智能电能表的数据采集技术分析

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 2023年1月25日第40卷第2期
设计应用技术
ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０２．０１０
智能电能表的数据采集技术分析
郭 晨
（国网扬中市供电公司油坊供电所，江苏 扬中 212213）
摘要：随着信息时代的快速发展，信息技术应用水平也在不断提高。

科学分析智能电能表的数据采集与通信方式，不仅能提高用户用电体验，还能提高智能电表工作效率，满足数据采集与传输的要求。

分析智能电能表数据采集关键技术，探究现有智能电能表数据采集方法的不足之处，以此探寻科学有效的智能电能表数据采集方式。

关键词：智能电能表；数据采集技术；配电网；射频识别（RFID）
Analysis of Data Acquisition Technology of Intelligent Electricity Meter
GUO Chen
(Youfang Power Supply Office, State Grid Yangzhong Power Supply Company, Yangzhong 212213, China)
Abstract: With the rapid development of the information age, the application level of information technology is constantly improving. Scientific analysis of the data acquisition and communication mode of smart watt-hour meter can not only improve users' electricity experience, but also improve the working efficiency of smart watt-hour meter and meet the requirements of data acquisition and transmission. This paper analyzes the key technologies of smart meter data acquisition, explores the shortcomings of existing smart meter data acquisition methods, and explores scientific and effective smart meter data acquisition methods.
Keywords: intelligent electricity meter; data acquisition technology; distribution network; Radio Frequency Identification (RFID)
0 引 言
智能电能表是电力系统中电量数据计量与采集的主要设备，也是电力运营过程中信息采集的重要媒介，对智能电网建设起着至关重要的作用。

在智能电能表多种功能综合运用的过程中，打破了传统电能表单一计费功能，实现智能化检测、收集等。

1 智能电能表的工作原理与功能特点
1.1 工作原理
智能电能表除了具有传统电能表的相关功能外，还以智能配电网的大数据收集与配置为载体，利用基于构件的高级量测体系（Advanced Metering Infrastructure ，AMI ）与自动抄表（Automatic Meter Reading ，AMR ）等提供给电力用户较为全面详尽的电能使用信息，实现电网计量工作中对电量信息的智能化采集与管理。

结合多种先进技术的应用，通过数据采集与通信传输装置准确采集用户电能装置的电流和电压信息，通过模拟/数字（Analog/Digital ，A/D ）转换器或专门的计算芯片进行电能信息转换，最后再通过中央处理器对转化后的信息数据进行分析处理[1]。

1.2 功能特点
智能电能表作为传统电能表的升级产物，其自身的功能越来越强大。

智能电能表的精确度可以长期保持不变，无须进行操作难度较大的校对，不易受到外界因素的影响，具有较高的可靠性。

智能电能表具有数据处理与测量功能，除了对有功、无功电能进行测量外，还能满足分时测量需求，在电网的运行过程中实现了数据的互动，直观展现出电压、电流、功率等数据。

在信息技术的帮助下，可以完成抄表工作，严格记录用户电能使用量，并对用户的用电情况进行监测[2]。

例如，在智能电能表的报警功能应用中，通过告警显示背光灯的持续亮起提醒用户及时处理智能电能表故障。

2 智能电能表数据采集技术的特性
作为智能电能表的关键技术之一，数据采集技术可以采集和处理智能电能表中的数据信息。

利用智能电能表数据采集技术开展早期数据采集，包括专变采集终端、集中化抄表终端等。

针对智能电能表数据采集系统进行精细化设计，根据智能电能表的分时计量功能，为峰期和谷期的分类计费提供依据。

采用科学、合理的数据采集方式对用户的电力使用情况进行整合，一方面节约了资源消耗，另一方面保障了电力的充分利用[3]。

收稿日期：2022-11-15
作者简介：郭 晨（1990—），男，江苏扬中人，本科，助理工程师，主要从事基层电力运维采集管理工作。

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针对智能电能表的收费特点和实际管理情况，引入数据采集技术构建智能电能表收费系统，具有成本低、可靠性高以及使用寿命长等特点。

应用集成电路卡（Integrated Circuit Card ，IC ）存储信息，其安全性高、不易仿制、收费准确且具有加密性。

针对本地用户的数据收集方式，利用IC 卡查看电费余额，如果用户余额不够，电能表则以灯光和提示音等方法提醒用户，操作简单，为用户提供了便利，同时有效提升了用电收费管理水平[4]。

在具体使用过程中，利用自身模数转换器或专门的计量芯片对用户的用电情况进行测量，精准采集和记录用户的所有用电信息，包括各相失压或失流的次数、发生或结束的时刻、掉电时间与次数以及清零时间与次数等，并对数据实施全面的分析与处理，最终完成数据采集传输。

3 智能电能表的数据采集内容
电能表数据采集涉及计量电费和售电收入等工作，需要借助数据采集技术为电能表数据采集和后续的电网运行分析提供保障。

结合采集数据管理工作的开展情况，针对性调整智能电能表数据采集技术类型，避免应用的数据采集技术影响到计量数据的分析和应用，提高智能电能表数据采集的效果和质量。

对于智能电能表的整体运转情况进行分析，在智能电能表功能基本实现的前提下，通过智能电能表数据采集技术的合理应用，为智能电能表采集工作奠定基础。

设计智能电能表质量数据采集系统，对用电设施的电流和电压等物理量进行信息收集，通过综合分析所收集到的信息，从而充分发挥数据采集技术在智能电能表中的应用价值[5]。

智能电能表数据采集系统架构的设计主要是从数据采集的来源出发，通过采集系统架构中的采集器设备，将智能电能表中的数据信息准确、及时传送到各种类型的通信网络中，主要是在数据信息转换中确保安全性，提升智能电能表数据采集质量。

建立电能表运行误差分析模型，根据收集到的信息进行误差研究。

在低压台区供电变压器上设置精密的智能电力测量设备，用于实现整个台区供电能力的信息收集与计算。

同时，在各系统中设置高精度用电测量设备，其目的在于对全部台区的综合供电数据进行实际测量后，通过提升分电能表的计量准确度，对全部台区的综合电量数据采集进行辅助检验[6]。

在智能电能表数据的传输过程中，数据采集技术的应用质量与安全机制建立有着直接关系，主要是由于数据采集技术与数据传输技术相结合，才能为智能电能表数据采集工作的完成奠定基础。

在建立智能电能表数据采集与传输安全机制时，加大使用数字密码加密方式的力度，重点保证数据的完整性和可靠性。

4 智能电能表的数据采集相关技术分析
4.1 RFID 技术
传统感应式电能表、普通电子式电能表存在功能单一、防窃电效果差等缺陷，随着现代物联网技术及计算机技术的发展，将射频识别（Radio Frequency Identification ，RFID ）技术与智能电能表融合可以推动其升级转型。

RFID 技术是一种基于无线通信原理的自动识别技术，能够自动识别目标对象并提取相应数据。

利用RFID 设备采集电表数据信息，通过RFID 通道机对电表的快速出入库进行管理，在不需要人工干预的情况下即可实现多项电能计量设备RFID 标签的批量识别。

电能表实时收集电能信号，将电能信号保存到RFID 芯片中，再由工作人员借助相关设施从RFID 芯片中读出电能信号。

由于不受线路故障和系统停电的影响，不仅发挥了数据信息采集的优势，提高数据收集的质量，还能进一步提高智能电能表的信号处理效率[7]。

4.2 ESAM 安全模块技术
智能电能表采用嵌入式安全控制模块（Embedded Secure Access Module ，ESAM ）技术，具有多用户电量采集、数据远程传输、用户供电控制以及复费率电能计量等先进功能，能够对重要数据信息予以储存，保障数据信息传输的安全性与稳定性，为后续数据分析和应用提供支持。

数据信息采集人员需要进行身份验证，通过身份验证后才有权限对数据进行查询，收集该安全模块内存放的电能表数据信息，提高了数据信息采集的安全性与可靠性。

运用ESAM 安全模块保证信息传递和分析过程的效果与安全性，不断提升智能电能表采集技术的使用水平。

在智能电能表数据采集过程中，被测量的电压、电流经过采样转换后传输至数字乘法器，输出与电能成一定比例的数字量。

工作人员针对智能电能表的实际工作情况进行判断，以多样性通信规约进行智能化处理与判断。

通过大规模电能计量集成电路将用电量
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转化为与电量成正比的脉冲量，经光电耦合电路处理后存入开关量输入接口。

中央处理器根据采集的脉冲量对各用户的用电量进行累加，将其存入非易失存储器中，并由显示电路轮流显示出各户的用电量，通过远程通信接口电路实现测量数据的远程传输。

4.3 远程监测和控制技术
智能电能表除了可以远程采集用电信息外，同样可以对用电行为进行监管和远程控制，当出现异常用电行为时，可以通过远程控制的方式进行断电，并且在后台软件发出提醒，通知工作人员。

工作人员选择好信号采集位置后，通过监测终端获得智能电能表的运行信息和故障信息，进而采取有效的措施予以整改，实现对整个电能用电数据传输状况进行控制，协助电力行业管理人员完成对用户电力使用状况的远程管理。

在主站层到采集层的数据交换阶段中，利用远程通信信道实现数据传输任务，确保高质量、高效率的远程数据传输。

依据本地网络建立下行通信的数据传输途径，通过电缆完成数据传输，无须网络媒介，不仅可以传送模拟信息，同时也可以发送数字信息[8]。

5 智能电能表数据通信安全性分析
智能电能表中存储了大量的数据信息，如测量数据和使用数据等，在应用智能电能表时对数据进行必要分类与保存是基本的工作程序。

一旦发生非法入侵等情况，数据信息的安全性将会受到严重威胁，影响智能电能表工作状态，同时对供电方、用电方等的经济效益造成不良影响。

分析智能电能表的信息安全需求，从通信技术的角度分析智能电能表的潜在风险与安全威胁，挖掘其影响因素，以达到全方位预防和管控的目的[9]。

此外，针对ESAM 安全模块的开发可以通过加解密处理数据信息，利用合理且严谨的密码对数据的安全性与完整性进行保护。

利用安全系统能够防范数据信息被周期性预测，保障通信的安全性。

为了保障数据传输的完整性，需要对数据进行加密处理。

接收端获得数据信息后，经过验证、识别对数据信息进行解密，最后完成数据信息分析与处理。

针对关键数据的储存与传输，在安全验证与数据解密的过程中使用明文加密等手段，确保数据信息在传输
过程中的安全、可靠[10]。

6 结 论
智能电能表作为信息技术与通信技术的结合，能够对采集到的信息进行自动分析、处理，完成相对应的电能计算，对用户用电设备电流与电压等物理量实时采集。

对于智能电能表数据采集技术的应用，既要从通信安全角度出发优化数据采集方法，也要强调数据信息传输与接收安全性，保证智能电能表更加安全可靠。

参考文献：
[1] 黄万里.智能电能表的数据采集技术分析[J].集
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