电力自动化仪表技术能源数据采集对用电信息进行数据采集分析

[全]电力自动化仪表技术，能源数据采集，对用电信息进行数据采集分析近年来国内外许多国家都在大力开展电力信息采集器的研发工作，其发展可谓之迅速。在我国，实现电能数据采集及数据管理的方法有很多种，现行的采集方案及管理模式都是在特定场景下诞生的阶段性产物，在实际运行过程中由于现场环境的复杂和多变，通信成功率、准确率、实时性都得不到可靠的保障，适用范围也有一定的限制。因此实现方便、尚效、智能、实时、稳定的电力ί目息米集器具有积极的意义。[0003]现有技术中也有解决此类问题的专利申请，如：[0004]CN201210502090.5《一种具有采集功能的ONU设备》，包括采集MCU模块、存储器、RS-485接口、以太网交换模块和ONU模块芯片，采集MCU模块分别与存储器、RS-485接口、以太网交换模块连接，以太网交换模块与ONU模块芯片连接，RS-485接口与采用DL/T645通信规约的电能表连接。这种设备可直接进行电力信息采集，并且在本地通信网使用EPON技术实现光通信。EPON网络的高带宽、高可靠性以及网络化的应用将使得用电信息采集系统的物理网络具有极高的容量，可以很容易的拓展业务范围和内容，提供增值服务。[0005]CN201110376408.5《一种多通信技术式电力信息采集控制方法》，先用监控系统启动建立电力信息采集网络节点档案，将指令数据通过通信接口配置下发网络节点的物理端口号和地址，选择以太网的基于TCP/IP通信协议的通信网络，硬件模块即插即用；监控系统下发的指令经信息采集控制单元判断网络节点的物理端口号，自动配置进入通信模式，系统调用相应的通信组网协议后，系统完成电力信息采集的通信网络组网，实现基于多通信技术式电力信息采集控制;其硬件组成结构合理，原理可靠，软件配置科学，数据采集准确，通讯成功率高，覆盖范围广，可有效地实现对电力系统信息采集的控制。[0006]CN201210560527.0《一种表地址自动上传抄表终端的搜集方法》，启动抄表系统，建立电力信息采集电能表档案；下发命令给抄表终端搜集所有电能表通信地址;抄表终端收到命令后给RS485总线上所有的RS485电能表下发广播命令抄收电能表通信地址;RS485电能表收到广播命令后开始延时，电能表依次按不同的延时时间通过RS485总线通信向抄表终端自动上报各自的通信地址;抄表终端收到所有上传的通信地址并进行保存后将搜集的电能表通信地址自动上报抄表系统，实现表地址搜集;其工艺过程简单，抄表效率高，节省人力，数据可靠，便于工程施工调试人员系统调试。[0007]CN201710254661.0《一种基于物联网的电力信息采集与转发系统及设备》，该系统包括:数据采集模块，包括电能采集芯片，用于采集用户的电力信息;数据处理模块，包括主芯片，用于处理所述电能采集芯片传输的所述电力信息;数据转发模块，用于通过Wi-Fi将所述电力信息转发至云服务器并由所述云服务器转发至移动终端显示。本发明集电力采集，处理，转发于一体，结合云服务器与移动终端，形成一个完整的物联网架构，获取数据不仅仅依赖智能电表，用于可以通过移动终端获取综合全面的家庭用电状况，有效避免电能浪费，提升电能资源利用效率，响应国家的节能减排低碳生活的号召。问题拆分由两大部分构成，一部分是以MCU控制模块为中心的硬件平台；另一部分是以主站为中心的管理中心平台，管理中心平台能通过GPRS模块对采集器进行远程管理，硬件平台能通过485方式和载波方式对智能表计进行数据采集并上报至管理中心，其特征在于，硬件平台包括嵌入式控制器电路、RS485通信电路、GPRS通信电路、电力载波通信电路、时钟电路、显示电路、电源电路、键盘输入电路、JTAG调试电路和存储电路；采集器共采用了二种通信方式，二种通信方式都采用串口进行数据通信，RS485通信电路将信号调制成对称的形式以平衡发送的方式进行信号的传输，然后以差分的方式进行接收，采用主从结构的半双工通信模式。问题解决鉴于现有技术在通信稳定性和线路干扰等方面还存在不足，本发明针对这一个问题设计了电力信息采集器，设计的电力信息采集器在很大程度上解决了通信稳定性和线路干扰问题，通过集成多种通信方式使得系统的适用范围得到了很大的扩展，设计的电力信息采集器具有很明显的市场应用价值。本发明的目的提供一种能源计量数据在线采集与监控方法及系统。[0009]—种能源计量数据在线采集与监控系统，由两大部分构成，一部分是以MCU(MicrocontrollerUnit)控制模块为中心的硬件平台；另一部分是以主站为中心的管理中心平台，管理中心平台能通过GPRS模块对采集器进行远程管理，硬件平台能通过485方式和载波方式对智能表计进行数据采集并上报至管理中心，硬件平台包括嵌入式控制器电路、RS-485通信电路、GPRS通信电路、电力载波通信电路、时钟电路、显示电路、电源电路、键盘输入电路、JTAG(JointTestActionGroup)调试电路和存储电路;采集器共采用了二种通信方式，二种通信方式都采用串口进行数据通信，RS-485通信电路将信号调制成对称的形式以平衡发送的方式进行信号的传输，然后以差分的方式进行接收，采用主从结构的半双工通信模式;电力载波通信电路是以电力线为传输介质的载波通信方式。[0010]进一步，GPRS通信电路设置成能拆卸的模块，时钟电路采用时钟芯片DS3231，通过I2C总线与微控制器相连;系统通过对FLASH的扩展来实现系统对存储容量的需求，FLASH通过SPI(SerialPeripheralInterface)总线和微控制器相连；电源电路采用电源转换隔离设置;存储电路中的主控制选用外部FLASH存储器；[0011]进一步，采集器与智能表计之间的通信除了采用RS-485方式外，还设计了以电力线为传输介质的载波通信方式，利用已有低压电力线进行数据传输的载波通信，载波电路由载波芯片、信号放大电路、滤波电路、耦合电路、过零检测电路、电源及限流电路六个部分组成。[0012]进一步，管理中心平台与采集器之间建立的是问答方式的通信，以管理中心平台为主站，采集器为从站，采集器接收主站下发指令并做出相应操作，采集器能主动向管理中心平台上传数据；电表和采集器之间采用半双工通信方式，采集器为主站，电表为从站，采集器通过向电表发送指令来控制通信链路的建立和解除；电表和采集器都具有唯一的通信地址。在通信主程序设计中，当采集器的串口接收到管理中心下发的命令时，GPRS串口中断接收标志位将会被置位。[0013]进一步，在通信主程序中，当检测到GPRS串口中断接收标志位有效时，便会调用通信管理程序实现对管理中心下发数据的响应；[0014]首先判断主站下发的数据是否成功接收，如果接收失败则返回，如果成功则对数据进行协议解析并对数据的类型进行判断;数据的类型主要分为两类，一类是对采集器的相关操作指令，一类是对电表的操作指令;如果主站下发的指令是针对采集器的，则根据指令信息做出相关操作并返回相关数据即可;若指令是对电表进行操作，就必须进行协议转换，转换成电表能够识别的下行通信协议，然后调用本地通信程序，对电表发出相应指令信息，电表返回的数据在发送给主站之前必须依据上行通信协议对数据进行帧组装。[0015]进一步，系统上电后首先进行初始化，配置相关变量，之后会进入循环监控任务，循环监控任务通过对串口中断信号的监测以及对系统时间和抄表时间的对比来更新相关标志位的状态；当检测到满足采集要求，将相应标志位置一，指示当前需要采集的数据类型；多任务状态采集线程在检测到各个状态标志位有效时便会激发相应抄表程序的运行；多任务状态采集线程会根据设置好的参数对各项抄表任务进行轮循，捕捉相关状态量的变化，当检测到相应标志位处于有效状态，便会启动相应的抄表子程序。[0016]进一步，抄表子程序是将组装好的数据帧通过串口传输给智能电表，接收电表返回的信息，根据电表返回的信息判断是否需要补抄并对抄表情况做好记录;为了尽量实现100%可靠抄录，每一个抄表子程序都设计了补抄机制，第一次抄表失败后将有两次机会重抄，如果重抄仍然失败，则放弃抄表，并将抄表失败标志位置位，记录下抄表失败的时间和电表配置信息。[0017]进一步，抄表程序被调用后，485模块/载波模块将从休眠模式切换到正常工作模式，然后调用数据处理模块对下发的命令按照DL/T645-2007协议进行帧组装，组装好的数据帧通过串口发送给电能表;超时未接收到数据或是接收到的数据校验不通过，则采用补抄机制，反之则保存抄录到的数据并置抄表失败标志位为零;定时抄收模式下，抄表完成后首先应对数据进行协议转换，之后调用远程通信程序将抄录到的数据上传至管理中心；如果是透传任务，则不需要对数据进行协议解析，而是直接将数据转发给管理中心，再由管理中心站对接收到的数据进行双重解析。[0018]进一步，载波通信方式中的还增加了中继自动抄表，如果开启中继自动抄表功能，系统会对抄录三次都失败的电能表进行自动中继搜索；自动中继搜索包括无穷搜索和半自动搜索两种方式，无穷搜索是通过对各载波电表的轮询，利用排列组合的方法将所有可能的中继路径都抄收一次，直到正确抄收为止;半自动中继则是根据抄收情况来设定中继路径，这样可以排除一些不符合条件的中继路径，提高中继路径搜索的准确性。[0019]进一步，系统通信协议分为下行通信协议和上行通信协议；[0020]下行通信协议采用DT/L645-2007协议标准，645规约的数据帧格式中每帧包括起始符、从站地址信息、控制码、数据长度、用户数据信息、检验码和结束符。其中控制码的低5位为功能码，反应了采集器下发动作指令的属性，包括对电表数据、地址、通信速率的读写，对电表数据、事件、最大需量的清零，及对电表数据的冻结和广播校时；[0021]采集器在收到电表数据后，对数据进行协议解析并存储，在对数据包的解析过程中，如果发生错误，则将抄表失败标志位置1，表示抄表失败；[0022]上行通信协议采用国家电网制定的Q/GDW376.1-2009，376.1协议的数据帧格式中一帧数据包含四个部分:报头文、用户数据区、帧校验和和结束符;长度L由两个字节组成，最低两位Dl、D0为协议标识位，本协议分别用1和0来表示，长度L余下的14位D2〜D15用来反映用户数据的长度，使用BIN编码方式，是用户数据区的字节总数和;帧校验和是数据用户区全部字节的八位位组算术和；链路用户数据层的功能码由八位二进制码组成，不同的组合分别代表不同的服务功能，包括确认/否认报文、复位命令、身份认证、链路接口检测、参数设置、参数查询、控制命令、数据请求、文件传输和数据转发;其中请求数据类型主要分为3类:请求1类数据即实时数据、请求2类数据即历史数据、请求3类数据即事件数据，这三类数据根据数据标识的不同囊括了所有需要采集的电能信息；由于报文长度的限制不能在一桢内传输完的数据桢可以分成多桢传输，桢序列域SEQ则反映出了各桢之间传输序列的变化规则，占用一个字节;数据标识由DAl，DA2，DTl，DT2四个字节组成，DA2采用二进制编码表示255个信息点组，DAl表示每一个信息点组对应的1〜8个信息点，共同构成8*255个信息点标识。[0023]本发明能够实时采集、存储、监测及分析各种能源计量数据的自动化控制系统，主要由智能表计、采集器、管理中心三个部分组成。智能电表主要实现对电能数据信息的分类计量、存储和显示，具有信息交互功能，和采集器相连，将电能数据传输给采集器并受到采集器实时监测与控制;采集器是能源计量数据采集系统的核心装置，是通过建立通信信道将采集到的电能数据上传到信息管理中心，并接收管理中心下发的指令，实现对采集器本身和电能表的控制;信息管理中心作为整个系统的管理设备负责将采集器上传的数据分类汇总，生成数据曲线，为节能计划提供有效的数据支持。[0024]本发明主要创造性技术体现在：[0025]1本发明采用RS485和电力载波两种通