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摘要：针对现有智能电能表数据采集方法存在的不足，提出了一种运用 ＲFID 通信技术的智能电能表数据采集方法。该方法不受非金属障碍物、线路故障和系统断电的影响，经测试，在 2m 范围内综合数据采集成功率为 99.2%，且可一次性采集多块电能表信息，相比于红外等方法，显著提高了数据采集效率。基于此，本文就针对智能电能表数据采集关键技术进行分析。
关键词：智能电能表；数据采集；关键技术
1智能电表系统
智能电表是智能电网当中的主要计量终端，其主要功能是用来采集电能的使用量，对用电的状况以及电能质量等实现及时性的监督和控制，是一种大型用电信息采集以及控制的整体系统[1]。就当前而言，我国智能电表采集系统主要的构成部分有三个，分别是主战系统、采集终端以及信息通道。当前使用智能电表系统主要是应用在230M负荷管理无线专网以及无线公网两种。电能的数据信息采集终端可以实现数据的及时采集以及主站下发命令的方式进行记录，其功能主要包含交流采样、数据采集以及及时控制等。
2智能电能表的分类
之所以会出现智能电能表在采集系统中数据采集失败，重要的原因就是因为没有对智能电能表进行有效的分类，一视同仁导致问题出现。一旦出现问题，涉及范围非常广泛。（１）本地费控智能电能表本地费控智能电能表通过射频卡、ＣＰＵ 卡等固态的介质实现，可以对用电客户进行开关电闸。客户用电之前先将射频卡或者 ＣＰＵ 卡等固态的介质插入电能表，此时显示器上将显示本次所购得的电量、已用电量以及当前剩余的电量，取下卡后，显示消失。这种电能表经过大量的理论推敲和实践，取得了良好的效果，可以放心的使用。（２）远程费控智能电能表远程费控智能电能表是通过公网、载波等虚拟介质来实现远程售电与控制。用户在用电之前先到供电营业厅购买电量，也可以通过电话、互联网等方式划转费用，自动购电，购买的电量由主站下发到用户的电能表中，电能表运行过程中，主站会自动在所购电量的基础上减去已用的部分。当剩余电量不足时，电能表会以发声、发光的形式进行警告。而当透支过多时，电能表发出断电信号，负荷开关打开，断电。对于智能电能表记采集系统来说，要想从根本上解决失败的原因，就必须在不同的地区以及不同的情况下，使用不同的智能电表。远程费控智能电能表是根据具体情况制定出的新式电能表，具有高效、稳定的特点。在现阶段的发展中，得到了广泛的应用。
3ＲFID 通信技术
ＲFID（Ｒadio Frequency Identification，射频识别）通信技术是一种基于无线通信的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签［10］。ＲFID 系统一般由读写器、发射天线、标签天线、标签芯片等部分组成。图 1 是 ＲFID 通信示意图，读写器通过发射天线发送一定频率（通常为 860MHz ～ 960MHz 之间）的射频信号，在有效读写距离内的标签天线通过电磁耦合接收到读写命令并传给标签芯片，标签芯片运用接收到的能量读取相关数据，并通过天线逆向发送给读写器。读写器再根据收到的数据进行解码，并针对不同的设定做出相应的处理和控制。ＲFID 技术的特点是读取方便快捷，数据容量大，应用范围广，使用寿命长，且通信过程不受空间中的非金属障碍物的影响。
ＲFID 电子标签分为无源与有源两种，无源电子标签广泛应用于物流、仓储等各个领域，在电力行业里，从普通的单相、三相电表到集中器等电力物资的管理，如入库、查验、存储等往往也应用 ＲFID 无源电子标签技术，一些最新设计的计量中心仓储管理系统，已经把其当作必要的管理手段。有源电子标签相比较之下体积较大，安放也不如无源标签方便，但其通信距离远，在车辆定位、大型仓储管理等诸多领域有广泛应用。
4 ＲFID 智能电能表
ＲFID 智能电能表是以普通智能电能表为基础，加入ＲFID 数据通信单元，以实现智能电能表的各项数据通过高频无线信号传输的目的。ＲFID 智能电能表射频通信部分如图 2 所示，ＲFID 通信单元通过 I2C 总线与智能电能表 MCU 相连，实现双向数据通信，ＲFID 通信单元包括 ＲFID 标签芯片与 ＲFID 射频天线，所有设备均放置于电能表壳体内，不改变电能表外部结构。
ＲFID 标签芯片选用英频杰公司的 X － 2K，它是一款符合 Gen2 标准的超高频 ＲFID 有源标签芯片，它工作频率范围为 860 MHz ～ 960 MHz，拥有 2176 bits 的内部存储空间和 1 个 I2C 总线接口。它在有源和无源的条件下均可以实现外部数据的读取，其中，有源状态下该芯片灵敏度为－19.5d Bm，无源状态下灵敏度为－17d Bm。
不同于以往的 ＲFID 有源标签芯片，X－2K 可以通过I2C 总线与智能电能表进行数据通信，将智能电能表中的表号、电量等信息按照实际的需要，每隔一段时间（可以是几秒，也可以是几天）存储到 X－2K 芯片中，当 ＲFID 读写器进行数据采集时，可以直接从 X－2K 芯片中读取数据。这样就避免了因为断电造成的数据无法采集的情况。同时，ＲFID 读写器还可以根据 DL/T 645 协议将指令写入到 X－2K 芯片中，电能表将在通电后每隔固定时间读取并执行相关指令。此外，由于 ＲFID 通信特有的性质，即使电能表放置于箱体中，只要有玻璃板等非金属窗口，即可实现数据采集。
需要特别说明的是，存储在 X－2K 芯片中的数据是经过特别加密的，与 ＲFID 读写器通信时，数据依然保持加密的状态，直到经过授权的设备解密，电量等信息才会被显示，从而保证了用户以及电网的信息安全。
5提高智能电表采集率的有效措施
5.1执行综合性管理计划，提升数据采集率
为了有效的提升智能电表的数据采集率，有必要对管理计划进行综合性的优化。想要有效的提升数据采集成功率，不仅会涉及到较多的施工部门，同时还会使合计到许多的设备供应商以及各种支持性技术，另外还会涉及到一些系统工单处理、检定配送等系列的问题。与此同时，还需要将采集系统的功能进行优化，尤其是对于一些采集器、智能表以及处理集中器等问题，协调移动企业业务以及GPRS卡的管理[2]。在实际的工作中，一方面需要构建采集系统建设小组的方式对智能电表进行综合性管理建立相应的标准，另一方面需要强化统筹每一个部门的工作，进而强化智能电表的采集率。
5.2保障系统每一个环节的连接质量，确保信号顺畅
假设出现不匹配的集中器下行模块的现象而导致集中器无法进行采集，便需要及时与厂家进行联系，并尽快制定并实施相应的问题解决方式[3]。首先，需要让厂家对当前的下行模块进行升级；其次，需要对不匹配的模块进行调整或更换。如果存在集中器与主站之间无法正常连接的现象，则需要保障集中器的制造厂家进行相应的测试，并对集中器的具体通信参数进行适当的调整，并且对集中器进行针对性的升级处理。最后，还需要构建相应的后台维护小组，并抽取能力充足、专业性较强的工作人员，选择在SG186系统用户人数较少的时间段进行更新，并集中分工推动换表的流程。
结束语
将 ＲFID 通信技术与智能电能表结合，电能表中的电量信息可以按照需要，每隔一段时间存储在 ＲFID 芯片内，采集电量等信息时，由于射频信号可以穿透非金属物体，不受空间环境的影响，可直接采集数据，将电量信息从ＲFID 芯片中读取，一次性获取多块电能表信息，不受线路故障和系统断电的影响，显著提高了数据采集效率。
参考文献：
[1]王孟艳.基于信息物联的智能电能表生产数据采集与处理系统研制[D].山东大学，2014.
[2]刘作厚，张明.如何提高山区智能电能表数据采集成功率[J].农村电工，2015，12：39.
[3]陈薇.智能电能表防窃电技术的研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[4]蔡周峰.智能电能表的研究与设计[D].南京理工大学，2013.
[5]郭兴昕，贾军，郭晓艳，纪峰，沈秋英.智能电能表发展历程及应用前景[J].江苏电机工程，2012，01：82-84.
论文作者:王建平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/20
标签：电能表论文; 智能论文; 数据采集论文; 电量论文; 集中器论文; 电表论文; 无源论文; 《电力设备》2017年第21期论文;