摘 要：智能電網(wǎng)中采用的智能儀表技術(shù)，是一種有別于傳統(tǒng)電子式多功能電能表的先進(jìn)測量技術(shù)。它是更多技術(shù)和功能的融合，提供更詳盡的用電信息。本文主要介紹了智能電表的基本概念、特點(diǎn)，以及智能電表目前的發(fā)展和普及狀況，智能電表功能通信原理，DL/T645與MOdbusTcp協(xié)議轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵詞：智能電表 數(shù)據(jù)采集 智能電表通信 協(xié)議轉(zhuǎn)換 DL/T645與MOdbusTcp協(xié)議轉(zhuǎn)換

引言

智能電網(wǎng)是當(dāng)今社會(huì)上重要的用戶和運(yùn)行商之間交流的工具為了保證電網(wǎng)的安全、高率的運(yùn)行就應(yīng)當(dāng)對(duì)目前用戶的電能表做出智能的改進(jìn)。智能電能表作為智能電網(wǎng)的主要設(shè)備和基礎(chǔ)對(duì)加快電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化和信息化起了重要的作用。

1.智能電能表的基本原理和特點(diǎn)

1.1智能電能表的基本原理

近年來開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別，而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是先通過對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，再采用專用的電能表集成電路，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器所對(duì)于智能電表來說，這是一個(gè)比較重要的常數(shù)，因?yàn)锳/D將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。目前智能電A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則，但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電A/D轉(zhuǎn)換器，這樣對(duì)電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)來進(jìn)行，勢(shì)必造成這點(diǎn)在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)該注意智能電表的工作特點(diǎn)智能電表不只采用了電再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制，因此與感應(yīng)式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

1.2智能電能表的工作特點(diǎn)

智能電能表的工作特點(diǎn)主要在承載、功耗和精準(zhǔn)度等方面智能電能表采用的是一種電子表的高科技技術(shù)傳送承載的能力較普通的電能表強(qiáng)大很多本身的量程就很大能存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)智能電能表在標(biāo)準(zhǔn)電流范圍內(nèi)的精準(zhǔn)度能達(dá)到百分之就十九左右工作的消耗量很小既節(jié)省能源也提高了效率。與傳統(tǒng)的電能表相比智能電能表有雙向通信的功能便于數(shù)據(jù)中心和通信網(wǎng)絡(luò)之間的通信交流供電公司可以根據(jù)每個(gè)用戶的不同需要實(shí)現(xiàn)用戶習(xí)慣的用電方式。同時(shí)智能電能表能自動(dòng)完成用電的控制當(dāng)用電達(dá)到高峰期時(shí)智能電能表能實(shí)行削減用電高峰的負(fù)荷。

智能電能表的工作特點(diǎn)

智能電表不只采用了電子集成電路的設(shè)計(jì)，再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制，因此與感應(yīng)式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

與傳統(tǒng)的智能表相比，智能電能表只需RS485以及RS232兩個(gè)接口即可實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備進(jìn)行信息交流，而同時(shí)使用用電信息采集心態(tài)則可以對(duì)表內(nèi)的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集并記錄，從而對(duì)實(shí)際的用電情況進(jìn)行智能的分析，為制定合理的用電方案提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

2.智能電能表的功能

2.1優(yōu)化用電配置

在智能電能表的推廣和運(yùn)用中每個(gè)用戶可以根據(jù)自己的用電計(jì)劃控制用電進(jìn)度通過智能電能表上傳至供電公司發(fā)電數(shù)據(jù)供電公司也可以以此為準(zhǔn)確根據(jù)隨時(shí)調(diào)整用電的容量提高用電負(fù)荷的精準(zhǔn)度。智能電能表具有自動(dòng)斷電和在線檢測的功能在發(fā)生意外事故時(shí)能及時(shí)切斷電源不僅保證了用戶財(cái)產(chǎn)的安全也保證給用戶提供及時(shí)優(yōu)質(zhì)的電能。

2.2智能用電安全性

安全對(duì)于每一個(gè)用電用戶來說都是非常重要的不管是智能電能表還是一般的電能表都應(yīng)該具備安全的保護(hù)系統(tǒng)。在智能電能表進(jìn)行電壓電流數(shù)據(jù)測量收集時(shí)對(duì)于異常狀態(tài)的用電情況會(huì)自動(dòng)進(jìn)行在線分析和系統(tǒng)的跟蹤當(dāng)追蹤出異常的用電記錄后先進(jìn)行故障分析再進(jìn)行有效處理。智能電能表根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)隨時(shí)對(duì)用電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控這樣可以有效防止偷電行為的發(fā)生。智能電能表自身帶有故障判斷隔離和重裝啟動(dòng)的功能減少了用戶端的人工維修。

2.3提高能源利用

智能電能表的廣泛應(yīng)用幫助人們使用綠色的能源例如太陽能和風(fēng)能通過綠色能源和智能電能表的優(yōu)化結(jié)合電力系統(tǒng)將得到新能源的資助配電負(fù)荷將更加精準(zhǔn)用戶也能實(shí)現(xiàn)住宅的用電自動(dòng)化管理。

另外智能電能表采用分布式能源配置的方式將電能以最經(jīng)濟(jì)最安全的方式輸送到每一個(gè)用戶終端提高了電能的利用率。當(dāng)用戶需要交費(fèi)時(shí)供電公司會(huì)通過短信等電信方式將實(shí)時(shí)電價(jià)和繳費(fèi)的信息傳達(dá)給用戶促使用戶合理利用能源。

3.智能電能表的發(fā)展趨勢(shì)

3.1我國智能電能表的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代我國在傳統(tǒng)的電能表的使用基礎(chǔ)上研究出了數(shù)字模擬式的電子電能表改善了數(shù)據(jù)測量計(jì)算精度和數(shù)字的拓展技術(shù)。目前的智能電能表主要分為機(jī)電一體式和全電子式前者在原有的機(jī)械電表的基礎(chǔ)上安裝了構(gòu)建降低了造價(jià)同時(shí)也增加了所需要的功能。后者對(duì)電表的核心處做了精密的處理減小了電能表的體積增加了可靠性讓用戶使用的更加方便人性化。

3.2優(yōu)化智能電能表的應(yīng)用

目前智能電能表的智能化主要體現(xiàn)在用戶繳費(fèi)和抄表的智能化這些體現(xiàn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的還必須通過穩(wěn)固的通信網(wǎng)絡(luò)將智能化電能表推向一個(gè)可靠耐用的交流平臺(tái)實(shí)現(xiàn)用戶和供電之間信息的交互。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展將來的智能電網(wǎng)必須要考慮市場經(jīng)濟(jì)的電量交易信息不斷的走向網(wǎng)絡(luò)化和模塊化的方向。總而言之通過對(duì)智能電能表的基本原理和功能特點(diǎn)的介紹和分析可以發(fā)現(xiàn)智能電能表的應(yīng)用前景是非常廣泛的智能電能表作為智能電網(wǎng)中重要的信息傳遞媒介我們應(yīng)當(dāng)對(duì)智能電能表不斷的研究穩(wěn)固電網(wǎng)的運(yùn)行基礎(chǔ)加快電網(wǎng)自動(dòng)化和互動(dòng)化的穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，智能電能表也得到了極大的推廣使用，而且隨著對(duì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，智能電能表的使用成為了社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能電能表的出現(xiàn)，更加完善了傳統(tǒng)電能表所具有的功能，智能電能表的使用極大的提高了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有效的避免了因人工計(jì)量而出現(xiàn)的錯(cuò)抄、漏抄等問題而給用戶帶來不便。而隨著智能電能表的使用，相應(yīng)的用電信息采集系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，該系統(tǒng)的產(chǎn)生通過自動(dòng)抄表極大的提高了抄表的及時(shí)性，為用戶查詢用電情況提供了數(shù)據(jù)支持。而且通過使用智能電能表，可以對(duì)電壓、電流等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，有效的避免因問題不及時(shí)解決而造成的損失，而且可以對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，從而有效的提高用戶用電的安全性，而且隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能電能表極大的符合了智能電網(wǎng)的發(fā)展要求，將智能電能表廣泛的推廣使用肌極為有意義的一項(xiàng)工作，同時(shí)智能電能表也將擁有更廣闊的發(fā)展前景。

4.智能電能通訊及數(shù)據(jù)采集

目前電力系統(tǒng)主要為有線通訊，其中包括串口，網(wǎng)口，光口。分布式光伏有時(shí)還會(huì)用到無線通訊。通訊的規(guī)約種類也是比較多，CDT、MOdbus、103、101、104、DL/T645通訊規(guī)約下面我將做一下簡單的說明。

目前經(jīng)常使用串口通訊的還是比較多的，因?yàn)榇谕ㄓ嵾€是比較穩(wěn)定，屏蔽線有抗干擾作用。而且在國內(nèi)使用比較早，認(rèn)可度比較高。常用串口通訊的規(guī)約有CDT 規(guī)約、DISA規(guī)約（CDT規(guī)約升級(jí)版）、mOdbus規(guī)約 串口、103規(guī)約、調(diào)度101規(guī)約、DL/T645等。

4.1CDT規(guī)約

CDT規(guī)約是一種使用比較早的規(guī)約，報(bào)文類型是廣播式的，及子站會(huì)通過通訊線向通訊管理機(jī)廣播報(bào)文，再由通訊管理機(jī)將規(guī)約轉(zhuǎn)換成后臺(tái)上位機(jī)可以識(shí)別的報(bào)文，從而解析出來，顯示在上位機(jī)上。DISA規(guī)約是CDT規(guī)約衍生版，它的規(guī)約包含遙測點(diǎn)，遙信點(diǎn)的數(shù)量要比原有的CDT規(guī)約要多。報(bào)文格式?jīng)]有明顯區(qū)別。接線方式為RS-232。即收、發(fā)、地三根線。由于通訊距離較短，大概在10米左右。在目前用的比較少了。如今市場部分小電流接地選線設(shè)備，直流屏還保留著這種通訊方式。

4.2MOdbus通訊

MOdbus通訊是一種常見的通訊，使用比較廣泛。使用的也是屏蔽雙絞線，即RS-485。這種通訊方式通訊距離比較長。理論上可以達(dá)到1000多米，當(dāng)然這也要根據(jù)廠家通訊管理機(jī)通訊接口的能力而定。目前有的廠家保護(hù)也是保留著這種通訊方式。如新能源使用的光伏箱變測控，風(fēng)電箱變測控等。這種通訊方式比較簡單，屬于問答式。報(bào)文也是比較容易看懂。便于調(diào)試過程中查找問題。

4.3103串口通訊

103串口通訊一般用于微機(jī)保護(hù)上，目前南京磐能，許繼等廠家自己保護(hù)與站內(nèi)上位機(jī)通訊用的是103規(guī)約。這種規(guī)約可以將微機(jī)保護(hù)內(nèi)點(diǎn)無誤差的上送，包括總招和變位數(shù)據(jù)。作為站內(nèi)保護(hù)設(shè)備具備103通訊功能是基本前提。

4.4101通訊

101通訊作為調(diào)度通訊規(guī)約。在現(xiàn)場的接線有時(shí)候?yàn)樗木€制，有時(shí)候?yàn)槿€制。這種規(guī)約目前用在地調(diào)上。將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)柜傳到地調(diào)中心。

4.5DL/T645規(guī)約

DL/T645規(guī)約通常用于電度表上. DL/T 645-2007 多功能電能表通信協(xié)議規(guī)定了多功能電能表與手持單元（HHU）或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的物理連接、通信鏈路及應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。本標(biāo)準(zhǔn)適用于本地系統(tǒng)中多功能電能表與手持單元（HHU）或其他數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式。

5.智能電能表通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換

控制器所采用的通訊協(xié)議主要有：MOdbus 與 DL/T 645 - 2007 通訊協(xié)。 MOdbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。645是電表協(xié)議，mOdbus是通用控制協(xié)議，兩個(gè)是平行關(guān)系，不兼容。但是，兩種協(xié)議都可以使用485通信協(xié)議（物理接口協(xié)議）進(jìn)行傳輸。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

5.1DL/T645轉(zhuǎn)MOdbusTcp協(xié)議轉(zhuǎn)換器

DL/T645轉(zhuǎn)MOdbusTcp協(xié)議轉(zhuǎn)換器 MRD-5021具有1 路RS485及1路以太網(wǎng)接口，最多支持同時(shí)采集5個(gè)DL/T645-1997或者5個(gè)2007協(xié)議國標(biāo)電表設(shè)備，支持DL/T645協(xié)議的自適應(yīng)，然后將所需要的采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MOdbus Tcp協(xié)議。方便和PLC、DCS、組態(tài)等工業(yè)相關(guān)設(shè)備對(duì)接。

配置軟件和模塊通過以太網(wǎng)的連接

5.2 645端口可以修改的參數(shù)如下：

5.2.1波特率 300-9600bps，一般645規(guī)約電表端口波特率默認(rèn)為1200bps。

5.2.2采集的645設(shè)備個(gè)數(shù)：最多支持5個(gè)電表，但是在廣播地址模式，只能接1個(gè)645電表設(shè)備。

5.2.3645設(shè)備的協(xié)議類型，MRD-5021-1支持自適應(yīng)，1997協(xié)議，2007協(xié)議三種模式。

采集的645設(shè)備的地址模式：連續(xù)地址、廣播地址、隨機(jī)地址3種模式。詳細(xì)說明如下：

連續(xù)地址模式

通過485所連接的電能表地址為連續(xù)地址模式，連續(xù)地址模式一定要保證電能表的地址為連續(xù)的地址，連接645電能表個(gè)數(shù)為5個(gè)，電能表的地址從000000000002到000000000006，連接共5臺(tái)表，如果是其它數(shù)目的電表，修改個(gè)數(shù)即可，一定要保證電表的地址是連續(xù)的。

廣播地址模式

通過485所連接的電能表地址為廣播地址模式，該模式下所連接的電表只能為一塊，由于485是一主多從的通信方式，如果配置為廣播模式，然后連接了多塊表，降造成485總線沖突。廣播地址分為2007廣播地址和1997廣播地址，這個(gè)需要根據(jù)現(xiàn)場的電表支持的類型來選擇，或者可以采用遍歷2種廣播地址嘗試的方法。

隨機(jī)地址模式

通過485所連接的電能表為地址為隨機(jī)地址模式，該模式下需要知道所連接的每個(gè)表的表地址，然后手動(dòng)輸入電表的表地址到文本框中，文本框禁止空白。如果對(duì)現(xiàn)場的表地址不清楚，也可以采用后面提到的電表地址獲取的方式進(jìn)行表地址的現(xiàn)場獲取。

5.3以太網(wǎng)端口可以修改的參數(shù)如下：

5.3.1現(xiàn)場電表地址的獲取

本地IP地址為設(shè)置模塊的以太網(wǎng)端口IP地址，網(wǎng)關(guān)地址為設(shè)置模塊的以太網(wǎng)端口網(wǎng)關(guān)地址，本地端口號(hào)為設(shè)置模塊MOdbusTcp 服務(wù)器的端口號(hào)，MOdbusTcp 服務(wù)器的端口號(hào)約定默認(rèn)值為502，物理MAC地址，一般情況是不需要設(shè)置的，保持為灰色，不可編輯，保持模塊內(nèi)部Mac地址為默認(rèn)值。如需修改可以選擇后面的寫入選擇框，編輯框變?yōu)榭删庉嫚顟B(tài)，可以輸入16進(jìn)制的6字節(jié)Mac地址，

5.3.2現(xiàn)場電表地址的獲取

獲取電表地址按鍵為獲取現(xiàn)場電表的表地址。方法如下：

首先配置模塊工作在廣播地址模式，模塊485總線上保證只接一塊電表，上電運(yùn)行后，觀察DL＼T645紅色指示燈正常閃爍，也就是一定要保證MRD5021模塊和電表已經(jīng)正常通信，然后再點(diǎn)擊獲取電表地址按鈕，獲取地址正常會(huì)在文本框中返回當(dāng)前電表地址，多塊電表分別按上述操作，并記錄每個(gè)電表地址，方便最后統(tǒng)一配置到模塊。

通過智能電表能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、信息處理，簡化了復(fù)雜現(xiàn)場工作流程，負(fù)荷遠(yuǎn)程控制，通過智能電表可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的整體聯(lián)接和斷開，也可以對(duì)部分用戶進(jìn)行控制，從而配合調(diào)度部門實(shí)現(xiàn)功率控制;同時(shí)用戶也可以通過可控開關(guān)實(shí)現(xiàn)特定負(fù)荷的遠(yuǎn)程控制，預(yù)防維護(hù)和故障分析。除此之外，智能電表還具備負(fù)荷分析、建模合預(yù)測，非法用電檢測，電表管理以及節(jié)能等其他功能。為工廠企業(yè)提供電網(wǎng)故障、停電、電能質(zhì)量、能耗、能效信息和推薦用電方案等增值服務(wù)，提高了能源市場的效率，并為頻率、電壓和無功功率控制等應(yīng)用提供了技術(shù)條件。

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作者簡介：

宋彥昆 工程師 主要從事： 儀表、自動(dòng)化控制、 數(shù)據(jù)采集、通信技術(shù)開發(fā)應(yīng)用。