解决方案

智能预付费远程售电系统

远程智能电表售电系统解决方案


第一部分  概述

 

随着供电自动化以及城乡电网改造的不断深入,涉及到千家万户和用电大户的电能量管理和抄表计费已成为电力部门关心和重视的热点问题,在原有的人工手动抄表中已经发展到远程智能抄表,通过现有的网络智能化的从远端把需要的数据采集到一起,那么,在很多必须无人值守的设备或监测点,不适合搭建有线通讯网络。尽管目前已有通过各种有线,红外,无线等通讯方式,对电能量进行管理和各种表计数据进行抄录,但在具体应用和项目实施过程中,都遇到数据抄录不稳定,施工困难,费用高昂等问题。

我公司长期从事电力自动化,针对以上问题我们开发了成本低、运行稳定、搭建方便的GPRS、网口、光钎、WIFI远程数据通讯等产品的研制和开发,公司根据目前水电部门的水电管理和表计数据抄录等技术,开发设计出了针对小区、商场、公寓、广场、学校、公司监控、农贸市场等场合专用的GPRS远程电能量管理和表计数据抄录系列方案,采用先进的计算机网络技术和无线数据通讯技术,完成各种数据和控制信号的双向传输。本系列方案在同龙电、三星、恒通、威胜、浩宁达、华立、ABB、斯伦贝谢的产品配套使用,以及电力自动化项目改造过程中,获得用户广泛好评。

我公司采用了业内最先进的GPRS物联网技术、及主研制的网口、光钎WIFI技术,与国内多家电表厂家合作推出了基于智能电表远程管理系统,有着性能可靠、运行费用低廉、功能齐全的优点。已经在国内多家大型企业和房地产开发公司开通运行,反映良好。

  

 

第二部分 项目分析

 

2.1 系统组成

本系统由水电表,云服务器,数据采集器,手机APP,网页后台,自助充值终端等组成

 

2.1.1 (1)电能表:通讯接口采用RS-485 串行总线标准,按照标准的DL/T645-1997,DL/T2007通讯规约通讯,支持抄表、控制和预付费功能。

       (2)水表:通讯接口采用RS-485 串行总线标准,按照标准的M-BUS通讯方式通讯规约通讯,支持抄表、控制和预付费功能。

2.1.2  云服务器:阿里云服务器(Elastic Compute Service, ECS),具有自助管理、数据安全保障、自动故障恢复和防网络攻击等高级功能。集成负载均衡器后可根据用户或电表接入数量部署多台服务器处理(弹性伸缩),消除了单点故障提升系统的可用性,保证服务器稳定、高效运行。

2.1.3 数据采集器:连接服务器和水电表的通讯模块。由于水电表的RS-485接口无法连接远程服务器,由采集器把RS-485接口数据转发到云服务器并将云服务器下发的数据转发到水电表RS-485接口。

2.1.4 手机客户端应用(APP):分Android (安卓) 和 iPhone (苹果) 端。(1)实时在线查询当前电量,历史电量。

      (2)实时查询当前剩余金额,历史水电使用金额。

      (3)在线拉合闸。

      (4)欠费提醒,支付宝在线充值。用户充值成功后实时收到短信通知提醒,客户端推送充值成功信息。

      (5)用户充值金额可实时到账企业支付宝或微信公众号账户,申请过程简单,有经营执照即可申请。

      (6)APP实名验证,只需输入一次实名信息即可绑定账户。身份证号+手机验证码实名验证,保证账户安全,信息无泄漏。

      (7)腾讯应用宝等各大商店可下载或扫描二维码下载。一次安装,后期自动升级。

              (8)移动终端和服务器平台之间采用端到端加密,避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。

      (9)用户界面简洁,操作简单,使用方便。

 

 

 

 

2.1.5 后台管理:基于WEB云服务器,安全可靠,运行和处理速度快 ,功能丰富完善。

 

(1) 网页版后台管理系统,无须安装软件有浏览器就能随时随地登录后台管理。不限终端,Windows、Mac、Linux、Android、iPhone 一个账号全部解决。

2)采集器和水电表设备管理,查看采集器在线状态,上线/离线时间,在线时间统计,电能表通讯状态查询等。

(3)管理员账户添加、删除、权限修改、禁用启用。记录管理员登录时间、IP、地理位置、线路等。

(4)设置水电表的参数、管理用户档案、水价电价档案。

5)支持抄有功电能、无功电能、电压、电流、有功功率、无功功率、电价、报警金额,水表使用量,水表剩余金额  等数据。支持DL/T645全部抄表协议。

(6)支持定时抄表,可精确到任何一只表。定时功能支持cron表达式指定时间抄表、间隔时间抄表、工作日抄表、结算日抄表等,满足任何定时抄表需求。

(7)所有抄表数据的统计、查询、备份、报表生成、导出到Excel。

8预付费水电表在线开户,充值,发票打印。

9)非预付费水电表每月结算缴费单打印,发送短信通知。

(10)实时查询App或自助充值终端订单支付记录,充值记录,对账单下载。

11)查询短信发送记录。

12)自助充值终端在线状态查看、远程授权、取消授权、远程截图、远程关机、远程重启等操作。

13)历史数据查询

14)系统数据备份、存档和下载。

15)远程控制断电、合闸等功能。

2.1.6 自助充值终端:

           

    自助充值终端具有自助充值、查询、打印以及智能管理功能,具备24小时无人值守的自助服务特性,最大限度的拓宽了业务办理渠道、业务场所及最大程度的人性化服务,高端、大气、上档次。

功能:

      (1) 24小时无终端服务。主要功能支持信息查询、在线充值、刷卡充值,主界面带时钟、日历、节日、农历等展示。

      (2) 信息查询:可在线查询电能表用电量和剩余金额(实时从电能表读取)。

      (3) 在线充值:采用支付宝、微信二维码收款,自助打印票据。用户充值金额直接实时下发到电能表,所有过程后台可查询。

      (4) 刷卡充值:适用于射频卡电能表,电能表无须接入云服务器通讯。采用支付宝、微信二维码收款,自助打印票据。充值到用户卡中刷卡完成充值操作,后台可查询记录。

      (5) WEB后台远程授权、远程查看屏幕、远程控制关机、重启。远程修改主界面展示信息(包括公司、Logo、公司介绍、温馨提示等)。

      (6)与支付宝和微信官方签约后即可实时收款到指定账户,签约过程简单快速。

      (7)终端和服务器之间采用加密协议传输,避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。

      (8) 可播放多媒体文件、广告投放。

  

第三部分 系统架构

 

 系统基本框架以云服务器为核心。主要分为两个部分,电能表与采集器通讯方案和云服务应用方案

 

 

   

3.1 电能表与服务器通讯方案:

电能表本身不具备物联网通讯能力,行业内通过在一定范围内布置采集器,将多只电能表数据采集到一台采集器后发送给云端服务器。

整体方案如下图所示:

 

3.1.1  采集器与水电表通讯。

本公司根据不同的业务场景和使用需求提供了三种数据采集方案,系统支持同时使用任意一种或多种组合方案,不同方案对比如下表:

 

 

 

3.1.2 采集器与服务器通讯:

   采集器在整个流程中起的是数据中转/中继的作用,它一端连接物联网终端节点,在计算机网络中仅使用OSI模型中使用数据链路层协议传输数据。采集器另一端连接服务器节点,使用传输层协议传输数据。采集器接收服务器端指令转发的物联网终端并将物联网终端的响应转发回服务器。

本公司根据不同的业务场景和使用需求提供了三种数据传输方案,系统支持同时使用任意一种或多种组合方案,不同方案对比如下表:

 

 

 

备注:

OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型,他是一个定义得非常好的协议规范。OSI模型有7层结构,每层都可以有几个子层。 OSI的7层从上到下分别是 7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层 ;其中高层(即7、6、5、4层)定义了应用程序的功能,下面3层(即3、2、1层)主要面向通过网络的端到端的数据流。

 

3.2云服务应用方案

 

3.2.1 云服务基本结构

 

服务器作为核心组件,提供全局计算和数据存储功能。本公司服务器全部采用阿里云服务,稳定可靠。

 

 

    所有发往云服务的请求首先穿过防火墙,接入负载均衡器,将流量分发到内网各个应用服务器,当整个云服务负载不够,处理能力不足时可动态添加服务器分担负载(流量),应用端无感知。应用服务器连接后端数据中心和缓存服务协同完成请求的处理。

静态资源(如图片和下载文件资源)走CDN流量分发网络,由云服务商同步到全国的CDN节点,对用户请求进行响应,对主服务不产生负载。

 

3.2.2 负载均衡

 

负载均衡 建立在现有网络结构之上,它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。

负载均衡,英文名称为Load Balance,其意思就是分摊到多个操作单元上进行执行,例如Web服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器等,从而共同完成工作任务。

 

3.2.3  CDN 加速服务

CDN的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络。其目的是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构,将网站的内容发布到最接近用户的网络边缘,使用户可 以就近取得所需的内容,解决Internet网络拥塞状况,提高用户访问网站的响应速度。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等 原因,解决用户访问网站的响应速度慢的根本原因。

狭义地讲,内容分发布网络(CDN)是一种新型的网络构建方式,它是为能在传统的IP网发布宽带丰富媒体而特别优化的网络覆盖层;而从广义的角 度,CDN代表了一种基于质量与秩序的网络服务模式。简单地说,内容发布网络(CDN)是一个经策略性部署的整体系统,包括分布式存储、负载均衡、网络请 求的重定向和内容管理4个要件,而内容管理和全局的网络流量管理(Traffic Management)CDN的核心所在。通过用户就近性和服务器负载的判断,CDN确保内容以一种极为高效的方式为用户的请求提供服务。总的来说,内 容服务基于缓存服务器,也称作代理缓存(Surrogate),它位于网络的边缘,距用户仅有一跳”(Single Hop)之遥。同时,代理缓存是内容提供商源服务器(通常位于CDN服务提供商的数据中心)的一个透明镜像。这样的架构使得CDN服务提供商能够代表他们 客户,即内容供应商,向最终用户提供尽可能好的体验,而这些用户是不能容忍请求响应时间有任何延迟的。据统计,采用CDN技术,能处理整个网站页面的 70%95%的内容访问量,减轻服务器的压力,提升了网站的性能和可扩展性。

 

3.2.4  系统主要功能结构

如下图:

 

三.设备的特点和参数

 

1.电能表  水表

 

 

 

 

智能电能表是采用大规模集成电路,应用数字采样处理技术及SMT工艺,根据工业用户实际用电状况所设计、制造的具有现代先进水平的仪表。

该表性能指标符合GB/T 17215.323-2008《交流电测量设备 特殊要求 23部分:静止式无功电能表(2级和3级)》、GB/T 17215.322-2008《0.2S级和0.5S级静止式交流有功电能表》、GB/T 17215.321-2008《交流电测量设备 特殊要求 21部分:静止式有功电能表(1级和2级)》、GB/T 17215.301-2007《多功能电能表 特殊要求》、DL/T 614-2007《多功能电能表》、Q/GDW 362-2009Q/GDW 363-20091级三相智能电能表技术规范》标准对多功能电能表的各项技术要求,其通信符合DL/T 645-2007《多功能表通信规约》的要求。

该表能计量各个方向的有功、无功电量及需量, 分相计量有功、无功电能、预付费、后付费,具有双路RS-485和调制式红外通讯、按键及红外停电唤醒抄表等功能,它性能稳定、准确度高、操作方便。

 

远传阀控水表,符合《封闭式管道中水流量的测量饮用冷水和热水水表》GB/T778---2007、《饮用水冷水水表安全规则》CJ266---2008、《冷水水表检定规程》JJG1162---2009、《住宅远传抄表系统》JG/T162---2009、《户用计量仪表数据传输技术条件》CJ/T188---2004、《电子直读式水表》CJ/T383---2011、《电子远传水表》CJ/T224---2012或《多功能电能表通信协议》DL/T645---1997的要求,也可根据客户需求定制通信协议。

 

它采用M-bus通讯接口,实现水表用水量的远程直读,有效的避免了管理部门上门超表。方便管理部门对远传有线阀控水表的用水情况进行控制和充值,使得远程抄表及控制变得更快捷、可靠、在节约人力、物力和财力的同时,有效地提高生产力。

 

2.采集器通信模块

 

1、总体设计要求:低压远程终端装置系统(包括硬件和软件部分)(以下简称装置)部件整体设计合理,系统稳定可靠、操作性强,装置应便于维护,有相应的措施保证通讯的稳定性,运行安全可靠。在满足规定的功能条件下,设计应满足于环境相适应的机械性能、电磁兼容性等要求,考虑可维护性和可扩展性,兼顾经济合理性。装置能与已建成使用CL2000远传计量系统的主站兼容。

1.1、装置使用环境条件

*1.1.1装置正常工作环境温度、湿度满足以下分级表

级别

环境温度

湿   

使用场所

范围/

最大变化率//h

相对湿度/%

最大绝对湿度/g/m³

C2

-45+55

20

595

28

户外

*1.1.2装置软件设计要求

    a)与现投入使用主站系统装置软件:CL2000远传计量系统相兼容。CL2000远传计量系统采用符合IEC 61970/61968 标准的CIMCommon Information Model公用信息模型)/CISComponent Interface Specification组件接口规范) 结构设计。

    b) 满足IEC 61970/61968 标准规定的应用集成框架、信息模型和接口规范。

 

1.1.3装置结构配置要求

装置外壳体采用玻璃钢双腔体镀锌金具链接制造,具备密闭性、防老化性、无线电讯号通透性和一定的力学强度。腔体A密闭设计,内置采集装置和考核装置及必备的其他辅助硬件装置。腔体B下侧预留两个直径为70mm外穿线缆孔道,内置互感器等必备电子元器件。腔体A/B间通讯数据线接口为密闭防水化连接。整个装置为一体化设计,应便于安装、维护等功能。

*1.2、通讯功能:装置能实时把测控数据,包括监控各个变压器台运行参数(具体参数参看下表)传回现有主站系统;装置能够执行主站系统的控制指令;装置所监控的变压器台运行异常(包括停机、无收发信号、电压、电流越限等)情况能及时报警,经由主站系统显示状态异常。满足使用单位电力自动化管控系统实时性的要求。

 

 

                  装置监测并回传主站监测数据表

序号

数据名称

1

实时各相电压

2

实时各相电流

3

实时电能示数和实时水量显示数据

4

主站指令时段电能采集

5

功率

6

功率因数

7

正向有功总、峰、谷、平等各费率电量

8

反向有功总、峰、谷、平等各费率电量

9

正反向无功

10

失压记录、失流记录、断相记录,包括开始时刻、结束时刻、

累计时间、累计次数等

11

其他事件记录:过压、不平衡、逆相序、上/断电、超功率、清需量、

系统清零、校时等

12

具备自动轮显功能,轮显参数、时间、顺序均可设置

13

具有有功电能、无功电能、需量周期等秒脉冲信号输出功能

14

具备本身故障自动检测功能

15

远程采集传回的数据和现场电表计量值一致

 

 

*1.2.1计量精度

采集计量准确精度为1.0/0.5/0.2级。

1.3、装置能抗击雷电,要求有防雷击系统,要求有自修复功能。装置硬件系统能抗击磁暴以及工业设备(电机、变频器等)的干扰。装置能抗高温、极寒、高湿、风雾天气造成的粉尘等环境因素的影响。确保系统稳定性。

1.4、装置应具备防窃电设计。

*1.5、电磁兼容性能

   依据GB/T 17626标准。

1.6、装置与主站通讯软件部分要求具有抗病毒入侵自我保护功能及抵抗非法入侵干扰功能。

2.引用标准和规范

本技术规范严格执行现行国家标准和电力行业标准,应遵循的现行主要标准如下,如技术规格书中出现的标准不为最新版本时,以最新版本中的要求为准:

电网调度类

GB/T13730

《地区电网自动化系统》

GB/T13729

《远动终端设备》

DL5002

《地区电网调度自动化设计技术规程》

GB/T13730

《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》

DL/T516

《电网调度自动化系统运行管理规程》

DL/Z634.56

《远动设备及系统规约测试规定》

适用环境类

GB/T 191

《包装储运图示标志》

GB/T 9969

《工业产品使用说明书》

GB/T15153.2

《远动设备及系统第二篇机械影响因素》

GB/T11287

《量度继电器和保护装置的振动、冲击、碰撞和地震试验》

GB/T14598.9

《辐射电磁场干扰试验》

GB/T14598.10

《快速瞬变干扰试验》

GB/T13926

《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》

GB6162

《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》

GB2887

《计算机场地技术要求》

GB/T17626

《电磁兼容实验》

EN 50178

《用于电力安装的电气设备》

EN 50081-2

《电磁兼容性 一般性干扰释放标准 2部分:工业环境》

EN 50082-2

《电磁兼容性 一般性抗扰度标准 2部分:工业环境》

EN 55022

《用于信息技术设备无线电干扰特性的极限值和测量方法》

IEC 60068-2-2

《环境试验 2部分:试验 试验二:干热》

IEC60068-2-30

《循环湿热试验(12+12h循环)

IEC 61000-5

《电磁兼容(EMC)— 5部分:安装和抑制指南》

 

*3.装置系统要求达到以下功能

3.1采集电表数据

可以采集电子式电能表的总电量、峰谷平电量、分时电量、最大需量、瞬时量、失压断相数据、电表状态等数据,采集方式分手工采集或定时自动采集,自动采集的周期在30秒。采集的数据均带时标。

采集电表用双RS-485接口方式。

采集电表采用DTSD系类三相四线多功能电表 1.0/0.5/0.2级。

3.2能够长期存贮电能累计量数据信息

对于采集到的数据,在装置内可存储3年以上;装置模块内嵌电源及小型UPS后背电源,以利于产品的使用寿命、冬季的使用稳定性及在装置失电的情况下的数据储存。

3.3远程维护

可以通过移动电话或互联网,对装置进行远程维护与状态跟踪。

3.4通信功能

通过GPRS网络传输,GPRS2G/3G/4G信道实时在线,主站客户端通过网络抄读数据,无地理位置限制,可实时地把采集到的电压、电流、功率、功率因数、电量、异常信息等运行参数传送到调度中心的主机设备上。RS-485等接口均有抗雷击保护。在本地操作时,具有密码保护,防止非法操作。

3.5告警功能

终端通讯设备具有失电告警、过流告警、缺相告警功能。可向中心站和管理人员的手机发送短信。

3.6计时功能

装置具备计时单元,可接收主站系统GPS时钟校时,计时单元的计时正、负误差不超过5s/d。可实现系统校时功能。

3.7自诊断和异常信息记录功能

装置有自检功能,一旦设备有异常具有存储、记录和屏幕显示功能。至少储存512M容量的信息。编程设置命令加密保护,有效地保证集中器数据的安全,防止未授权人员的操作。

3.8扩展功能

装置有输入输出功能,具备状态量输入及故障跳闸功能;系统应用软件可升级。

3.9终端装置系统中电压互感器、电流互感器、多功能电表一一对应满足变压器容量、现场电压(0.69KV0.4KV)等具体数值。

4.装置主要性能指标

4.1系统容量

模拟量(遥测量):         >20000

状态量(遥信量):         >50000

电度量:                           >10000

计算量:                           >10000

画面数                                      不限

曲线数                                      不限

4.2遥测、遥信、时钟同步指标

遥测遥信合格率                   99%

与主站系统GPS时钟误差          3ms

4.3系统实时性响应

数字量变化传送时间     3s

模拟量变化传送时间     3s

模拟量变化传送时间     3s

画面响应时间                2s

报警响应时间              3s

主备机硬件切换时间               10s

主备用软件模块切换时间  10s

画面动态数据刷新时间    3s

4.4系统可靠性指标

系统年可用率               99.8%

平均无故障运行时间(MTBF 15000h

电网正常时任意30分钟内平均 30%

电网事故时60秒内                   50%

局域网(LAN)负荷(100M网速):

在正常状况下(任意5分钟) 10%

电网事故状态下(任意10秒)      35%

4.5装置采集技术指标

装置计量误差≤0.2%

装置传输误码率=0%

*4.6绝缘性能

 

绝缘电阻

装置的带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值,正常试验大气条件下,各等级的各回路绝缘电阻不小于200MΩ。

介电强度

在正常试验大气条件下装置能承受频率为50Hz、电压2000V历时90S的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。试验过程中,任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。

*4.7电磁兼容性能

通过GB/T17626.2-2008规定的静电放电抗干扰度C级试验结论;

通过GB/T17626.3-2008规定的射频电磁场辐射抗干扰度C级试验结论;

通过GB/T17626.4-2008规定的电快速瞬变脉冲群抗干扰度C级试验结论;

通过GB/T17626.5-2008规定的浪涌(冲击)抗扰度C级试验结论;

通过GB/T17626.6-2008规定的射频场感应的传导骚扰度C级试验结论;

*4.8机械性能

满足GB/T15153.2远动设备及系统第二部分工作条件第二篇机械影响因素Cm级试验要求。

a)振动

装置能承受GB/T11287-2000规定的严酷等级为Ⅰ级的振动耐久能力试验。

b)冲击

装置能承受GB/T11287-2000规定的严酷等级为Ⅰ级的冲击耐久能力试验。

c)碰撞

装置能承受GB/T11287-2000规定的严酷等级为Ⅰ级的碰撞能力试验。

5.主站与装置配合要求达到以下指标

5.1系统抄表准确率:100%

5.2系统一次抄收成功率:>98%

5.3计量准确等级不小于0.2s

5.4系统故障率:<2工作日

5.5现场采集数据满足使用单位现场环境要求

5.6装置整机功耗≤15W

 

四.总结

 

智能水电表远程管理系统,实现了实时在线,永远在线,稳定可靠的数据传输。由于安装使用简单、方便,投资较少,维护费用少,运行费用低廉,产生的效益直接、显著,具有良好的经济效益和社会效益,极易大面积推广使用。

 

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