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智能国网集中器在电力远程集中抄表系统工程中的应用

2012-4-10 11:04:10 10522 智能集中器

1 工程概况

传统的住宅小区或商业用电采取专人抄表，不仅抄收数据烦琐，而且统计困难，无法对计费、线损控制、用能分析等方面提供及时准确的数据。系统各个耗能单元的耗能数据无法进行统计分析，网路的能量损耗环节不能得到及时有效的判断和处理，系统能耗较高，采用现代化的抄表技术和抄表手段，是解决用能核算、用能收费方面问题的主要途径。因此，推广实施远程抄表集中监控技术，促进实施节能减排的重要手段之一。项目实施后，物业管理将在完善计量的基础上，有效获得用原始使用数据，掌握和预测能源负荷，优化能源利用，减少和杜绝能源损耗，实现科学化和精细化管理，提升管理水平有着重要意义。

2 系统技术方案2.1 系统组成

自动抄表系统由以下几个部分组成：主站抄表软件、集中器、采集器、电能表组成。如图：

2.2 数据传输模式

系统采用一级式集抄收费管理的结构，在物业管理处建设集抄收费中心负责辖区内表计的抄读、存储、计算、缴费等，并可提供数据的统一查询、统计、分析和信息发布的功能。

两级数据传输模式：第一级为用户计量表具与集中器之间的网络传输，第二级为集中器与主站的网络传输。主站向外网发布各种统计数据。

第一级网络为各种计量表具与集中器间的固定通信方式，建议采用总线方式连接。系统可以根据需要组成多级总线网络以适应用户千变万化的实际需求。

第二级网络为集中器与主站间的数据通信，集中器产品，采用模块化设计，与主站数据采集服务器可以采用多种数据传输方式，集中器与计算机进行数据通信时可根据用户实地情况灵活采用串口通信方式或有线、无线接入网络的方式。

3 系统运行基本原理3.1 采集器

采集器不仅具有采集电表数据功能，而且具有存储所采电能量数据和接受远端指令（执行指令）及向远端发送数据的功能。采集器还可以做到分时段采集电能表的电能量，并且把分时段所采集的数据进行存储。

硬件组成

外型、电气参数、工作环境、功能等部件表如下：

部件	型号参数	说明
处理器	增强型C51	必备
内存	处理器集成	必备
数据磁盘	处理器集成	必备
载波通讯模块	--	必备
485通讯接口	--	必备
红外通讯接口	--	必备

特点说明

1. 支持同时接内断电与外断电表，最大连接电表数量128块，其中最大外断电表连接数量15块。

2. 采集器安装，替换，及用手抄器连接调试时零设置——不用设置所连电表地址，采集器自身地址等，和载波表一样方便，即连即用。

3. 同一采集器下可接不同厂家、不同规约的电表。

3.2 集中器

集中器是集抄系统中心管理设备负责主站命令的传送，抄表数据的存储，自动抄表任务的执行与事件的记录等功能

3.2.1 功能特点

u 工业级32位ARM9处理器和Linux嵌入式系统与Sqlite嵌入式数据库技术。

u 同时支持无线、晓程、东软等本地模块的模块路由模式或集中器路由模式。

u 智能的集中器中继路由抄表算法（基于嵌入式数据库数据挖掘统计分析能力与速度），配主流厂家的芯片现场平均每户3到4秒的实时表码抄表速度与100%的实时抄到率。

u 集中器的数据存储容量为128M量，且凭借嵌入式数据库技术有更强大数据存取访问管理能力。

u 支持文件压缩、断点续传的文件传输与远程升级。压缩后的待升级文件小一半以上，升级传输的速度与可靠性同比提高。

u 支持插U盘本地自动升级。

u 支持短信测控与设置。

u 软硬上都启用了PPP多路复用上行通讯技术。

u 同时支持USB主从口、以太网客户端与服务端、PPP客户端与服务端、本地串口、红外、485接口。

u 集中器支持Telnet远程登录后执行丰富的Linux命令，如文件传输tftp、文件编辑拷贝等。

u 优异的电磁兼容性能，在高压尖峰脉冲、强磁场、强静电、雷击浪涌、温度大范围变化等干扰下系统能精准抄表。

u 密封式设计，PC+ABS 合金防水阻燃材料，壁挂式结构、体积轻巧、安装方便。

3.2.2 基本参数

额定电压： 3*220V

额定频率： 50Hz

功耗： ≤10W

环境条件：标准工作温度为-25℃～+85℃

极限工作温度： -40℃～+125℃

相对湿度： ≤95%

设计寿命: 12年

3.2.3 硬件组成表

部件	型号参数	说明
主处理器	AT91SAM9260	低功耗工业级ARM9
内存	SDRAM	工业级内存芯片
数据磁盘	128M/256M--K9F1G08	Nand闪存
上行无线模块	SimCom	可选其它能使用ppp多路复用技术的Gprs/Cdma模块
以太网卡	DM9161AEP-PHY	内置MAC，可选配同类工业级PHY
液晶屏	UC1698	通配
键盘	6键键盘
电源	3相4线电源	可选开关电源或线性电源
485接口	2路	额定标准
本地串口	2路	本地上行调试和运行日志输出
USB口	1路主口、1路从口	主口可接无线网卡或插U盘自动升级、从口用于本地对连调试

3.2.4 软件构成表

模块	名称	说明
操作系统	Linux-2.6.XX	稳定、高效、开放
数据库	Sqlite3	支持标准T-Sql、比Access快许多倍的文件数据库
应用软件	集成Busybox	支持远程登录Telnet、远程维护tftp等
集抄程序	多线程多任务架构	智能任务队列、自伸缩线程池
界面程序	FrameBuffer架构	虚拟机等同集中器，所见所得，调试维护方便
进程通讯	Posix Ipc	抄表程序与界面程序分离，增强稳定性，便于升级
远程维护	运行日志重定向	集中器运行日志可灵活的通过串口、以太网端口或Telnet终端任一个输出

4 系统主要功能4.1 系统功能表4.2 抄表与表码浏览

1）操作员通过此功能模块能够读抄（日电量/时电量/月电量/总表综合数据块/配变终端数据/末端电压数据等）。设置浏览的时间范围，选择浏览对象等。

2）抄收完成后，通过漏抄分析，分析出漏抄的电表后，点击抄漏抄列表，进行补抄。

4.3 断送电（需电能表支持）

选择电表或通过Web服务与中间文件（Excel）导入要断送电的电表，进行断送电。断送电操作集中器返回成功后对应电表的断送电状态会自动改变，之后可通过读电表实时状态字检查断送电操作是否成功。

为防止断送电发生误操作，每次断送电后，不记上次执行断送电操作的电表，如此次操作用户需要重新选择电表。

4.4 台区线损

根据计算线损的台区、电量类型、时间范围进行台区线损计算。对线损突变或线损异常的时间点，可通过“用电异常”分析抄收异常或窃电用户。

4.5 用电异常

分析台区、电量类型、日期范围与异常类型后，直接点击“计算分析”，异常用户将会在图标中列出。

当前可分析“表码变小”、“连续零电量”、“用电锐增”、“用电锐减”、“漏抄”、“预抄失败”等用电异常。各个用电异常的功能意义如下：

表码变小：如果非表满（即翻码）或换表产生的表码变小，则可能是窃电。

连续零电量：筛选出5天内（分析时间范围可设）有2-3天（出现零电量的次数可设）的用电量为零（用电量的范围可设），供抄表员做窃电或漏电分析。

用电锐增：防窃电的一部分，通常用在线损突然变大时，筛出用电量陡然增大、有窃电嫌疑的用户及用电量。比如，某台区、某月9号到10号的线损突然变大、变小或变为负线损率（居民表用电大于总表用电，这种情况下通常总表用电量很平稳），则抄表员用此功能筛出该台区、9号到10号用电量增大50%（可设）以上的用户电表及电量。

用电锐减：同上，通常用来高线损回落到正常线损时，筛出用电量突然变小一定幅度的用户，这些用户便是可能的窃电户。

漏抄：分析出某时间段内某些台区电表表码没有抄上来的用户电表，应该对漏抄用户进行补抄后，再计算线损。

预抄失败：出于各种原因，集中器没能采集到某户电表的冻结数据，所以在主站要求那天该户的电表表码时返回预抄失败。

4.6 安全管理4.6.1 功能设计

系统安全管理包括系统运行安全、系统数据安全（数据单元安全和数据库安全）、用户操作权限安全、口令管理的策略、模块操作权限控制和管理系统跟踪控制。系统运行安全指系统运行环境的安全，保障系统的正常运行，防止计算机病毒的入侵，包括操作系统安全、网络安全、服务器安全。系统数据安全是数据单元安全、数据库安全、数据库系统信息安全，即指数据安全备份及恢复技术。用户的操作权限是指用户登陆到管理系统所能操作的模块权限。管理系统跟踪控制指用户进入系统的所有操作的日志和管理系统自身产生的系统日志。

4.6.2 工作原理和策略

A、用户的操作权限控制

用户的操作权限控制采用动态配置用户操作权限方法，系统根据用户的类型分功能、数据、数值三级权限技术，确保了系统的数据安全。

同时系统还具有严格的用户等级制度，对各级用户权限的设置可以按照用户不同的工作需求进行设置。各级用户都要进行身份认证，将操作用户的用户名与操作计算机的ip地址进行捆绑，一个用户对应一个ip地址，保证系统安全性。

B、管理系统跟踪控制

为保证本系统的安全性及各项流水工作的规范性，本系统应具有日志记录功能。系统日志跟踪记录用户的操作和系统信息，能方便的查询到所有登陆过系统的用户的所有操作，需经审核后才能删除日志。

C、系统运行安全

对于任何数据库应用的操作系统环境来说，应该考虑数据库管理员必须具有操作系统权限，以便创建和删除文件。—般数据库用户不应该具有操作系统权限。如果操作系统会识别用户的数据库角色，那么，安全管理员就必须有操作系统权限，以便修改操作系统帐户的安全域。

D、用户的管理

管理员的权限管理：每个数据库系统都有一个或几个管理员负责维护所有的安全策略方面的问题。

数据库用户是访问数据库信息的途径，因此，应该很好地维护管理数据库用户的安全性。按照数据库系统的大小和管理数据库用户所需的工作量，数据库安全性管理员可能只是拥有创建，修改，或删除数据库用户权限的一个特殊用户，或者是拥有这些权限的一组用户。

普通用户的权限管理：安全管理员应该考虑涉及所有类型用户的权限管理问题。例如，在一个有许多用户名的数据库中，使用角色来管理用户可用的权限是非常有益的。否则，如果数据库中只有少数用户名，就将权限明确地赋予用户，避免使用角色，反而更容易。

管理具有很多用户、应用或对象的数据库的安全管理员，应该利用角色提供的益处。角色在很大程度上简化了在复杂环境中的权限管理任务。

终端用户的安全：安全管理员必须定义终端用户的安全策略。安全管理员可以决定将哪些用户的组分类成用户组，然后为这些组创建用户角色。安全管理员可以给每个用户角色赋予必要的权限或应用角色，再将用户角色赋予给这些用户。对于例外情况，安全管理员还必须确定，必须将什么权限明确地授予各个用户。

E、口令管理的策略

如果用户是通过数据库进行用户身份的确认，那么使用口令加密的方式与数据库进行连接。

依赖于口令的数据库安全系统，需要口令在任何时候都是保密的。但是，口令是容易受到偷窃、伪造和滥用。为了更好地控制数据库的安全，数据库口令管理的策略是由DBA和安全员，通过用户的配置文件来控制的。

F、数据单元安全：通过对敏感数据的加密和校验来实现的。

G、数据库安全的策略

数据库安全包括在对象层上控制访问和使用数据库的机制。数据安全策略应确定，能访问特殊的模式对象、允许每个用户在对象上所做的特殊的动作类型。例如，访问数据库表时，一些用户只能执行SELECT和INSERT语句，而不能执行DELETE语句。

基于数据的重要性，应该有一谨慎的安全性策略，用它来维护对数据对象访问的有效控制。

数据安全的方法通过授予系统权限和对象权限、或通过角色来实现。系统权限是指数据库用户操作数据库系统的权力，由具有DBA特权的用户授予其他用户。对象权限是指数据库用户操作数据库对象(基本表、视图)的权力，由DBA或对象所有者授予。角色是可以授予用户的并组合在一起的一组权限(包括系统权限和对象权限)。视图也能实现数据安全，因为视图的定义能限制对表中的数据的访问，它们可以排除包含敏感数据的列。

H、数据备份原则和策略

Ø 数据备份的原则

对数据进行备份是为了保证数据的安全性，消除系统使用者和操作者的后顾之忧。不同的应用环境要求不同的解决方案来适应，一般来说，要满足稳定性、全面性、自动化、高性能、安全性、简易性、实时性、容错性的原则。

Ø 数据备份策略

备份策略指确定需备份的内容、备份时间及备份方式。各个单位要根据自己的实际情况来制定不同的备份策略。

5 系统总体技术指标

1.采集器脉冲电平	高电平＞3V 低电平<1V
2. 采集器抄表精度	小数点后两位
3. 采集器断电保护数据	100年
4. 采集器容量	企业户或关口表	8只计量表×n倍或1 6只计量表×n倍
	居民户	8只或16只计量表×n倍，可外加断电装置
5. 采集器功耗	静态	<0.27W/户
	动态	<3W
6. 集中器容量	预抄收每台区集中器容量<4000户，直抄不限
7. 载波传输媒体	上行信道	公用电话线、GSM信道、GPRS信道或手抄器
	下行信道	低压电力线
8. 下行信道传输方式	均为DPSK方式
9. 下行载波中心频率	120KHz
8.采集器和集中器供电	AC176V至264V 50Hz 企业户高压表可在AC100V、50KHZ
11. 下行信道低压电力线传输距离	800M（直线）
12. 下行信道485接口传输距离	5000M（直线）
13.分时段计量	分七个时段，居民户还可外加断电装置
14.工作环境	室内室外均可－35℃～＋60℃
15.抄到率	100%
16.准确率	误差≤十万分之五
17.产品寿命	10年以上
18.586计算机管理容量（1台）	400个台区，约12万户电能表，预抄时间为7小时完成
19.采集器尺寸（长宽高）	165mm * 80mm *50mm 抄8只或16只电能表电量
20.集中器尺寸（长宽高）	260mm * 210mm * 60mm
21.断电控制器尺寸（长宽高）	165mm * 80mm * 50mm*
22.断电器尺寸（长宽高）	50mm23mm65mm

2012-4-10 11:04:10　　评论 淘帖0 举报

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0 {:soso_e100:}

2012-4-12 14:00:43 评论举报 1^# 何小龙

0 你是搞什么的。

2012-5-13 22:16:38 评论举报 2^# 东北风

0 麻烦请问下，你们的集中器与水电表之间的数据传输是采用怎样的加密算法和代码呢？

2013-9-11 16:25:09 评论举报 3^# 想、未来

0 嘘嘘嘘，不要告诉别人哈。广百思智能蓝牙穿戴设备也是不错的，可以了解下的呢。嘘嘘嘘，不要告诉别人哈。招商QQ：2853562830 嘘嘘嘘，不要告诉别人哈

2015-12-2 09:45:28 评论举报 4^# gonbes1234

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