智能电网中的智能抄表技术分析

王金华 程晓荣

（华北电力大学计算机系 河北 071003）

0 引言

目前，智能电网没有统一的概念，其关键就是构建多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，能够智能判断与自适应调节，实时地监控和采集电网和用户的用电信息，且采用最经济与最安全的方式将电能输送给用户，最终使电网运行更加可靠。

传统的三表(水、电、气)需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算费用后再到各家收取，这种方式误差大、工作量大，会出现漏抄、误抄、估抄等现象，这样会给供电企业造成巨大的经济损失。因此，需要提供一种智能管理方式，使电力部门能够实时的从用户处获取与用电相关的信息。而智能抄表系统能够自动采集数据，提高了发送与监控的实时性，同时提高了工作效率，为电力部门提供了一种安全便利的技术手段。

智能抄表系统目前的研究热点主要是远程无线智能抄表。Zigbee 技术是在这几年兴起的一类低速率无线传感技术，它具有低功耗、低成本以及易安装的特点。该项技术的出现对当前布线复杂、抄表效率低的传统抄表系统来说，无疑是一种很好的解决方案。目前，国内外已经开发出了一些基于 Zigbee的无线抄表系统，但是距离实际应用还有一定的距离。

1 现有的智能抄表技术

目前国内外普遍采用的智能抄表的方式有三种：电力线路载波自动抄表、IC卡预付费模式抄表、远程无线抄表。

1.1 电力线路载波自动抄表系统

电力线载波通信以电力线为载体，用电力线传送经过调制后的三表数据，接收方通过解调技术将信息接收。其主要优点是利用电力线传输，无需额外铺设管线，覆盖面广，传输数据方便等。

但是在我国的电力集中区，使用低压电力网，数据传输的过程中，会受到电磁信号、无线电信号、脉冲信号的干扰，导致传输数据错码、丢码。要解决我国电网的纯净度，需要相当大的投资，因此电力载波抄表系统在我国还不太适合。

1.2 IC卡预付费模式抄表

IC卡预付费模式需要先将用户信息存入IC卡，然后再利用IC卡技术和终端系统对IC芯片进行数据管理。

IC卡预付费抄表的优点如下：以电表线路为载体，节省资源；可以避免用户拖欠电费；用户可随时知道自己的消费情况。

同时该方式也有着以下的缺点：IC卡电表技术的电磁兼容问题，可能造成抄表不准，误报警等情况的发生；IC卡抗干扰能力弱，容易被破解；预付费的方式不人性化，难以适应电价变动的要求。所以IC卡预付费的应用只是智能电表系统中的一个过渡。

1.3 远程无线智能抄表

远程无线智能抄表结合了计算机网络技术和无线通信技术，能够实现对用电信息的自动获取和处理。

远程无线智能抄表的优点在于：工作效率高；实时监控能力强；系统维护和灵活性高；可以提供精确的用电数据，方便监督和查询。

远程无线智能抄表方式也有不足之处：当无线网络信号不好时，会影响数据的采集；管理系统一旦出现故障，会使整个系统瘫痪。

2 基于Zigbee的无线智能抄表系统设计

2.1 系统组成及工作原理

如图1所示，PC 机和采集器之间通过RS232串口进行通信，而采集器和计量表之间采用Zigbee无线数据传输技术。PC机是整个系统的管理中心，下发抄表指令给采集器，采集器再把命令下发给计量表，计量表收到抄表指令后，把计量表的读数发送给采集器，采集器再把该读数发送给PC机，然后由上位机软件实现对数据的显示和处理。

2.2 系统软件设计

本系统中Zigbee 网络的组网方式选择星型网络，即终端节点直接与协调器进行通信，可以提高通信质量和速度。

系统软件工作原理：为了实现无线自动抄表的功能，节点在加入协调器网络后每隔一段时间向协调器发送一个抄表数据，并由协调器上的 LCD 显示出来，同时将数据通过串口传输至 PC 机。在 Zigbee 无线自动抄表系统中，协调器具有创建网络、接收数据以及显示数据的功能，节点具有自动寻找网络以及发送数据的功能。下面就协调器与终端节点的工作原理进行具体介绍。

图1 系统框图

（1）协调器节点设计

①协调器接受终端节点入网流程

协调器节点上电初始化后，如果收到信息，判断是否是节点入网请求，如果是的话，就将该节点加入邻居列表，分配网络地址，并发送确认信息；如果收到的不是节点入网请求信息，则进行其它处理。

②协调器接收数据流程

协调器收到信息后，对信息包头进行解析，如果得知是数据包的话，就对数据信息进行提取，然后串口显示；如果不是数据包的话，就进行其他处理。

（2）终端节点设计

终端节点先上电，然后初始化，接着会向整个网络发送请求，当收到响应后，节点再对发送响应的节点发送连接请求，如果连接请求得到正确的响应，节点入网成功；否则，节点入网失败。终端节点彼此之间不能通信，只能与协调器通信。

（3）上位机软件设计

上位机软件用来进行系统设置，显示虚拟拓扑和数据。

①系统设置部分

自动采集时间间隔*掉线灵敏度=节点掉线识别的时间周期。自动检测本机从0～50已打开串口，此时“开始连接”按钮恢复可操作状态。单击“开始连接”按钮，上位机软件将已加入网络的节点与网关节点的网络拓扑图模拟显现。

②虚拟拓扑部分

显示整个网络的拓扑结构，鼠标右键单击节点图标，支持菜单项“查看传感器曲线”，鼠标左键单击“查看传感器曲线”，将弹出新窗口显示该节点所有传感器实时数据曲线图。

③数据显示部分

可以显示基本的计量表信息以及采集到的数据信息。

基于以上三部分的功能，能够很方便的查看各计量表节点的实时曲线，以及每个时刻各计量表的数据。

2.3 实验运行结果

首先安装开发环境和仿真器驱动，然后读写物理地址，打开上位机软件，设置好系统的自动采集时间间隔和掉线灵敏度，然后单击自动检测按钮。单击“开始连接”按钮，上位机软件将已加入网络的节点与网关节点的网络拓扑图模拟显现。单击“查看传感器曲线”，显示该节点所有传感器实时数据曲线图。最后显示基本的计量表信息以及采集到的数据信息。

3 小结

智能抄表系统技术结合了网络技术、仪表测量及通信技术，随着我国智能化建设的发展需要，对智能抄表系统的研究显得越来越重要，有着广阔的应用前景。远程无线抄表是智能抄表的研究热点，本文设计了基于Zigbee的无线抄表，给出了系统组成及工作原理和系统软件设计过程。随着科技的发展，相信更多的技术也会应用于智能抄表，总而言之，把其他相关领域的技术合理地应用到自动抄表系统中，会促使智能抄表技术尽快完善并不断进步。

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