智能电能表数据采集关键技术研究 高嘉浩

智能电能表数据采集关键技术研究高嘉浩

摘要：智能电网的建设是国家惠民工程中的一项重要的工程，在这项工程中积

极地普及智能电能表为电网的管理带来了极大的便捷。但是，智能电能表的广泛

使用过程中，由于各种各样的因素导致了智能电能表的种种故障。鉴于此，为了

保证智能电表在电网中发挥其应有的功能，有必要积极地加快对电表检测工作的

标准化进程建设。对于智能电能表性能的检测有必要给予高度地重视，对智能电

能表所出现的问题进行剖析和解决。促使智能电能表发挥出应有的积极作用关键词：智能电表；设计采集；关键技术；分析

1导言

国家电网公司自2010年以来对智能表大规模招标，智能电能表得以大范围的应用推广，同时其质量问题也受到社会各界广泛关注。相对于传统电能表来说，

智能电能表具有功能多、精度高、灵敏、可远程抄表等众多优点。智能电能表被

要求要“能正常工作、能正常准确工作、能长时间稳定的准确工作”。但是，电能

表运行的环境较为复杂，其需求数量庞大、电子元器件寿命较短、且易受外界干扰，所以在实际运行中出现故障的几率较大。

2对智能电能表的性能测试

智能电能性能测试工作是电网工作中的一项常规化的工作。在这项工作中，

一般进行的以下两个方面的内容:一是计量性能检测;二是双向通信功能检测。

2.1智能电能表检测技术中的计量性能检测

对用户用电的动态数据的收集是智能电能表的首要的功能。智能电能表能够

及时将所收集的数据迅速向智能电网中上传。这种模式跟传统的那种单一的方式

有着本质的区别。在智能电表中，主要是采用比较复杂的多费率计价和分时计量

模式，这是传统的计量所不能够实现的。该智能电能表的运作过程是:对电网中的

用电状况进行准确地识别，接着电表计度器将数据进行记录，最后通过局域网或

者广域网传送到用户显示端和供电方的中心数据库之中。从这里来看，真正决定

电能表的计量准确性的有三个因素:智能电表显示位数和网络信号强度及稳定性情况，还包括计度器性能的标准参数。

2.2智能电能表检测技术中的双向通信功能检测

除了以上的计量之外，还具有双向的通信功能。该功能检测具有以下三个方

面的内容:第一，检测智能电能表在传递数据的时候，能否在第一时间把电量的数

据及时准确地传递到中心数据库。这是检测智能电能表传送的时效性问题，第二，对供电方反馈数据进行检测，主要检测其反馈的失效性。主要检测智能电能表，

能否在第一时间里直接将费率变动的具体的情况反馈给该用户。第三，对供电方

远程控制的检测。主要检测远程控制的有效性能否实现。即，检测能不能在第一

时间里对用电安全情况实现控制——及时采取断电处理。

3ＲFID通信技术

ＲFID(Ｒadio Frequency Identification，射频识别)通信技术是一种基于无线通

信的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工

作无需人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。ＲFID系统一般

由读写器、发射天线、标签天线、标签芯片等部分组成。读写器通过发射天线发

送一定频率的射频信号，在有效读写距离内的标签天线通过电磁耦合接收到读写

命令并传给标签芯片，标签芯片运用接收到的能量读取相关数据，并通过天线逆

向发送给读写器。读写器再根据收到的数据进行解码，并针对不同的设定做出相

应的处理和控制。ＲFID技术的特点是读取方便快捷，数据容量大，应用范围广，使用寿命长，且通信过程不受空间中的非金属障碍物的影响。

ＲFID电子标签分为无源与有源两种，无源电子标签广泛应用于物流、仓储等各个领域，在电力行业里，从普通的单相、三相电表到集中器等电力物资的管理，如入库、查验、存储等往往也应用ＲFID无源电子标签技术，一些最新设计的计

量中心仓储管理系统，已经把其当作必要的管理手段。有源电子标签相比较之下

体积较大，安放也不如无源标签方便，但其通信距离远，在车辆定位、大型仓储

管理等诸多领域有广泛应用。2ＲFID智能电能表ＲFID智能电能表是以普通智能

电能表为基础，加入ＲFID数据通信单元，以实现智能电能表的各项数据通过高

频无线信号传输的目的。

ＲFID通信单元通过I2C总线与智能电能表MCU相连，实现双向数据通信，

ＲFID通信单元包括ＲFID标签芯片与ＲFID射频天线，所有设备均放置于电能表

壳体内，不改变电能表外部结构。ＲFID标签芯片选用英频杰公司的X－2K，它是一款符合Gen2标准的超高频ＲFID有源标签芯片，它工作频率范围为860 MHz～960 MHz，拥有2176 bits的内部存储空间和1个I2C总线接口。它在有源和无源

的条件下均可以实现外部数据的读取，其中，有源状态下该芯片灵敏度为－

19.5dBm，无源状态下灵敏度为－17d Bm。不同于以往的ＲFID有源标签芯片，X

－2K可以通过I2C总线与智能电能表进行数据通信，将智能电能表中的表号、电

量等信息按照实际的需要，每隔一段时间存储到X－2K芯片中，当ＲFID读写器

进行数据采集时，可以直接从X－2K芯片中读取数据。这样就避免了因为断电造

成的数据无法采集的情况。同时，ＲFID读写器还可以根据DL/T 645协议将指令

写入到X－2K芯片中，电能表将在通电后每隔固定时间读取并执行相关指令。此外，由于ＲFID通信特有的性质，即使电能表放置于箱体中，只要有玻璃板等非

金属窗口，即可实现数据采集。

4结论

针对现有智能电能表数据采集方法存在的不足，提出了一种运用ＲFID通信技术的智能电能表数据采集方法。该方法不受非金属障碍物、线路故障和系统断电

的影响，经测试，在2m范围内综合数据采集成功率为99.2%，且可一次性采集

多块电能表信息，相比于红外等方法，显著提高了数据采集效率。为智能电能表

数据采集提供了一种新方法，随着国家坚强智能电网的建设和国外智能电网改造

的推进，作为终端设备的ＲFID智能电能表，有着广阔的市场前景。

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