,3计费中心计算机网络,2019/1/7,第48页,沈阳工程学院,
