CN102298834B - 一种用电信息采集***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用电信息采集***及方法。由具有无线传感模块的采集终端通过无线传感器网络从具有无线传感模块的智能电表采集用电信息；所述采集终端通过宽带电力线将用电信息发送到所述采集网关。本发明中用户信息传输速率高、采集周期短、可靠性高、工程实施维护难度小。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体地说，涉及一种基于先进无线传感器网络技术和电力线通信技术的用电信息采集技术，用于解决居民小区复杂环境下的稳定数据采集和可靠通信问题。
背景技术
用电信息采集是电力***中的一项重要业务，为实现用电能效分析、合理用电、电费激励政策提供基础数据。目前，该业务主要通过电力线通信技术和无线公网(GPRS、CDMA等)通信方式实现。
电力线通信技术包括窄带电力线通信和宽带电力线通信两种。窄带电力线通信技术是指载波信号频率范围≤500kHz的低压电力线载波通信技术，具有带宽低、双向传输、适应性好、抗干扰性弱等特点，适用于电能表安装位置较分散、布线困难、用电负载变化较小的台区。宽带电力线通信技术是指载波信号频率范围≥1MHz的低压电力线载波通信技术，具有带宽高，数据容量大，双向传输、抗干扰性强等特点，适用于用户电能表安装较为集中的台区。
以GPRS为主的无线公网通信方式在用电信息采集业务中应用也较为普遍，依靠无线通信模块将采集的用电信息通过无线公网上传。
在用电信息采集业务中单独采用以上传统通信方式有如下缺点：
如单独采用电力线通信技术，采集终端通常布放在表箱内，电能表与采集终端之间通过RS-485线缆相连并通信，由于表箱内布线空间有限，导致布线困难且杂乱，线缆接头易松动；
公网通信设置语音数据具有优先权，GPRS等数据传输的实时性无法得到保证，数据上传带宽也极为有限。此外，由于信号覆盖因素，通信模块或终端的安装位置受到极大程度的限制。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提出了一种用电信息采集***及方法。
根据本发明的一方面，提供了一种用电信息采集***，包括电表、采集终端和采集网关，其特征在于：所述电表为具有无线传感模块的智能电表；所述采集终端具有无线传感模块，通过无线传感器网络从智能电表采集用电信息，并通过宽带电力线将用电信息发送到所述采集网关；所述采集网关通过宽带电力线接收用电信息。
优选地，将现有的电表更换为具有无线传感模块的智能电表，或者通过在现有电表中内置或外置无线传感模块将其改造为所述智能电表。
优选地，将现有的采集终端更换为具有无线传感模块的所述采集终端，或者通过在现有采集终端中内置或外置无线传感模块将其改造为所述采集终端。
优选地，外置无线传感模块的方式为在现有的电表或采集终端上安装微型低功耗无线传感器。
优选地，所述采集网关将用电信息汇集、处理、存储并上传至主站。
根据本发明的另一方面，提供了一种用电信息采集方法，用于从用电信息采集***采集用电信息，所述用电信息采集***包括电表、采集终端和采集网关，其特征在于：由具有无线传感模块的采集终端通过无线传感器网络从具有无线传感模块的智能电表采集用电信息；通过宽带电力线将用电信息发送到所述采集网关。
优选地，具有无线传感模块的智能电表是通过以下方式实现：将现有的电表更换为具有无线传感模块的智能电表，或者通过在现有电表中内置或外置无线传感模块将其改造为所述智能电表。
优选地，具有无线传感模块的采集终端是通过以下方式实现：将现有的采集终端更换为具有无线传感模块的所述采集终端，或者通过在现有采集终端中内置或外置无线传感模块将其改造为所述采集终端。
优选地，外置无线传感模块是通过以下方式实现：在现有的电表或采集终端上安装微型低功耗无线传感器。
优选地，将用电信息发送到所述采集网关之后，还包括：由所述采集网关将用电信息汇集、处理、存储并上传至主站。
本发明提出一种无线传感器网络(WSN)与宽带电力线通信(BPLC)相结合的用电信息采集***。针对用电信息采集***通信链路特点，分段采取WSN和BPLC通信技术，即智能电表的用电信息采集以及智能电表与采集终端之间的通信采用WSN技术，以避免繁复布线，并且近距离确保WSN通信稳定性；采集终端与采集网关之间的通信，即穿透表箱和建筑墙面采用BPLC技术。
本发明中用户信息传输速率高、采集周期短、可靠性高、工程实施维护难度小、实用性好。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出本发明实施例中基于无线传感器网络与宽带电力线通信的用电信息采集方法流程图。
图2示出本发明实施例中基于无线传感器网络与宽带电力线通信的用电信息采集***架构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
图1示出本发明实施例中基于WSN与宽带电力线通信的用电信息采集方法流程图，用电信息采集方法用于从用电信息采集***采集用电信息。图2示出了本发明实施例中用电信息采集***，其包括电表、采集终端和采集网关。下面将结合图1和图2详细描述本发明。
首先，在图1的步骤101中，由具有无线传感模块的采集终端通过无线传感器网络从具有无线传感模块的智能电表采集用电信息，用电信息包括电表示数、电压、电流、功率因素等信息。
将现有的电表更换为具有无线传感模块的智能电表，或者在现有电表中内置或外置无线传感模块将其改造为智能电表。其中，外置无线传感模块可以是在电表或采集终端上安装微型低功耗无线传感器。
将现有的采集终端更换为具有无线传感模块的所述采集终端，或者通过在现有采集终端中内置或外置无线传感模块将其改造为所述采集终端。采集终端根据现场情况和需要安装在表箱内、楼层或楼宇单元，通过无线传感器网络对同一表箱、同一楼层、同一楼宇单元或者同一楼宇的居民用户及非居民用户的所有智能电表用电信息进行采集。由于通过无线传感器网络进行传输，因此可以避免繁复布线，并且近距离确保WSN通信稳定性。
接着，在图1的步骤102中，所述采集终端通过宽带电力线将用电信息发送到所述采集网关。利用已有BPLC(宽带电力线通信)作为通信介质并穿透表箱、建筑结构，所述建筑结构例如建筑墙面。
采集网关将用电信息经协议转换和调制转化为宽带电力线载波信号，经电力线通信耦合模块(未示出)耦合到配电网络表箱入线上。电力线通信耦合模块设置在WSN/BPLC采集网关中，其是电力线载波通信***中的关键环节，用于耦合载波电压和电流，能够从电力线上接收信号，还能够以电压或者电流的形式向电力线输出信号，并且在发送和接收状态下具有不同的阻抗，可以使电力载波的调制解调器位于任何位置时都可以耦合到较强的通信信号，提高了通信的成功率。
在台变、公变处、楼宇地下配电室或其他适宜信息汇集点安装WSN/BPLC采集网关，公变处是指直接由电力部门负责的电表设施，将WSN/BPLC采集网关放置在电表表箱内空余表位或合适位置。WSN/BPLC采集网关一般的工作环境条件要求：标准工作温度为-25℃～55℃，相对湿度为5％～95％，故满足此条件的地点均应视为适宜的信息汇集点。
然后，在本发明的另一实施例中，还包括上传至主站的操作，即在图1的步骤103中，各采集网关将宽带电力线载波信号汇集、处理、存储并上传至主站。采集网关通过TD-SCDMA专用信道或电力光纤专网与主站通信。
图2示出了本发明实施例中基于WSN与宽带电力线通信技术的用电信息采集***架构示意图。包括智能电表、采集终端以及采集网关。图2还示出了主站。下面将结合图2详细说明。
采集网关包括TD-SCDMA/WSN采集网关、EPON/WSN采集网关以及TD-SCDMA/BPLC采集网关。上述采集网关之间的区别是：采集终端与采集网关、以及采集网关与***主站之间采用的通信方式不同。
TD-SCDMA/WSN采集网关：采集终端与采集网关之间通过WSN通信，采集网关与***主站采用TD-SCDMA方式通信；
EPON/WSN采集网关：下行通信采用WSN方式，上行通信采用EPON方式；
TD-SCDMA/BPLC采集网关：下行通信采用WSN/BPLC方式，上行通信采用TD-SCDMA方式。
本发明针对用电信息采集***通信链路特点，分段采取WSN和BPLC通信技术，即智能电表的用电信息采集采用WSN技术，以避免繁复布线，并且近距离确保WSN通信稳定性，采集终端与采集网关之间的通信采用BPLC技术。
本发明采用无线传感器网络和宽带电力线通信相结合的技术来实现用电信息采集，可以解决现有通信技术中工程实施布线困难、信息传输不稳定、采集周期过长或数据实时性无法保证等问题。
远程断电控制方案
远程控制的执行机构可以为电能表，也可以采用外置的可控开关，其中三相非居民用户采用外置的可控开关。主站发出控制命令后，由电能表进行分合闸或由采集网关(也可为电能表)控制可控开关进行分合闸。
对于低压非居民用户，采用主站预付费管理模式，用户剩余电费的计算和发出控制跳闸指令的控制逻辑在主站完成，跳闸指令由现场的终端或者表计执行。主站通过采集用户的用电信息，在主站进行电费计算后，将剩余电费信息下发，现场信息的显示由表计完成。主站预付费可以根据用户实际执行的电价政策比较准确地算出剩余电费，特别适用于执行多种电价政策或电费计算方式的用户，由现场设备本地计算可能会导致剩余电费的计算误差。主站预付费方式：主站每天收集用户的用电数据，计算剩余电费，控制逻辑在主站完成，在用户端没有更改剩余电费的手段，有效降低了恶意篡改剩余电费的可能性。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用电信息采集***，包括电表、采集终端和采集网关，其特征在于：
所述电表为具有无线传感模块的智能电表；
所述采集终端具有无线传感模块，通过无线传感器网络从智能电表采集用电信息，即智能电表的用电信息采集以及智能电表与采集终端之间的通信采用无线传感器网络；
通过宽带电力线将用电信息发送到所述采集网关；
所述采集网关通过宽带电力线接收用电信息，即穿透表箱和建筑墙面采用宽带电力线通信，将用电信息经协议转换和调制转化为宽带电力线载波信号，经电力线通信耦合模块耦合到配电网络表箱入线上，电力线通信耦合模块用于耦合载波电压和电流，从宽带电力线上接收信号，以电压或者电流的形式向电力线输出信号，并且在发送和接收状态下具有不同的阻抗，以便使电力载波的调制解调器位于任何位置时都可以耦合到较强的通信信号。
2.根据权利要求1所述用电信息采集***，其特征在于：将现有的电表更换为具有无线传感模块的智能电表，或者通过在现有电表中内置或外置无线传感模块将其改造为所述智能电表。
3.根据权利要求1所述用电信息采集***，其特征在于：将现有的采集终端更换为具有无线传感模块的所述采集终端，或者通过在现有采集终端中内置或外置无线传感模块将其改造为所述采集终端。
4.根据权利要求2所述用电信息采集***，其特征在于：外置无线传感模块的方式为在现有的电表或采集终端上安装微型低功耗无线传感器。
5.根据权利要求1所述用电信息采集***，其特征在于：所述采集网关将用电信息汇集、处理、存储并上传至主站。
6.一种用电信息采集方法，用于从用电信息采集***采集用电信息，所述用电信息采集***包括电表、采集终端和采集网关，其特征在于：
由具有无线传感模块的采集终端通过无线传感器网络从具有无线传感模块的智能电表采集用电信息，即智能电表的用电信息采集以及智能电表与采集终端之间的通信采用无线传感器网络；
所述采集终端通过宽带电力线将用电信息发送到所述采集网关，即穿透表箱和建筑墙面采用宽带电力线通信；
所述采集网关通过宽带电力线接收用电信息，即穿透表箱和建筑墙面采用宽带电力线通信，将用电信息经协议转换和调制转化为宽带电力线载波信号，经电力线通信耦合模块耦合到配电网络表箱入线上，电力线通信耦合模块用于耦合载波电压和电流，从宽带电力线上接收信号，以电压或者电流的形式向电力线输出信号，并且在发送和接收状态下具有不同的阻抗，以便使电力载波的调制解调器位于任何位置时都可以耦合到较强的通信信号。
7.根据权利要求6所述用电信息采集方法，具有无线传感模块的智能电表是通过以下方式实现：
将现有的电表更换为具有无线传感模块的智能电表，或者通过在现有电表中内置或外置无线传感模块将其改造为所述智能电表。
8.根据权利要求6所述用电信息采集方法，具有无线传感模块的采集终端是通过以下方式实现：
将现有的采集终端更换为具有无线传感模块的所述采集终端，或者通过在现有采集终端中内置或外置无线传感模块将其改造为所述采集终端。
9.根据权利要求7所述用电信息采集方法，外置无线传感模块是通过以下方式实现：在现有的电表或采集终端上安装微型低功耗无线传感器。
10.根据权利要求6所述用电信息采集方法，将用电信息发送到所述采集网关之后，还包括：
由所述采集网关将用电信息汇集、处理、存储并上传至主站。
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