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智能電能表通信協(xié)議及技術(shù)發(fā)展 版權(quán)信息
- ISBN：9787030733542
- 條形碼：9787030733542 ; 978-7-03-073354-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
智能電能表通信協(xié)議及技術(shù)發(fā)展 內(nèi)容簡介
智能電能表在國內(nèi)外得到了大力的推廣和應(yīng)用，目前關(guān)于智能電能表國際上尚沒有一個統(tǒng)一的定義，各國關(guān)于智能電能表的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件也不盡相同，這在一定程度上了智能電能表在全球的進一步推廣和發(fā)展。本書對智能電能表的基本概念、系統(tǒng)構(gòu)架、標(biāo)準(zhǔn)化以及檢測方法進行詳細(xì)闡述，介紹目前國際上關(guān)于智能電能表的幾種定義、關(guān)于智能電能表標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要進展和趨勢，以及智能電能表通信協(xié)議發(fā)展注意和重點關(guān)注的幾個方面的內(nèi)容。
智能電能表通信協(xié)議及技術(shù)發(fā)展 目錄
目錄
第1章 智能電能表 1
1.1 智能電能表定義 1
1.2 智能電能表結(jié)構(gòu)及其網(wǎng)格的特點 2
1.2.1 智能電能表結(jié)構(gòu) 2
1.2.2 智能電能表及其網(wǎng)絡(luò)的特點 4
1.3 需求分析與設(shè)計思路 4
1.3.1 應(yīng)用需求分析 4
1.3.2 功能需求分析 4
1.3.3 電能表總體設(shè)計 5
1.4 未來發(fā)展趨勢 5
第2章 智能電網(wǎng)與智能電能表 7
2.1 智能電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù) 7
2.2 智能電網(wǎng)對采集系統(tǒng)的要求 10
2.2.1 采集對象的分類 10
2.2.2 采集數(shù)據(jù)項要求 12
2.2.3 通信信道適用范圍 13
2.3 智能電能表的種類和功能 16
2.3.1 智能電能表的種類 16
2.3.2 智能電能表的功能 16
2.4 智能電能表硬件設(shè)計 19
2.4.1 計量芯電路模塊 20
2.4.2 管理芯電路模塊 20
2.4.3 辨識芯電路模塊 21
2.4.4 負(fù)控芯電路模塊 21
第3章 智能電能表網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 22
3.1 智能電能表網(wǎng)絡(luò)對本地通信的要求 22
3.2 智能電能表串行通信接口 22
3.2.1 數(shù)據(jù)的串行傳輸 24
3.2.2 幾種串行通信的物理標(biāo)準(zhǔn) 24
3.3 RS-485串行通信 25
3.4 低壓電力線載波通信 25
3.4.1 低壓載波信道的劃分 25
3.4.2 直接序列擴頻通信技術(shù) 27
3.4.3 通信技術(shù)在電力線載波中的應(yīng)用 27
3.5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用 29
3.5.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 30
3.5.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 33
3.5.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的特點 35
3.5.4 微功率無線本地網(wǎng)絡(luò) 36
3.5.5 智能電能表下行通信技術(shù)方案的比較 36
3.6 智能電能表在遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)中的應(yīng)用 37
3.7 IPv6技術(shù) 38
3.8 對通信信道的性能要求 41
第4章 智能電能表通信協(xié)議 43
4.1 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)體系 43
4.1.1 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)成 43
4.1.2 IEC 62056提供的互聯(lián)性和互操作性的技術(shù)保障 44
4.1.3 IEC 62056的特點 49
4.1.4 IEC 62056在計量領(lǐng)域的應(yīng)用 50
4.2 《多功能電能表通信協(xié)議》(DL/T 645—2007) 50
4.3 DL/T 645—2007與IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)的差異 51
4.3.1 DL/T 645—2007 51
4.3.2 IEC 62056 52
4.4 綜合誤差的評定 52
第5章 智能電能表通信協(xié)議規(guī)范性通信架構(gòu) 54
5.1 術(shù)語、定義和縮略語 54
5.2 符號和縮略語 55
5.3 數(shù)據(jù)鏈路層 56
5.3.1 幀結(jié)構(gòu) 56
5.3.2 字節(jié)格式 61
5.3.3 傳輸規(guī)則 61
第6章 智能電能表通信協(xié)議規(guī)范性應(yīng)用層架構(gòu) 64
6.1 應(yīng)用層服務(wù)規(guī)范 64
6.1.1 應(yīng)用層服務(wù)概述 64
6.1.2 預(yù)連接 68
6.1.3 建立應(yīng)用連接 69
6.1.4 斷開應(yīng)用連接 70
6.1.5 讀取 72
6.1.6 設(shè)置 73
6.1.7 操作 74
6.1.8 上報 75
6.1.9 代理 76
6.2 應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范 77
6.2.1 建立/斷開應(yīng)用連接的協(xié)議 77
6.2.2 請求/響應(yīng)數(shù)據(jù)交換的協(xié)議 79
6.2.3 上報/確認(rèn)數(shù)據(jù)交換的協(xié)議 82
6.3 應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元規(guī)范 83
6.3.1 概述 83
6.3.2 數(shù)據(jù)類型定義 84
6.3.3 應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 96
6.3.4 預(yù)連接 97
6.3.5 建立應(yīng)用連接 98
6.3.6 斷開應(yīng)用連接 99
6.3.7 讀取 100
6.3.8 設(shè)置 104
6.3.9 操作 107
6.4 應(yīng)用層編碼規(guī)范 110
第7章 智能電能表通信協(xié)議規(guī)范性接口類與對象標(biāo)識 111
7.1 對象模型 111
7.2 接口類的表示方法 111
7.3 接口類 112
7.3.1 電能量接口類(class_id=1) 112
7.3.2 *大需量接口類(class_id=2) 113
7.3.3 分相變量接口類(class_id=3) 114
7.3.4 功率接口類(class_id=4) 115
7.3.5 諧波變量接口類(class_id=5) 116
7.3.6 數(shù)據(jù)變量接口類(class_id=6) 117
7.3.7 事件對象接口類(class_id=7) 118
7.3.8 參數(shù)變量接口類(class_id=8) 120
7.3.9 凍結(jié)數(shù)據(jù)接口類(class_id=9) 121
7.3.10 采集監(jiān)控接口類(class_id=10) 123
7.3.11 集合接口類(class_id=11) 124
7.3.12 脈沖計量接口類(class_id=12) 125
7.3.13 負(fù)荷控制對象接口類(class_id=13) 128
7.3.14 區(qū)間統(tǒng)計接口類(class_id=14) 130
7.3.15 累加平均接口類(class_id=15) 131
7.3.16 極值工具接口類(class_id=16) 132
7.3.17 顯示接口類(class_id=17) 134
7.3.18 文件傳輸接口類(class_id=18) 135
7.3.19 設(shè)備管理接口類(class_id=19) 137
7.3.20 應(yīng)用連接接口類(class_id=20) 139
7.3.21 ESAM接口類(class_id=21) 141
7.3.22 輸入輸出設(shè)備接口類(class_id=22) 143
7.3.23 總加組接口類(class_id=23) 144
7.4 對象標(biāo)識 148
7.4.1 對象標(biāo)識格式定義 148
7.4.2 電能量類對象標(biāo)識 148
7.4.3 *大需量類對象標(biāo)識 149
7.4.4 變量類對象標(biāo)識 149
7.4.5 事件類對象標(biāo)識 151
7.4.6 參變量類對象標(biāo)識 153
7.4.7 凍結(jié)類對象標(biāo)識 155
7.4.8 采集監(jiān)控類對象標(biāo)識 156
7.4.9 集合類對象標(biāo)識 156
7.5 接口類管理 157
7.5.1 接口類標(biāo)識劃分 157
7.5.2 接口類維護 157
7.5.3 創(chuàng)建接口類 157
7.5.4 撤銷接口類 157
主要參考文獻 158
第1章 智能電能表 1
1.1 智能電能表定義 1
1.2 智能電能表結(jié)構(gòu)及其網(wǎng)格的特點 2
1.2.1 智能電能表結(jié)構(gòu) 2
1.2.2 智能電能表及其網(wǎng)絡(luò)的特點 4
1.3 需求分析與設(shè)計思路 4
1.3.1 應(yīng)用需求分析 4
1.3.2 功能需求分析 4
1.3.3 電能表總體設(shè)計 5
1.4 未來發(fā)展趨勢 5
第2章 智能電網(wǎng)與智能電能表 7
2.1 智能電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù) 7
2.2 智能電網(wǎng)對采集系統(tǒng)的要求 10
2.2.1 采集對象的分類 10
2.2.2 采集數(shù)據(jù)項要求 12
2.2.3 通信信道適用范圍 13
2.3 智能電能表的種類和功能 16
2.3.1 智能電能表的種類 16
2.3.2 智能電能表的功能 16
2.4 智能電能表硬件設(shè)計 19
2.4.1 計量芯電路模塊 20
2.4.2 管理芯電路模塊 20
2.4.3 辨識芯電路模塊 21
2.4.4 負(fù)控芯電路模塊 21
第3章 智能電能表網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 22
3.1 智能電能表網(wǎng)絡(luò)對本地通信的要求 22
3.2 智能電能表串行通信接口 22
3.2.1 數(shù)據(jù)的串行傳輸 24
3.2.2 幾種串行通信的物理標(biāo)準(zhǔn) 24
3.3 RS-485串行通信 25
3.4 低壓電力線載波通信 25
3.4.1 低壓載波信道的劃分 25
3.4.2 直接序列擴頻通信技術(shù) 27
3.4.3 通信技術(shù)在電力線載波中的應(yīng)用 27
3.5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用 29
3.5.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 30
3.5.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 33
3.5.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的特點 35
3.5.4 微功率無線本地網(wǎng)絡(luò) 36
3.5.5 智能電能表下行通信技術(shù)方案的比較 36
3.6 智能電能表在遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)中的應(yīng)用 37
3.7 IPv6技術(shù) 38
3.8 對通信信道的性能要求 41
第4章 智能電能表通信協(xié)議 43
4.1 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)體系 43
4.1.1 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)成 43
4.1.2 IEC 62056提供的互聯(lián)性和互操作性的技術(shù)保障 44
4.1.3 IEC 62056的特點 49
4.1.4 IEC 62056在計量領(lǐng)域的應(yīng)用 50
4.2 《多功能電能表通信協(xié)議》(DL/T 645—2007) 50
4.3 DL/T 645—2007與IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)的差異 51
4.3.1 DL/T 645—2007 51
4.3.2 IEC 62056 52
4.4 綜合誤差的評定 52
第5章 智能電能表通信協(xié)議規(guī)范性通信架構(gòu) 54
5.1 術(shù)語、定義和縮略語 54
5.2 符號和縮略語 55
5.3 數(shù)據(jù)鏈路層 56
5.3.1 幀結(jié)構(gòu) 56
5.3.2 字節(jié)格式 61
5.3.3 傳輸規(guī)則 61
第6章 智能電能表通信協(xié)議規(guī)范性應(yīng)用層架構(gòu) 64
6.1 應(yīng)用層服務(wù)規(guī)范 64
6.1.1 應(yīng)用層服務(wù)概述 64
6.1.2 預(yù)連接 68
6.1.3 建立應(yīng)用連接 69
6.1.4 斷開應(yīng)用連接 70
6.1.5 讀取 72
6.1.6 設(shè)置 73
6.1.7 操作 74
6.1.8 上報 75
6.1.9 代理 76
6.2 應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范 77
6.2.1 建立/斷開應(yīng)用連接的協(xié)議 77
6.2.2 請求/響應(yīng)數(shù)據(jù)交換的協(xié)議 79
6.2.3 上報/確認(rèn)數(shù)據(jù)交換的協(xié)議 82
6.3 應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元規(guī)范 83
6.3.1 概述 83
6.3.2 數(shù)據(jù)類型定義 84
6.3.3 應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 96
6.3.4 預(yù)連接 97
6.3.5 建立應(yīng)用連接 98
6.3.6 斷開應(yīng)用連接 99
6.3.7 讀取 100
6.3.8 設(shè)置 104
6.3.9 操作 107
6.4 應(yīng)用層編碼規(guī)范 110
第7章 智能電能表通信協(xié)議規(guī)范性接口類與對象標(biāo)識 111
7.1 對象模型 111
7.2 接口類的表示方法 111
7.3 接口類 112
7.3.1 電能量接口類(class_id=1) 112
7.3.2 *大需量接口類(class_id=2) 113
7.3.3 分相變量接口類(class_id=3) 114
7.3.4 功率接口類(class_id=4) 115
7.3.5 諧波變量接口類(class_id=5) 116
7.3.6 數(shù)據(jù)變量接口類(class_id=6) 117
7.3.7 事件對象接口類(class_id=7) 118
7.3.8 參數(shù)變量接口類(class_id=8) 120
7.3.9 凍結(jié)數(shù)據(jù)接口類(class_id=9) 121
7.3.10 采集監(jiān)控接口類(class_id=10) 123
7.3.11 集合接口類(class_id=11) 124
7.3.12 脈沖計量接口類(class_id=12) 125
7.3.13 負(fù)荷控制對象接口類(class_id=13) 128
7.3.14 區(qū)間統(tǒng)計接口類(class_id=14) 130
7.3.15 累加平均接口類(class_id=15) 131
7.3.16 極值工具接口類(class_id=16) 132
7.3.17 顯示接口類(class_id=17) 134
7.3.18 文件傳輸接口類(class_id=18) 135
7.3.19 設(shè)備管理接口類(class_id=19) 137
7.3.20 應(yīng)用連接接口類(class_id=20) 139
7.3.21 ESAM接口類(class_id=21) 141
7.3.22 輸入輸出設(shè)備接口類(class_id=22) 143
7.3.23 總加組接口類(class_id=23) 144
7.4 對象標(biāo)識 148
7.4.1 對象標(biāo)識格式定義 148
7.4.2 電能量類對象標(biāo)識 148
7.4.3 *大需量類對象標(biāo)識 149
7.4.4 變量類對象標(biāo)識 149
7.4.5 事件類對象標(biāo)識 151
7.4.6 參變量類對象標(biāo)識 153
7.4.7 凍結(jié)類對象標(biāo)識 155
7.4.8 采集監(jiān)控類對象標(biāo)識 156
7.4.9 集合類對象標(biāo)識 156
7.5 接口類管理 157
7.5.1 接口類標(biāo)識劃分 157
7.5.2 接口類維護 157
7.5.3 創(chuàng)建接口類 157
7.5.4 撤銷接口類 157
主要參考文獻 158
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智能電能表通信協(xié)議及技術(shù)發(fā)展 節(jié)選
第1章 智能電能表 1.1 智能電能表定義 目前，國際上對智能電能表的定義還不統(tǒng)一，也沒有提出被大家廣泛認(rèn)可的國際標(biāo)準(zhǔn)。對智能電能表的定義主要是針對它所具有的功能，由于各地區(qū)所研究使用的智能電能表的功能不盡相同，所以對其的定義也就不一樣。 歐洲智能表計聯(lián)盟在定義智能電能表的時候主要是通過描述電能表的特性，認(rèn)為智能電能表除了能夠?qū)﹄娔苄畔⑦M行基本的計算和處理以外，還應(yīng)該具備較強的通信能力，能夠支持實時雙向的通信，這樣就能很方便地實現(xiàn)供電部門與用戶的信息共享，用戶可以方便地獲取各種用電信息。此外，歐洲智能表計聯(lián)盟認(rèn)為智能電能表還應(yīng)該提供能源優(yōu)化管理這方面的服務(wù)。 美國需求響應(yīng)和高級計量聯(lián)盟則指出智能電能表應(yīng)該實現(xiàn)以下功能： (1)可以計量不同時間段內(nèi)的用電數(shù)據(jù)，方便實現(xiàn)分時電價； (2)能夠支持多種方式的電價交易，在電力市場中占據(jù)重要地位； (3)允許具備電力以外的功能，有更全面的服務(wù)范圍和更好的用戶體驗； (4)可以使電力運行部門的服務(wù)更完善，質(zhì)量更高。 在國內(nèi)，對智能電能表的定義是這樣的：其主要功能部件可以對電能信息進行實時的計算、備份、解析并具有自主分析本領(lǐng)的測量儀表。一般來說，智能電能表對數(shù)據(jù)的采集和處理方面的能力很出眾，這也是智能電能表*基本的特征。另一方面，它也具有一定的智能性，能夠進行顯示和操作，即可進行人機交互。在此基礎(chǔ)上，智能電能表的概念就顯而易見了，即用于測量電能的智能儀表，進一步闡述，即以微處理器為核心的電子式多功能電能表。近年來，智能電能表的功能更加全面，如具有通信功能、具有多用戶計量功能、可以對特定用戶進行計量等。 智能電能表是智能電網(wǎng)高級計量體系中的重要設(shè)備，智能電能表作為智能電網(wǎng)的智能終端，是一種新型電能表，可實現(xiàn)多種用電參數(shù)的精確計量。在電費收取方面，智能電能表打破了傳統(tǒng)的模式，采用預(yù)付費的方式，在表內(nèi)的剩余金額過少時，電能表會通過光或聲等方式提醒用戶金額不足，需要及時購買。用戶持集成電路卡(integrated circuit card，IC卡)到供電部門交款購電，供電部門用售電管理機將購電量寫入IC卡中。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報警電量時，拉閘斷電報警(或通過蜂鳴器報警)，此時用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡(卡中有預(yù)先存入的電費)即可恢復(fù)供電，供電后將卡拿走；當(dāng)剩余電量為零時，自動拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費購電，才可以恢復(fù)用電，有效地解決了上門抄表和收電費難的問題。同時，智能電能表可通過設(shè)置多種費率來有效地調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)載平衡，實現(xiàn)削峰填谷，使用戶的用電效率得以顯著提高。智能電能表除具備基本的計量功能外，相比普通電能表，它還能提供更加詳細(xì)的能耗情況，與電力局的用電管理系統(tǒng)實現(xiàn)雙向交互，幫助電力局監(jiān)控、管理用電和計費收費[8-10]。同時，智能電能表還可連接家中正在使用的智能家電，根據(jù)分時電價，有效地組織電能消費，盡量減少高峰時期高價電的消費，*終對電能起到調(diào)節(jié)負(fù)荷的作用，減少電廠建設(shè)需求，節(jié)約能源；它還具有雙向多種費率計量功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向交互功能、用戶端控制功能、防竊電等智能化的功能，智能電能表代表著未來節(jié)能型智能電網(wǎng)用戶智能化終端的發(fā)展方向。 1.2 智能電能表結(jié)構(gòu)及其網(wǎng)格的特點 1.2.1 智能電能表結(jié)構(gòu) 智能電能表主要由測量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元三部分組成。 測量單元主要進行電能的測量，完成對電能數(shù)據(jù)的實時采集。 數(shù)據(jù)處理單元能夠?qū)Σ杉降男畔⑦M行集中處理，將采集到的電壓和電流信息轉(zhuǎn)化成與電能成正比的脈沖輸出，并經(jīng)過單片機進行處理，*終轉(zhuǎn)化為需要統(tǒng)計的各類用電量加以輸出，實現(xiàn)費控功能。 通信單元的通信信道物理層是獨立的，具有冗余配置，支持RS485通信、紅外通信、載波通信、公網(wǎng)通信模塊，各類不同模塊之間遵循《多功能電能表通信協(xié)議》(DL/T 645—2007)。 目前，智能電能表的研究和設(shè)計一般都基于下面兩種硬件架構(gòu)。 **種是使用通用芯片來架構(gòu)。在智能電能表的設(shè)計當(dāng)中，往往引進隨機存取存儲器(random access memory，RAM)、數(shù)字信號處理(digital signal processing，DSP)、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(field programmable gate array，F(xiàn)PGA)等比較高端的硬件，這些芯片具有更快的處理速度和更加全面的功能，這使得電能表的設(shè)計更加靈活多變，這些高端硬件的引入，大大改變了原有的電能表設(shè)計的架構(gòu)。 第二種是采用專用計量芯片加處理器的架構(gòu)。這種架構(gòu)將數(shù)據(jù)的釆集運算和數(shù)據(jù)的后期處理分離開來，由專用電能計量芯片對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行采集，計算有功、無功等，然后通過指定的通信方式，將數(shù)據(jù)傳送給電能計量芯片，再對數(shù)據(jù)進行存儲顯示等操作。這種設(shè)計架構(gòu)比**種方案更加靈活，而且現(xiàn)在專用的電能計量芯片很多，功能也很強大，可以大幅度地降低設(shè)計的復(fù)雜度。 圖1-1所示的智能電能表采用第二種設(shè)計架構(gòu)，即專用計量芯片加微控制單元(microcontroller unit，MCU)的架構(gòu)。 圖1-1 智能電能表結(jié)構(gòu)圖 注：Ua、Ub、Uc為三相電壓輸入；Ia、Ib、Ic為三相電流輸入。 從圖1-1中可以看出，智能電能表大體上可以分成6個功能模塊，分別是電能計量模塊、電源模塊、通信模塊、存儲模塊、顯示模塊和主控制器模塊。這里選用i.Max作為主控制器，負(fù)責(zé)讀取電能計量數(shù)據(jù)并進行后續(xù)處理、自動化管理和數(shù)據(jù)通信等。電能計量模塊的芯片則選用專用電能計量芯片ADE7758，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和運算。 (1)主控制器模塊。i.Max是整個智能電能表的核心，與其他5個模塊均有連接，在電能計量方面，*終的用電量是在i.Max中累加完成的，此外，i.Max還負(fù)責(zé)監(jiān)控電源電路等。 (2)電能計量模塊。電網(wǎng)的電壓和電流通過由電壓互感器和電流互感器組成的調(diào)理電路，轉(zhuǎn)變成能處理的電壓信號，輸入通道*終接受的都是電壓信號，峰值不超過額定*大值，可同時兼容三相三線制和三相四線制兩種不同的電力網(wǎng)絡(luò)。 (3)電源模塊。電源模塊為整個系統(tǒng)中各個模塊供電。 (4)顯示模塊。顯示模塊將指定的信息顯示在顯示器上，具體包括各種電力參數(shù)和通知信息等，實現(xiàn)人機互動功能。 (5)通信模塊。通信模塊包括采用協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信以及本地通信。通信模塊是電能表的核心，通過它完成組網(wǎng)，可以實現(xiàn)多種功能。此外，通信可以實現(xiàn)與智能插座、智能電器等設(shè)備的通信，進行用電規(guī)劃和控制。 (6)存儲模塊。該模塊可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用。 1.2.2 智能電能表及其網(wǎng)絡(luò)的特點 智能電能表的主要特點包括： (1)電子式平臺； (2)集成通信技術(shù)； (3)支持遠(yuǎn)程斷、供電； (4)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)(電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、停電信息)； (5)高級竊電檢測； (6)遠(yuǎn)程配置； (7)遠(yuǎn)程升級； (8)內(nèi)部擴展接口，可擴展更多功能。 1.3 需求分析與設(shè)計思路 1.3.1 應(yīng)用需求分析 本節(jié)從業(yè)務(wù)場景、業(yè)務(wù)應(yīng)用及業(yè)務(wù)模式三個方面對新形勢下智能電能表應(yīng)用需求的轉(zhuǎn)變進行分析。 業(yè)務(wù)場景方面，新型負(fù)荷和微電源的出現(xiàn)，使智能電能表計量對象呈現(xiàn)多樣化，既包括常規(guī)居民用戶，也包括使用電動汽車(electric vehicle，EV)充電樁、分布式光伏發(fā)電的居民用戶，及小區(qū)集中式光伏發(fā)電、集中式充電樁等。 業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，隨著電力體制改革和用戶需求的提升，電能表業(yè)務(wù)應(yīng)用不再局限于營銷計費，電網(wǎng)公司與用戶供需互動、服務(wù)深化、營配融合支撐配網(wǎng)運行等更多業(yè)務(wù)應(yīng)用涌現(xiàn)。 業(yè)務(wù)模式方面，在電力物聯(lián)網(wǎng)“云管邊端”的建設(shè)架構(gòu)下，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集通道，構(gòu)建感知與匯集體系，建立電網(wǎng)資產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)。智能電能表部署在邊端，一方面需要兼容多種通信資源，架起上傳下達的橋梁，另一方面也要具備邊緣計算能力，使用云端協(xié)同提升業(yè)務(wù)支撐能力。 1.3.2 功能需求分析 本節(jié)從電網(wǎng)業(yè)務(wù)出發(fā)，分析智能電能表的功能需求。 由于新負(fù)荷倒逼及售電體制改革推進，營銷業(yè)務(wù)已全然不同，營銷業(yè)務(wù)亟待智能電能表實現(xiàn)多功能計量及多樣化計費。 社會進步要求供電服務(wù)水平跟上時代的步伐，加強用戶雙向互動，網(wǎng)上營業(yè)廳、微信、支付寶、小程序(App)等多渠道服務(wù)手段建設(shè)完善，實現(xiàn)智能電能表與居民互動的基礎(chǔ)在于掌握戶內(nèi)的精細(xì)化用電數(shù)據(jù)，要求智能電能表具有非侵入式負(fù)荷辨識能力。 電力供需互動不僅是信息互動，更多是業(yè)務(wù)互動，負(fù)荷自動控制、電動汽車有序充放電等要求智能電能表不僅具備本地分解計算能力，同時支持雙向多功能通信，既能上行通信，也能下行通信。 在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式下，構(gòu)建云端協(xié)同模式提升業(yè)務(wù)處理能力，營配融合、電網(wǎng)供需互動等復(fù)雜業(yè)務(wù)功能需求要求智能電能表在提升采樣頻率和采樣精度的同時，增加數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)清洗、事件觸發(fā)等更多本地處理功能。 1.3.3 電能表總體設(shè)計 本書基于應(yīng)用需求和功能需求，進行智能電能表的總體設(shè)計。 設(shè)計思想上，基于IR46標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用模塊化設(shè)計思路，各個模塊物理隔離，松耦合關(guān)聯(lián)，既保證法制計量部分的獨立性，同時也保障各相關(guān)模塊的協(xié)調(diào)配合性。 模塊設(shè)計上，綜合業(yè)務(wù)需求分為四大芯，分別是計量芯、管理芯、辨識芯、負(fù)控芯，各芯片模塊功能定位明確。計量芯為基表，主要承擔(dān)電能計量任務(wù)；管理芯承擔(dān)整表的管理任務(wù)；辨識芯承擔(dān)用戶負(fù)荷細(xì)粒度分解功能；負(fù)控芯承擔(dān)EV有序充放電和負(fù)荷控制任務(wù)。 電能表軟件可升級，管理部分采用模塊化設(shè)計，部分硬件功能模塊可插拔，軟件功能可獨立在線或遠(yuǎn)程升級。 電能表硬件組態(tài)可插拔，計量芯與管理芯為標(biāo)配，辨識芯和負(fù)控芯根據(jù)應(yīng)用場景的需求進行選配，各模塊功能獨立，可在不更換電能表的前提下，實現(xiàn)硬件模塊更換、功能升級等，降低表計更換成本。 1.4 未來發(fā)展趨勢 智能電能表作為測量電能的專用儀表，被廣泛應(yīng)用于世界各國的各個電能貿(mào)易結(jié)算與監(jiān)測領(lǐng)域，成為電能計量管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。在我國，智能電能表是智能電網(wǎng)的一個基本單元，為用電信息采集系統(tǒng)提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，向公司生產(chǎn)、運營監(jiān)控分析系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮了電網(wǎng)智能化支撐作用。新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展和應(yīng)用，促使未來智能電能表技術(shù)朝著國際化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、數(shù)字化、精確化、安全化的方向發(fā)展，逐步實現(xiàn)智能電能表技術(shù)水平的新飛躍。 面對新形勢下的多重挑戰(zhàn)，現(xiàn)有智能電能表已經(jīng)逐漸不能滿足新一代采集系統(tǒng)的需求，未來智能電能表亟待解決現(xiàn)有方案的不足。基于IR46提出的“有關(guān)電能計量的關(guān)鍵部分，無論是軟件或者硬件，都應(yīng)不受電能表其他部分影響或影響其他部分”，我國也在積極研制雙芯智能表，將計量部分與非計量部分獨立設(shè)計。表計計量部分選擇采用更高標(biāo)準(zhǔn)的元器件、更優(yōu)化的軟件程序與更可靠的計量外圍電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)雙芯智能電能表計量部分高精度、低功率因數(shù)計量的要求，應(yīng)用寬動態(tài)的計量芯片設(shè)計方案，優(yōu)化數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)，保證雙芯智能電能表計量部分的高準(zhǔn)確性、高安全性、高可靠性和高一致性。表計非計量部分采用軟件模塊化設(shè)計，將計量部分與非計量部分隔離，即將顯示模塊、通信模塊、負(fù)荷曲線模塊等獨立設(shè)計，并使得智能電能表軟件支持對各模塊的獨立升級，確保在擴展或更改非計量部分軟件程序時表計計量功能不會受到影響。智能電能表的雙芯設(shè)計，可在不更換智能電能表的前提下，更好地適應(yīng)電力體制改革以及滿足日益增長的用戶功能需求，降低運維成本，實現(xiàn)資源合理配置[11-14]。在進行了前期的調(diào)研及深入研究后，本書研制出兼容和支持各種通信資源，能夠?qū)崿F(xiàn)法制計量和管理功能獨立運行的雙芯智能電能表
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