专利名称：物联网架构下的电能智能计量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电能的智能计量系统，尤其是涉及一种物联网架构下的电能智能计量系统。
背景技术：
电能是人类使用最普遍、最直接的能源形式，电网为人类社会各种生产、生活活动提供动力。电网智能化，即“智能电网”已成为全球电力的热点话题，我国在智能电网建设上投入大量精力，制订了详细的战略发展规划。一个高度智能化、信息化的智能电网已呼之欲出。智能电网的实现，需要依赖于电网各个环节重要运行参数的在线监测以及电能计量等实时信息掌控，作为智能电网中的重要一环——电能智能计量系统，也将在这千载难逢的电力大变革中脱颖而出、飞速发展。物联网应用于我国电能智能计量系统可实现原创性突破、占据世界智能电网制高点的领域。物联网作为推动电能智能计量系统发展的信息感知和“物物互联”重要技术手段，已经在电力设备状态监测、用电信息采集、智能用电等方面得到广泛应用。现有的电能计量管理系统主要依靠人工抄表的方式来结算和定期的稽查，这种传统的方式不仅耗费了大量的人力物力，同时也很难对电网的状态进行实时监控，很难适应智能电网大规模发展的安全和稳定的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种物联网架构下的电能智能计量系统。上述技术问题的解决，本发明采取如下的技术方案一种物联网架构下的电能智能计量系统，其特征是所述的电能智能计量系统自下而上可分为感知互动层、网络传输层及包括系统主站的应用服务层，所述的感知互动层以有线或无线方式通过所述的网络传输层连接到所述的应用服务层的系统主站；所述的应用服务层的系统主站包括；相互连接的营销系统、售电系统和多个采集系统，所述的采集系统还外接智能卡售电终端；所述的网络传输层包括、光纤网、无线公网、无线专网、服务于电力行业的电力线载波网；各网既可各自独立运载来自感知互动层的计量信息，也可相互协作、相互融合， 同步、并行地传输数据信息；所述的感知互动层包括智能终端、表计和传感器网关，所述的传感器网关连接具有感知、识别、控制和执行能力并贴有RFID标签的智能终端、表计；各种智能终端、表计感知电流、电压计量信息，表计与表计之间相互连接形成智能表计网络。所述的感知互动层中，还包括数字化变电站，数字化变电站内设备从逻辑上分为 变电站层、间隔层、过程层和电能计量回路，所述的电能计量回路覆盖过程层和间隔层，其包括电连接的电子式互感器、合并单元、数字电能表和通信系统，数字计量回路采用光纤网络传输电子式互感器二次输出的电压、电流瞬时采样序列，作为过程层设备的同一间隔内电子式电压、电流互感器保持采样时刻同步。所述的电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以传输正比于被测量的电压或电流量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置，在数字接口的情况下，一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。所述的智能表计和智能终端采用射频识别和传感网技术感知并获取电能计量信肩、ο所述的传感器网络技术包括远程抄表系统，其由电连接的系统集中器、局部信息集中器、信息中继器、表计组成。有益效果本发明的在物联网框架下构建的电能智能计量系统，不仅能减轻抄表人员的工作量，提高工作效率，还可方便的进行负荷预测，自动线损计算、相位平衡分析、异常用电分析、缺相检测、设备故障检测、停电发生及持续时间统计等，易于处理意外停电、电能质量和用电纠纷，提高用电管理水平，最终获得更大的社会效益。
附图为物联网架构下的电能智能计量系统。
具体实施例方式本发明的物联网架构下的电能智能计量系统如附图所示，电能智能计量系统自下而上可分为感知互动层、网络传输层及包括系统主站的应用服务层，感知互动层以有线或无线方式通过网络传输层连接到应用服务层的系统主站。其中应用服务层的系统主站包括；相互连接的营销系统、售电系统和多个采集系统，采集系统还外接智能卡售电终端；网络传输层包括、光纤网、无线公网、无线专网、服务于电力行业的电力线载波网；各网既可各自独立运载来自感知互动层的计量信息，也可相互协作、相互融合，同步、并行地传输数据信息；感知互动层包括智能终端、表计和传感器网关，所述的传感器网关连接具有感知、识别、控制和执行能力并贴有RFID标签的智能终端、表计；各种智能终端、表计感知电流、电压计量信息，表计与表计之间相互连接形成智能表计网络。感知互动层中，还包括数字化变电站，数字化变电站内设备从逻辑上分为变电站层、间隔层、过程层和电能计量回路，所述的电能计量回路覆盖过程层和间隔层，其包括电连接的电子式互感器、合并单元、数字电能表和通信系统，数字计量回路采用光纤网络传输电子式互感器二次输出的电压、电流瞬时采样序列，作为过程层设备的同一间隔内电子式电压、电流互感器保持采样时刻同步。电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以传输正比于被测量的电压或电流量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置，在数字接口的情况下，一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。智能表计和智能终端采用射频识别和传感网技术感知并获取电能计量信息。基于传感器网络技术的远程抄表系统包括电连接的系统集中器、局部信息集中
4器、信息中继器、表计组成。下面发明人将更详细地描述本发明。1. 1面向电能计量系统的物联网基本框架电能智能计量系统主要由智能表计、智能终端、智能互感器、高速通信网络、信息分析处理中心以及与之配套的智能检定、管理子系统等组成。在这个系统内，所有的计量装置以及检定、管理等应用子系统之间都通过高速通信网络与信息处理分析中心相连，形成一个以数字信号传输、高度信息化和操控智能化的开放式电能计量系统。在这样的电能智能计量系统中，大到主站系统和数字变电站，小到智能表计中的传感器等均是由信息感知和“物物互联”的物联网技术相互贯通、自上而下形成分层化的大网络系统，如附图所示。参见附图，面向电能智能计量系统的物联网是分层的网络系统。该网络系统是一个综合性的网络，它的开展具有规模性、广泛性、管理性、技术性、物属性等特性，其实施步骤，自下而上的可分为感知互动层、网络传输层、应用服务层。电能智能计量系统中信息流的传递是自下而上的，在底层感知环节中变电站、电厂、专变大客户、公变和低压客户等环节均设立计量感知节点，安装配套智能计量设备；这些智能计量设备通过射频识别(RFID) 设备、传感器以及互感器等采集所需的计量信息，再通过由各异构网所组成的网络传输层传递，最后与计量系统主站进行信息交互与通信。1. 1. 1物联网智能计量系统的感知互动层由附图可以看出，物联网架构下的电能智能计量系统中，前端的各种计量信息采集和获取发生在大网络系统底层的感知互动层。物联网智能计量系统的感知互动层由具有感知、识别、控制和执行等能力的多种设备组成，比如RFID标签和读写器、摄像头、用户表计、智能终端、变电站互感器、传感器、 传感器网络和传感器网关等。这些设备负责采集电能、物件及周围环境的数据等，通过这些基础数据获取计量系统所感兴趣的电能信息、设备信息等各种监测数据，以此完成计量系统上层主站的用电监测、负荷控制、预购电、线损统计分析、供电质量分析、客户节能评估等功能，为用户有序用电、需求侧管理等业务提供基础和支撑。与此同时，感知互动层中的那些用于“信息感知和获取”的设备，根据采集到的各种数据以及预先设定的指令，形成对实际计量过程中的反馈控制，比如执行功能的设备响应用户或系统预先设定的决策机制等，代表用户或主站系统对各种事件或状态采取相应的措施和行动，在突发事件中发出告警或执行预先设定的指令。由此可见，感知互动层是物联网架构下的电能智能计量系统的重要基础，是各种信息流(比如电能信息、设备信息等)的源头。各种移动或固定的计量设备，如 PDA (Personal Digital Assistant，掌上电脑)、智能表计、智能终端、变电站的电子互感器等计量感知节点，将采集到电能信息和设备信息等，以有线或无线的方式通过网络传输层， 汇聚到应用服务层的智能计量系统的主站。同时，主站的监控和调度指令，最终也会在感知互动层的各计量感知节点执行。因此，本发明在感知互动层的主要研究各类计量信息的前端的感知与获取。1. 1. 2物联网智能计量系统的网络传输层在附图中，从感知互动层采集到的数据是通过异构网络传输到上层主站系统。这些异构通信网在物联网架构下的电能智能计量系统中处在中间层的网络传输层。
物联网智能计量系统的网络传输层负责将感知互动层中智能表计、智能终端、变电站的电子互感器等计量感知节点所收集的各类信息，特别是来自底层物理世界的计量信息，通过各种公共网络或专用网络的异构基础设施，高效、可靠、安全的传输到应用服务层的主站系统，以实现人与物(即计量设备，如智能表计和终端、变电站的互感器等)、物与物的互联互动。各类计量信息的通信传输网络是承载信息传递的网络服务平台，是计量系统信息化的基础设施。这些异构通信网络传输的信息不仅包括电能量信息，还包括各类计量设备的信息以及各监测数据等等。本发明中涉及到的异构通信网络主要包括面向公众的GPRS和CMDA移动通信网、 互联网、固定电话通信网，以及服务于电力行业的专用网络，比如电力线载波通信网、无线专网、光纤专网等。这些不同类型通信网络，它们既可以各自独立运载来自感知互动层的计量信息，也可以相互协作、相互融合，共同传输数据信息。信息通信网络多种多样，本发明所研究的电能智能计量系统的网络传输层，涵盖了大部分常用的信息通信网络。因此，智能计量系统除了必须保证这些纷繁复杂的网络各自独立通信的同时，还对多网融合提出了更高的要求。1. 1. 3物联网智能计量系统的应用服务层由附图可知，从网络传输层传输的各类计量信息流，最后抵达物联网智能计量系统上层的应用服务层的主站系统，进行最终的数据汇聚和处理。物联网智能计量系统的应用服务层是计量系统发展的目的，应用是整个物联网智能计量系统运行的驱动力。本发明涉及到的物联网应用服务层所指的是电能智能计量系统的主站系统。本发明的主站系统所提供服务是我们建设物联网智能计量系统的价值所在。从信息流向的角度来看，我们计量系统的计量信息由感知互动层所采集，由网络传输层所传送，最终汇聚到物联网上层的应用服务层。应用服务层的主站系统，将汇聚、融合的各类计量信息进行分类、分析、处理。主站系统核心功能和任务在于管理者站在更高层次上组合、管理、运用、调度资源。据此，本发明的物联网智能计量系统的应用服务层主要研究来自网络传输层的信息收集、汇聚，主站系统的运行管理功能，以及主站系统的应用平台展示与人机交互。1. 1. 4智能计量系统的前端信息感知与获取物联网智能计量系统的感知互动层是以计量感知节点、RFID以及传感器的结合为切入点，通过传感器网络实现协同工作以形成可管理的感知网，完成计量系统前端信息的全面感知与获取。这里，本发明计量系统所指的“信息”主要是设备电能信息，以及各种设备的标识信息(即设备信息)。下面就此两类信息的感知与获取进行细致阐明。1. 1. 5电能信息的感知与获取感知互动层的计量感知节点通过RFID和传感技术，感知电量参数(如电压、电流等)的变化，并及时获取电能信息。本发明的计量感知节点包括智能表计、智能终端、数字化变电站的电子互感器等。1. 1. 6智能表计的射频识别和感知技术抄表作为电能计量过程中重要的一步，对计量的准确度有着最大、最直接的影响。 传统的抄表方式是手工抄录用户电能表的窗口指示数，数据经过多次转抄和誊写，难免出现“错抄、漏抄、估抄”等错误，影响收费、电能量分析、用电稽查等常规用电管理工作的进行，更会直接影响到电能计量的准确性。本发明物联网智能计量系统的智能表计采用射频识别(RFID)和传感网技术，感知并获取电能计量信息，通过短距离无线抄表和远程抄表，克服传统人工抄表模式的低效率和不确定性，有效地推进了电能计量现代化、智能化的发展进程。1、基于射频识别(RFID)技术的短距离无线抄表RFID技术，英文名为Radio Frequency Identification，称为射频识别技术。RFID 技术是物联网智能计量系统的前端主要技术，它通过在计量设备上粘贴电子标签(Tag)，并专用的读写器(Reader)读写设备的信息来识别设备。RFID技术利用无线射频方式进行非接触双向通信，识别计量设备、交换计量数据。本发明中智能表计采用RFID技术进行短距离无线抄表。当智能表计设备的电子标签进入磁场后(即手持抄表设备的读写器发出无线射频信号，扫描智能表计设备的电子标签)，该电子标签接收到读写器发出的射频信号，凭借由此射频信号所感应得到的电流从中获取能量，并以某一频率的信号发送出存储在该标签的电子芯片中的设备信息。手持抄表设备的读写器通过天线接收并读取此信息并解码后， 确定并建立智能表计与手持抄表设备P2P (点对点)的无线通信(红外或蓝牙的通信方式) 链接，最后将电能计量信息由表计反馈到手持抄表设备。智能表计识别与计量工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动计量设备并可同时识别多个贴有电子标签的智能表计，操作快捷方便。2、基于传感器网技术的远程抄表远程抄表是本发明计量系统智能化管理重要手段之一。目前电力系统中主要包括变电站电量远程抄表、市区直供用户电量远程抄表以及普通居民户和配电变压器电量远程抄表，这三种远程抄表方式。以往，远程抄表系统使用最多的GPRS、CDMA无线远程抄表监控系统。这种远程抄表系统仍旧存在难以解决的问题，由于GPRS、CDMA的网络与通信并不能由供电企业自己把握，无法保证其稳定流畅、实时地进行抄表监控，而采集终端可以说是远程抄表系统的核心，其工作的稳定性和可靠性直接决定着整套系统运行的质量，但由于终端暴露在表计外部，极容易对其进行改造，或者破坏其通信部分，其次这种远程抄表方式投入大，投资回报慢，很难应用到居民抄表当中。以无线传感器网络代替远程GPRS、CDMA无线远程抄表监控系统，系统将有独立的、有冗余的稳定网络，并能做到抄表通信部分与电能表的一体化，减少硬件投资，从本质上改善上述提到的问题。因此，为实现电能智能计量系统的感知互动层的各个表计的电能计量全自动化、 全智能化，本发明物联网智能计量系统研究并实现了自带电能计量功能的无线传感器网络来监控每一条馈线乃至每一个用电点的用电情况，形成一个一体化分布式无线传感器网络，在各种传感器节点与控制设备之间建立快速通信链路，更好地监控分布区域中的电能适应与使用情况，为上层主站系统提供更好的服务。在智能计量系统的感知互动层中，各种智能表计中传感器感知电流、电压等计量信息，表计与表计之间相互连接形成智能表计网络，其间的传感器也组成传感器网络。这里计量系统的传感器网络是由大量的集成数据采集、处理，并且能够自组进行协调和通信的节点组成，这种传感网提供了一种全新的电能计量信息获取和处理的方法。CN 102539911 A
它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，借助于节点中内置的多种传感器，能够协作的实时检测、感知和采集各种对象信息，并对其数据进行处理。无线传感器网络没有固定的基础设施，它是通过节点多跳(Multi-hop)方式形成的一种分布式无线通信网络。网络中每个传感器节点都具有报文的收发功能。这类网络由随机分布式的低廉的传感器节点组成，节点之间能相互协作，每个传感器节点都具有自治性，无论发送到哪一个节点的信息都能够得到最佳的利用。无线传感器节点通常由传感器模块、处理模块、无线通信模块和能量管理模块组成。传感器模块负责监测区域内数据的采集和转换；处理器模块负责整个传感器节点操作、 存储和处理本身采集的数据以及其它节点收发的数据；无线通信模块负责与其它节点进行无线通信、交换控制信息和收发采集数据；能量管理模块负责提供节点运行所需的能量。一个典型的基于传感器网络技术的远程抄表系统通常包括系统集中器(Center)、 局部信息集中器(Collect)、信息中继器(R印eater)、抄表终端采集器(Node)等组成。抄表终端采集器通过多跳方式将数据信息传送到局部信息集中器，通过局部信息集中器接入到系统集中器，传输给上层的主站系统。系统集中器的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接无线传感器网络与网络传输层的通信网络，实现多种协议栈之间的通信协议转换，同时发布主站系统的任务，并把收集到的数据发到网络传输层的通信网络上。传感器网络作为一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开与抗毁性强等特点，在广东电网已有广泛应用。基于传感网技术的远程抄表系统，不仅能减轻抄表人员的工作量，提高工作效率， 还可方便的进行负荷预测，自动线损计算、相位平衡分析、异常用电分析、缺相检测、设备故障检测、停电发生及持续时间统计等，易于处理意外停电、电能质量和用电纠纷，提高用电管理水平，最终获得更大的社会效益。1. 1. 7智能终端的射频识别和感知技术智能终端与智能表计类似，亦可通过射频识别(RFID)和传感技术感知并获取电能计量信息。详细可参见智能表计的射频识别和感知技术此节，这里不再累述。1. 1. 8变电站电能计量设备的感知技术在感知互动层中，本发明除了研究智能表计和终端电能计量感知技术之外，数字化变电站的电能计量感知技术也是我们研究的另一个重点。所谓数字化变电站就是指变电站的信息采集、传送、处理、输出过程全部数字化， 基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议标准化、运行管理自动化。数字化变电站内设备从逻辑上分为三层变电站层、间隔层和过程层。数字化变电站的电能计量回路覆盖过程层和间隔层，包括电子式互感器、合并单元、数字电能表和通信系统，数字计量回路采用光纤网络传输电子式互感器二次输出的电压、电流瞬时采样序列，而不像传统计量回路采用电缆传输互感器二次输出的模拟电压、电流信号。作为过程层设备的同一间隔内电子式电压、电流互感器采用某种策略保持采样时刻同步。作为数字化变电站电能计量的关键设备，电子式互感器是一种感应电压或电流的装置。它由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以传输正比于被测量的量(电压或电流量)，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置，在数字接口的情况下，一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。电子式互感器在智能计量系统的底层相互连接形成传感器网络，通过传感网技术感知并获取变电站电能信息，再经由网络层传输给上层主站系统进行最后综合和分析。由此可见，数字化变电站的电能计量信息的感知与获取是通过电子式互感器所组成的传感器网络的方式。传感器网络技术在前面几节已经详细论述，这里也不再累述。1. 1. 9设备信息的感知与获取1. 1. 5小节详细阐述了本发明智能计量系统前端电能信息的全面感知与获取。除电能信息之外，本发明还就另一类“信息”——设备的标识信息(即设备信息)的感知与获取进行了较为深入的研究。物联网智能计量系统感知互动层的计量感知节点的首要目的就是感知并获取电能信息，但是在获取电能信息之前，我们首先需要知道表计或终端设备的标识，如此方可有效判断电能信息归属。由此可见，设备信息的感知与获取是必不可少的，同时对智能计量系统的电力资产管理而言也是非常重要的。本发明智能计量系统的设备信息的获取是基于RFID技术，通过贴在设备上的电子标签，来获取此设备的唯一标识(ID)信息；然后将此设备的标识信息(设备信息)经由网络传输层，以有线或无线的方式发送到上层的主站系统，进行综合管理。本发明设备信息的感知与获取是采用了国际上先进的超高频UHF RFID技术。首先，与传统计量系统设备信息获取的条码技术相比，RFID技术是非接触远距离自动识别技术的典型代表。RFID技术识别准确度高、性能可靠、存储信息量大、耐油污水洗等，特别适用于恶劣工作环境下的自动识别需求。采用RFID标签替换条码等标识货品，可有效的完成对设备的自动化管理，实现设备信息的自动采集、自动处理和报表输出。其次，与相比于其他频段的RFID技术，本发明采用超高频UHF RFID技术，其电子标签系统具有识别距离远、可多标签同时识别等显著特点，可以满足智能计量系统的资产管理过程中的大批量多标签可靠识别。由此可见，设备信息获取对本发明智能计量系统中电力设备的管理十分重要的意义。通过它可实现设备信息自动化识别、设备验收、设备新增、设备处置、设备调拨管理、设备分类、设备维护、设备报废、自动化/半自动化盘点、设备准确定位、报表自动输出等相关操作。从而，实现物联网智能计量系统中各设备的全生命周期管理。1. 1. 10智能计量系统的信息传输网络作为物联网智能计量系统的信息传输媒介，网络传输层负责将感知互动层采集到的计量信息的传递给上上面应用服务层主站系统。按照信息通信网技术来分，本发明物联网的网络传输层分可为以下几个部分。1. 1. 11电话拨号网电话拨号网是计量系统的信息传输网络的一种。电话拨号通信是指通过本地电话线经由MODEM实现智能终端与主站的通信。方案实现由通信服务商提供通信连接，使用方在智能终端安装拨号MODEM实现通信对接。技术特点(1)使用内置拨号Modem模块同远方主站进行数据通信。
(2)在通信前需要通过拨号建立连接，实时性差。(3)通信期间占用电信通道资源。(4)需要向通信提供商支付通信费用，通信费用通常按照通信时间长短计算。(5)无需维护通道。1.1. 12光纤专网同时，光纤专网也是计量系统的信息传输网络的一种。电力光纤专网是指以光纤为信道介质的电力公司的内部通信网络，它具有可靠性高、保密性和抗干扰能力强(适用于强电磁干扰的场合)、高带宽及传输距离远等优点，目前应用于智能终端与主站远程通信技术主要包括EPON和工业以太网技术。1、EPON 技术EPON技术是一种点到多点的光纤接入技术，由局侧的OLT (Optical Line Terminal，光线路终端)、用户侧的ONU (Optical Network Unit，光网络单元)以及 ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)组成，可以灵活组成树型、星型、总线型等拓扑结构。所谓“无源”是指ODN中不含有任何有源电子器件。EPON技术可以在多叉树型拓扑结构下的纯光纤网络中实现高速的光纤通信.这种结构与配电网的拓扑结构十分吻合，在辐射性组网方式下的优势非常明显。具有最强的适应性和灵活性。2、工业以太网技术工业以太网一般是指在技术上与商业以太网(即IEEE 802. 3标准)兼容。在产品设计时满足工业控制现场的需要.也就是满足实时性、可靠性、安全性以及安装方便等要求的以太网。工业以太网需要能在极端条件下(如电磁干扰、高温和机械负载等)正常工作。工业以太网技术的优势主要体现在能适应特殊环境、稳定性强且环状组网可靠性高等方面，但因很多设备都采用私有协议，所以存在不同厂家设备之间的互联互通问题。1. 1. 13电力线载波通信网此外，本发明计量系统的信息传输网络还包括电力线载波(Power Line Carrier) 通信网。电力线载波是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线， 通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络， 只要有电线，就能进行数据传递。低压电力线载波以低压配电线380/220V用户线作为信息传输媒介进行数据传输。常用的电力线载波通信技术有以下几种通信方式。1、窄带及超窄带载波通信方式这种通信方式主要是基于电力传输线上的电磁干扰都具有-定的带宽，其功率虽然很大，但在任一窄带通道内的值却很小，在窄带通道内实现以小的功率获得大的信噪比。 窄带通信方式价格低廉并且较易实现，所以在以往的应用中比较常用。但窄带技术的缺点是抗干扰能力较差，尽管窄带通信中的接收器具有较窄的通带，使得仅有一小部分噪声能够进入接收器，但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因数，瞬间的脉冲噪声会使其发生自干扰，引起它对传输来的信号产生误操作；而是用低品质因数的滤波器又会使通带带宽加大，令更多的噪声进入接收器，所以窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。2、双向工频通信方式这种通信方式是近几年内发展起来的一种基于电力配电网络的通信技术，非常适
10合于传输速率要求不高的场合，其特殊的调制原理和传输方式决定了这种技术的广泛应用前景。3、线形调频脉冲方式此方法多用于类似于以太网的CSMA网络，它利用一系列短促的、可以自同步的扫描频率Chirps作为载体，每个Chirps —般持续100 μ s，它代表了最基本的通信符号时间。 这些Chirps覆盖了 IOOkHz 400kHz的频带，并总是以200kHz 400kHz的频率开始，继而以IOOkHz 200kHz频率结束。由于Chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多， 其线性加速度也比较高，而等幅振荡波干扰的频率加速度一般是稳定地，所以只要将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号，就可以将等幅振荡波干扰排除在外。4、多载波调制方式多载波调制是一种多载频并传体制，其基本原理是将输入信息转换成多路并行信号，对相互完全正交的一组载波进行调制。因此，多载波调制方式技术的实质是将时分多路的数据传输转化为频分多路的数据传输。由于各载波之间的正交性，完全消除了彼此之间的串扰，同时可以在接收端利用相同的正交载波组来恢复原始信号。5、扩频载波通信方式扩频通信(SSC :Spread Spectrum Communication)技术是一种宽带信息传输模式，扩频技术就是将要传输的信息(本质)用伪随机码进行调制，然后以功率很低但频带很宽的信号发射出去，将信息频带展宽，使其在更宽的频带内传输，而在接收端通过相关接收设备恢复原始信息。同时，降低单位带宽上的功率谱密度，使信息更不易被截获。噪声信号通过带通滤波器滤除，使干扰得到抑制。信号频带的展宽是通过编码与调制来实现的，而与所传信息数据无关。其实质是牺牲信道带宽换取对信噪比的要求。与常规的窄带通信方式的主要区别有一是信息的频谱扩展后形成的宽带传输；二十相关处理后恢复成窄带信息数据。正是由于这两大特点，使扩频通信方式有以下优点很高的抗干扰性、抗噪音、抗多径衰落、保密性强、功率谱密度低、具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等。由于扩频载波通信方式具有天生的超强抗干扰性，因此特别能够适应低压电力网络中复杂变化的各种干扰和噪声，有着其他通信模式所无法比拟的优越性。1.1. 14无线通信网网络传输层中还包括一种传输网络，即无线通信网。这里无线通信网又可分为无线专网和无线公网。1、无线专网目前智能终端与主站远程通信中使用的无线专网主要是230MHz无线专网。该无线专网基于国家无线电管理委员会分配的专用频段。采用230MHz的专用频段传输电力系统数据，目前常用的有15对双工频点和10个半双工频点。230MHz无线专网采用点对点通信方式。响应速度快、通信时延短，适于突发的数据传输业务；具有良好的安全性，便于电力系统对其进行管理和维护；技术十分成熟，在建设实施的过程中有较为丰富的经验。但在相对集中地域内进行大规模组网时往往比较复杂，容易受到同频信号干扰或者交调干扰的影响同频组网时网络通信能力不足，并且由于采用主从式轮询机制使得网络效率极为低下。2、无线公网无线公网主要包括GPRS及CDMA两种通信技术。GPRS是通用分组无线服务(General Packet Radio Service)技术的简称，是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)的方式来传输的，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位来计算的，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的数据传输速率最高理论值能达 171. 2Kbps。CDMA 是码分多址(Code Division Multiple Access)技术的简称，最早用于军用通信，目前已广泛应用到全球不同的民用通信中。在CDMA移动通信中，将话音信号转换为数字信号，给每组数据话音分组增加一个地址，进行扰码处理，并将它发射到空中。CDMA最大的特点就是相同的带宽下可以容纳更多的呼叫，而且它还可以随话音传送数据信息。方案实现在智能终端中嵌入GPRS通信模块或者CDMA通信模块，通过GPRS或者 CDMA通信网络与主站建立连接进行通信。可供选择的网络有中国移动及中国联通GPRS、中国电信CDMA网。无线公网方式的技术特点1)专用数据业务网，数据直接传输2)高速传输由于GPRS采取了先进的分组交换方式，数据传输最高理论值可达 171. 2kb/s，实际速率一般在20 50kb/s ；CDMA网络传输速率最高可达153. 6Kbps，实际速率为 80Kbps 100Kbps。3)对通信资源利用率高，按量计费按数据传输量来计费，没有传输数据信息时， 即使实时在线也不会发生费用。4)无线通讯，实时在线各通讯点无线终端与主站设备随时都保持网络联系，可以及时将窃电信息、计量设备故障、供电质量、电量表码等数据及时上传，提高服务响应速度。5)支持广播和群呼。6)空中加密，安全性好。1. 1. 15智能计量系统的信息汇聚、处理与展示由错误！未找到引用源。可以看出，物联网架构下的智能计量系统的最上层为物联网应用层，即本系统中的主站系统。主站系统主要完成来自网络传输层的数据采集与信息汇聚，和对数据或信息的管理与处理，让后将处理后的数据与具体的业务功能相结合，最后将这些功能以友好的方式展示给用户。1. 1. 16智能计量主站系统平台智能计量主站系统平台的的逻辑架构图可以分为三个部分省级主站系统、地市主站系统和对外接口服务。除数据来源完全不同之外，省级主站系统和地市主站系统的平台结构基本类似。主站系统包含了数据获取与信息汇聚、信息处理与应用服务、系统应用界面展示三个部分。系统应用界面展示主要依托于应用服务层的各种功能的实现，通过web 界面的方式向用户提供系统信息和相应功能的展示。计量信息的汇聚与处理包含了四层，从下到上依次是地市计量主站层、数据获取及分析计算层、数据存储层和应用服务层。地市计量主站层现阶段由地市主站系统组成，这些地市主站系统为省主站系统的基础数据来源，地市主站系统数据按照统一的省级主站与地市主站接口技术规范，向省主站系统上送所约定的数据。
数据获取及分析计算层主要是接收获取主站上送的数据，然后进行分析。地市主站系统定时抽取需要上送省主站系统的数据，省主站系统定时通过FTP服务、ETL服务等获取地市数据，并解析入库。地市主站系统上送的原始及汇总数据使用分析对象规则计算出各类数据。数据存储层是存储多个地市主站系统的原始数据及经过计算得到的分析数据作为应用服务层的数据源。应用服务层对数据进行业务处理后完成相应系统功能，为业务部门用户提供负荷分析、电量分析、线损分析、业务监管、供用电监测、协作应用等功能，实时监测全省的供用电情况，为电网投资决策提供数据辅助。省中调系统接口服务提供了主站系统与省中调系统的信息交互接口。省主站系统与省中调系统遵守统一的电网智能计量系统与省中调电能量遥测系统接口方案，由省中调系统向省主站系统提供省级购电与供电数据。客户服务监控系统接口提供了主站系统与省客户服务监控系统的信息交互接口。 省主站系统与省客户服务监控系统遵守统一的电网智能计量系统与市场交易部客户服务监控系统接口方案，由省主站系统向省客户服务监控系统提供全省的用电情况数据。1. 1. 17主站系统信息收集主站系统的信息收集包括地市级主站系统、省级主站系统的信息收集。各地市级主站系统主要依靠传输层获取各种终端感知得到的计量数据。地市级电能智能计量系统通过多种通讯方式与计量信息采集终端(计量信息采集终端、信息集中终端、表计信息处理终端等)之间进行数据通讯，实现电能量、电能质量等计量信息的自动周期采集、数据补测以及参数下装等功能；能采集、处理厂站设备传送的与电能量相关的重要信息，系统支持随时计量计量信息采集，同时可以按照设定时间进行周期计量信息采集。 智能计量终端与地市级主站系统之间的主要通讯方式包括光纤数据通讯网(或其他广域网)方式(利用TCP/IP协议)、电话拨号(电力、邮电程控交换网)通讯方式、专线(光纤、 卫星)通讯方式、GPRS/CDMA无线数据通讯方式、无线电台、微波等通讯方式。省级主站系统则依靠网络从各地市级主站系统获取计量数据，同时还通过与省中调系统和客户服务监控有数据交换。省级主站系统的数据采集系统通过任务管理器管理采集任务，保证电能量原始数据不丢失。支持周期定时数据采集、随机采集数据、自动数据补测、人工历史数据补测。主站系统的数据采集支持当地缓存，保证数据不丢失。当它和数据库服务器失去连接，采集数据可转存到磁盘上等待数据库连接恢复后存储到数据库中。系统具有良好的开放性和互联性，能支持不同类型电能表和电能量采集器的接入。1. 1. 18主站系统业务功能主站系统对数据的业务处理是系统业务功能的体现。根据业务的特点将不同的分析主题建模，从而搭建基本的分析框架，包含尽可能多的分析维度和指标数据，用户通过简单的操作，根据自己制定的规则即可自定义统计分析的细节，生成以各种主题组织的统计分析报表。用户可以将这些通过自定义规则生成的统计分析结果以固定的报表格式保存起来，并可与其他用户进行共享。智能计量系统的用户可以简洁方便的访问、分析和探察数据，因为本系统可以使数据的组织和展现更贴近业务规则，因此客户能快速而直观的了解整个全省计量数据的状况。利用本系统，用户可以直接对交叉报表甚至是图表进行向下钻取直到找到所需要的详细资料，BI报表易学易用的简便特性使得用户的培训开销降至最低。它的三个简单而强大的功能为向下钻取(Drill-Down)，数据切片和旋转，以及交互式的图形分析能力，使得用户可以从任意角度观察和研究数据。这样，分析员的操作可以直接和管理者所关心和感兴趣的问题挂钩。钻取查询是改变维的层次，变换分析的粒度的分析。它包括向上钻取(rollup) 和向下钻取(drilldown)。rollup是在某一维上将低层次的细节数据概括到高层次的汇总数据，或者减少维数；而drilldown则相反，它从汇总数据深入到细节数据进行观察或增加新维。切片和切块查询切片和切块是在一部分维上选定值后，关心度量数据在剩余维度上的分布。如果剩余的维只有两个，则是切片；如果有三个，则是切块。旋转查询旋转是变换维的方向，即在表格中重新安排维的放置，例如行列互换或行、列分页等。穿透查询一种在原来的Cube报表上不断的向下钻取，直至“穿透” 了 Cube的汇总粒度，而进入最细粒度(细节级数据如数据数据等)的查询。比较分析对指标在不同的维度和维度组合下的值进行对比。如比较某两台网元设备某个时间段的总话费和总通话时长等。比较分析与多维分析相比，分析手段更为单一， 目的性也更强。趋势分析根据不同角度下不同变化周期内历史平均值趋势和指定周期内趋势进行对比分析。与比较分析相比，趋势分析主要是以时间为基准坐标来进行指标的变化分析， 并且可能会有简单的前瞻性预测分析。原因结果分析对特定的指标的变化，根据相应因素，进行原因结果分析查找影响该变化的原因。假设分析(What-If分析)设定某些特定的角度，然后观察指标的变化情况，从而可以得知影响该指标的关键维度和影响方式。假设分析与原因结果分析的区别在于后者事先已经得知指标的变化，回过头来找原因；而前者并不知道指标将如何变化，需要通过改变维度观察得知。此外系统提供饼图、线图、直方图等多样化的报表展示方式，并支持分析数据灵活到处以及大结果数据文件下载等功能。1. 1. 19主站系统应用展现主站系统的的应用展现系统采用了 SAP BO套件，系统为用户提供了真正意义上的端对端的解决方案，普通用户可以直接在没有插件，没有Applet的纯浏览器中通过鼠标拖拽就能够进行从简单到复杂的报表查询、分析等各种功能。并且这些功能几乎涵盖用户的所有需求。另外用户直接在浏览器中通过鼠标拖拽就能够方便的完成中国式的非平衡表头报表，能够支持保留报表格式的报表格式的上钻下钻，直接鼠标拖拽就能完成地图报表，允许用户在地图上钻取，地图和数据的关联。支持将表格，图形，地图，声音，视频等各种信息直接通过鼠标拖拽形成多媒体的报表报告。利用具有专利的“分析-然后-查询”功能，用户能够在不同主题之间相互钻取，从主题钻取到关系型数据库，关系型数据库之间钻取，能够将企业的所有信息有机的关联在一起，适应用户从宏观到微观的信息探查要求，所有这些功能都不需要编写代码。系统的应用展现层采用了 SOA的系统构架，所有处理，安全性等都控制在服务器上，用户端不需要任何的客户端，插件或Applet，满足完全纯浏览器方式的信息交互。完全纯浏览器方式和插件方式对比如下表1-1 表1-1客户端插件与浏览器方式信息交互对比
权利要求
1.一种物联网架构下的电能智能计量系统，其特征是所述的电能智能计量系统自下而上分为感知互动层、网络传输层及包括系统主站的应用服务层，所述的感知互动层以有线或无线方式通过所述的网络传输层连接到所述的应用服务层的系统主站；所述的应用服务层的系统主站包括；相互连接的营销系统、售电系统和多个采集系统， 所述的采集系统还外接有智能卡售电终端；所述的网络传输层包括、光纤网、无线公网、无线专网、服务于电力行业的电力线载波网；各网既可各自独立运载来自感知互动层的计量信息，也可相互协作、相互融合，同步、 并行地传输数据信息；所述的感知互动层包括智能终端、表计和传感器网关，所述的传感器网关连接具有感知、识别、控制和执行能力并贴有RFID标签的智能终端、表计；各种智能终端、表计感知电流、电压计量信息，表计与表计之间相互连接形成智能表计网络。
2.根据权利要求1所述的物联网架构下的电能智能计量系统，其特征是所述的感知互动层中，还包括数字化变电站，数字化变电站内设备从逻辑上分为变电站层、间隔层、过程层和电能计量回路，所述的电能计量回路覆盖过程层和间隔层，其包括电连接的电子式互感器、合并单元、数字电能表和通信系统，数字计量回路采用光纤网络传输电子式互感器二次输出的电压、电流瞬时采样序列，作为过程层设备的同一间隔内电子式电压、电流互感器保持采样时刻同步。
3.根据权利要求2所述的物联网架构下的电能智能计量系统，其特征是所述的电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以传输正比于被测量的电压或电流量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置，在数字接口的情况下，一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。
4.根据权利要求3所述的物联网架构下的电能智能计量系统，其特征是所述的智能表计和智能终端采用射频识别和传感网技术感知并获取电能计量信息。
5.根据权利要求4所述的物联网架构下的电能智能计量系统，其特征是所述的传感器网络技术包括远程抄表系统，其由电连接的系统集中器、局部信息集中器、信息中继器、 表计组成。
全文摘要
一种物联网架构下的电能智能计量系统所述的电能智能计量系统自下而上可分为感知互动层、网络传输层及包括主站的应用服务层，所述的感知互动层以有线或无线方式通过所述的网络传输层连接到所述的应用服务层的主站。本发明的电能智能计量系统不仅能减轻抄表人员的工作量，提高工作效率，还可方便的进行负荷预测，自动线损计算、相位平衡分析、异常用电分析、缺相检测、设备故障检测、停电发生及持续时间统计等，易于处理意外停电、电能质量和用电纠纷，提高用电管理水平，最终获得更大的社会效益。
文档编号H04L12/28GK102539911SQ20121001106
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者党三磊, 危阜胜, 林国营, 肖勇, 钟清, 陈锐民 申请人:广东电网公司电力科学研究院