智能电网远程抄表系统 (3)

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SUMMER
智能电网远程抄表系统
01 智能电网
03 网络选型

02 网络传输
04 系统组建

第一章 智能电网
系统认识
智能电网是物联网技术的典型行业 应用,它通过传感器采集各种数据, 从而对信息进行分析来减低成本, 提高效率,提高整个电网的可靠性, 使其达到最优化。
系统背景
智能电网的发展在全世界还处于起步阶段, 没有一个共同的精确定义,其技术大致可分为四个领 域:高级量测体系、高级配电运行、高级输电运行和 高级资产管理。高级量测体系主要作用是授权给用户, 使系统同负荷建立起联系,使用户能够支持电网的运 行;高级配电运行核心是在线实时决策指挥,目标是 灾变防治,实现大面积连锁故障的预防;高级输电运 行主要作用是强调阻塞管理和降低大规模停运的风险; 高级资产管理是在系统中安装大量可以提供系统参数 和设备(资产)“健康”状况的高级传感器,并把所收 集到的实时信息与资源管理、模拟与仿真等过程集成, 改进电网的运行和效率。智能电网是物联网的重要应 用,《计算机学报》刊登的《智能电网信息系统体系 结构研究》一文对此进行了详细论述,并分析了智能 电网信息系统的体系结构。
数传电台
数传电台是数字式无线数据传输电台的 简称。它是采用数字信号处理、数字调 制解调、具有前向纠错、均衡软判决等 功能的一种无线数据传输电台。数传电 台 的 工 作 频 率 大 多 使 用 220--240MHz 或 400--470MHz频段,具有数话兼容、数据 传输实时性好、专用数据传输通道、一 次投资、没有运行使用费、适用于恶劣 环境、稳定性好等优点。数传电台的有 效覆盖半径约有几十公里,可以覆盖一 个城市或一定的区域。数传电台通常提 供标准的RS-232数据接口,可直接与计算 机、数据采集器、RTU、PLC、数据终端、 GPS接收机、数码相机等连接。Βιβλιοθήκη i-Fi的特性更强的射频信号
改进的安全性
更宽的带宽
Wi-Fi功耗更低
Wi-Fi、蓝牙、ZigBee三种短距离无线通信技术对比
长距离无线传输网络
GPRS/CDMA无线通信技术
GPRS(通用无线分组业务)是由中国移 动开发运营的一种基于GSM通信系统的无 线分组交换技术,是介于第二代和第三 代之间 的技术,通常称为2.5G它是利用‚ 包交换?概念发展的一种无线传输方式。 包交换就将数据封装成许多独立的包, 再将这些包一个一个传送出去,形式上 有点类似寄包裹,其优势在于有资料需 要传送时才会占用频宽,而且是以资料 量计价,有效的提高网络的利用率。
Zigbee协议的结构
ZigBee 协议属于高级通信协议,是基于上世界的IEEE协会制定的802协议,主要约束了网路的无线协议、通讯协议、安全协 议和应用需求等方面的标准,其有效转播速率可以达到300Kbps (千比特率)。
MAC层
应用/支持层
物理层
网络/安全层
ZigBee技术的特征
ZigBee能源消耗显著低 于其他无线通信技术
量测
参数量测技术是智能电网基本的组成部件,先进的参数量测技术 获得数据并将其转换成数据信息,以供智能电网的各个方面使用。
设备
智能电网要广泛应用先进的设备技术,极大地提高输配电系统的性能。 未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和 等方面的最新研究成果 。
控制
先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施 以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。
卫星通信
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中 继站来转发无线电信号,从而实现在多 个地面站之间进行通信的一种技术,它 是地面微波通信的继承和发展。卫星通 信系统通常由二部分组成,分别是卫星 端、地面端。卫星端在空中,主要用于 将地面站发送的信号放大再转发给其它 地面站。地面站主要用于对卫星的控制、 跟踪以及实现地面通信系统接入卫星通 信系统。
蓝牙
中国Zigbee芯片市场规 模从2015年的0.3亿美 元增长至2019年的1.6 亿美元,年复合增长 率达52.0%。现阶段, 智能家居为Zigbee技术 的主要应用场景,而 Zigbee在工业控制、交 通运输、环境监测等 方面亦具有高适用性, Zigbee技术应用场景将 逐渐增多,推动Zigbee 芯片市场规模逐步扩 张。
ZigBee
Wi-Fi 6的应用场景与 5G类似,适用于对高 速率、大容量、低时 延要求高的场 景,包 括消费级场景如智能 手机、平板电脑、智 能家居、穿戴设备等 新型智能 终端、超高 清应用、 VR/AR等; 服务场景如远程3D医 疗;高密度场景如机 场 、酒店、大型场馆 等 ; 企 业 级 WLAN ; 工业级场景如智慧工 厂、无人仓储等。
扩频微波
最早始用于军事通信。它传输的基本原 理是将所传输的信息用伪随机码序列 (扩频码)进行调制,伪随机码的速率 远大于传送信息的速率,这时发送信号 所占据带宽远大于信息本身所需的带宽 实现了频谱扩展,同时发射到空间的无 线电功率谱密度也有大幅度的降低。在 接收端则采用相同的扩频码进行相关解 调并恢复信息数据!其主要特点是:抗 噪声能力极强;抗干扰能力极强;抗衰落能 力强;抗多径干扰能力强;易于多媒体通信 组网;具有良好的安全通信能力;不干扰同 类的其他系统等,同时具有传输距离远、 覆盖面广等特点,特别适合野外联网应 用
Wi-Fi组成结构
硬件设备
Wi-Fi模块是高频性质的产品,它不像普通的 消费类电子产品,生产设计的时候会有一些 莫名其妙的现象和问题,让一些没有高频设 计经验的工程师费劲心思,有相关经验的从 业人员,往往也是需要借助昂贵的设备来协 助分析。
网络协议
WEP协议全称Wired Equivalent Protocol(有线等效 协议),是为了保证802.11b协议数据传输的安全性 而推出的安全协议,该协议可以通过对传输的数据进 行加密,这样可以保证无线局域网中数据传输的安全 性.在市场上一般的无线网络产品支持64/128甚至 256位WEP加密,未来还会慢慢普及WEP的改进版本— —WEP2.
无线网络在无线局域网的范畴是指“无线相容 性认证”,实质上是一种商业认证,同时也是 一种无线联网技术,以前通过网线连接电脑, 而Wi-Fi则是通过无线电波来连网;常见的就 是一个无线路由器,那么在这个无线路由器 的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接 方式进行联网,如果无线路由器连接了一条 ADSL线路或者别的上网线路,则又被称为热 点。
通常而言,ZigBee开展传输处 理过程中对应需求的功率为 1MW。倘若ZigBee进入休眠状 态,则其所需的功率将更低。 通俗来讲,通过为装置有 ZigBee的设备配备两节 5号电 池,该设备便可持续运行超过 6个月的时间。
ZigBee研发及使用所需 投入的成本偏低。
现阶段,ZigBee的成本普遍无 需交付专利费。通常情况下, 应用ZigBee过程中仅需交付最 初的6美元,后续的实际操作 便不会产生更高的费用。由此 表明,ZigBee的研发及使用成 本可为广大用户所接受。
系统组成
本系统由带系统软件的主站、带GPRS模 块的采集器、电度表组成。手持终端是 本系统的补充,在系统出现意外时进行 人工抄表。主站:运行集中抄表系统的 计算机(服务器或PC机)称为主站,主 站通过GPRS网络与采集器相连。主站要 配置一个固定的IP地址和互联网出口。 带GPRS模块的采集器:收集电表数据传 送到数据中心,它连接主站和电度表。 电度表:计量并显示用户的用电情况, 将用电信息传输到GPRS采集器。
第三章 网络选型
短距离无线传输网络选型
物联网和可穿戴设备是 蓝牙的主要需求领域, 2018年我国物联网和可 穿戴设备保持着较高的 增速,下游的强劲增长 将带动国内的蓝牙需求 增长。2018年我国消费 级IoT市场规模为1554亿 美 元 , 同 比 增 长 30.8% ; 可穿戴设备出货量为 7321 万 台 , 同 比 增 长 28.5%。
Wi-Fi
长距离无线传输网络选型
GPRS/CDMA 无线通信技术
通过无线数传电台可在电力,水利,气象,石油,林 业,勘探,煤矿,铁路等诸多行业的通信,遥控,遥测,
遥感,区域报警系统中进行数字信号传输.文中 通过分析220~238MHz无线数传电台的整体结 构和数传工作原理,对无线数传电台的通信距离
ZigBee具有较高的安全 可靠性
ZigBee可实现十分完备的检测 功能,同时在应用ZigBee时需 要进行反复的检验流程。如此 一来,切实确保了ZigBee的安 全可靠性。另外,ZigBee在传 输数据过程中可确保数据流的 相对平行性,换而言之, ZigBee可为数据提供宽广的传 输空间。
Wi-Fi
蓝牙的首次配对需要用户通过 PIN码验证,PIN码一般仅由数 字构成,且位数很少,一般为 4~6位。PIN码在生成之后, 设备会自动使用蓝牙自带的E2 或者E3加密算法来对PIN码进 行加密,然后传输进行身份认 证。在这个过程中,黑客很有 可能通过拦截数据包,伪装成 目标蓝牙设备进行连接或者采 用“暴力攻击”的方式来破解 PIN码。
蓝牙技术的典型应用
随着技术的发展成熟,蓝牙的应用也将越来越广泛:
蓝牙影音播放设备
蓝牙手表、手环
电脑外设无线连接
蓝牙电子钱包
Zigbee
ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输 的无线网上协议,底层是采用IEEE 802.15.4标 准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有 低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、 支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、 安全。
进行了理论分析和计算.
扩频微波
卫星通信的应用领域不断扩大,除金融、证券、 邮电、气象、地震等部门外,远程教育、远程 医疗、应急救灾、应急通信、应急电视广播、 海陆空导航、连接互联网的网络电话、电视等
将会广泛应用。
CDMA网络正逐步走向成熟,这种网络永远在线、按流量计费以及组网简单灵活、 易于维护的特点得到了广泛的认可。特别是对于金融、保险、电信、电力、交通 等行业用户,如何利用无线通信技术,解决无固定工作场所,有线网络架设受环 境限制等情况下数据传输的问题,实现无线应用,成为行业用户关注的焦点。
系统软件
自动抄表系统的核心部分是系统软件,遵循DL/T645部标 通讯规约,有扩展性。
(一)安全可靠:安全性由三方面构成:第一,ORACLE数据库 (五)广播对时功能:该功能使得系统中的所有电能表的时间基准
是大型的、多用户的数据库,它的安全性高,允许多用户同 与PC机保持一致,对时成功后,由电池供电的电能表内部时钟,
系统组成
一般包括以下三个子系统
通信管理子系统
由工控机、数传模块、远程 抄表管理软件等组成
无线远程抄表子系统
主要包括远程抄表终端和抄表 控制软件
用电分析管理子系统
对用电客户进行管理,利用无 线远程抄表数据,通过运筹优 化技术和统计分析技术来及时 发现问题
关键技术
通信
高速、双向、实时、集成的通信系统使智能电网成为一个动态的、 实时信息和电力交换互动的大型的基础设施。
数传电台
扩频微波设备作为电信级质量的传输设备, 免申请频段,良好的性能和最有的性价比, 广阔地应用于各种复杂环境下的高质量通信 网络,广泛用于基站互联、电信基础传输网 、 电力、石油、公安和军队等专业网络,常用 于应急通信系统,森林、矿山、抗洪抢险、 大型工程或大型会议等。
卫星通信
第四章 系统组建
蓝牙传输数据的频率不高,在 传输数据的过程中耗能较少, 但是,为了及时响应连接请求, 在等待过程中的轮询访问却是 十分耗能的。
蓝牙的连接过程中涉及多次的 信息传递与验证过程,表面上 来看似乎并不能让使用者感受 到复杂的连接程序,但是,反 复的数据加解密过程和每次连 接都需进行的身份验证过程却 是对于设备计算资源的一种极 大的浪费。
第二章 网络传输


蓝牙是一种无线技术标准,可实现固定设备、 移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据 交 换 ( 使 用 2.4—2.485GHz 的 ISM 波 段 的 UHF 无 线电波)。蓝牙可连接多个设备,克服了数据 同步的难题。
蓝牙存在的问题
蓝牙的功耗问题
蓝牙的连接过程烦琐
蓝牙的安全性问题
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