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电、水、气、热表一体化采集技术解决方案V0.6


电、水、气、热表一体化采集 技术解决方案

深圳市国电科技通信有限公司 2015 年 4 月

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目录
前言...................................................................................................

........................................ 3 1 全载波四表抄收方案........................................................................................................... 4 1.1 系统结构.................................................................................................................... 4 1.2 方案说明.................................................................................................................... 5 2 半载波四表抄收方案(推荐) ........................................................................................... 6 2.1 系统结构.................................................................................................................... 6 2.2 方案说明.................................................................................................................... 6 3 全微功率四表抄收方案 ....................................................................................................... 8 3.1 系统结构.................................................................................................................... 8 3.2 方案说明.................................................................................................................... 9 4 半微功率四表抄收方案 ..................................................................................................... 10 4.1 系统结构.................................................................................................................. 10 4.2 方案说明.................................................................................................................. 11 5 II 型集中器采集方案 ........................................................................................................... 12 5.1 系统结构.................................................................................................................. 12 5.2 方案说明.................................................................................................................. 13 6 互动网关四表抄收技术方案 ............................................................................................. 14 6.1 系统结构.................................................................................................................. 14 6.2 方案说明.................................................................................................................. 15 7 总结..................................................................................................................................... 17

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前言
国家电网公司于 2015 年 4 月 1 日组织召开了“电、水、气、热表一体化采 集应用工作研讨会”。 会议指出充分利用公司采集系统覆盖面广等先发优势,加 快推进四表抄收工作。 建议推动政府出台新建小区表计安装相关的标准,开展四 表抄收相关技术方案、通信规约、主站标设等的统一研究,引导水、气、热公司 借鉴、采用新技术标准。 会议要求近期工作重点放在为水、气、热公司提供数据服务和通信信道共享 上。建议与水、气、热公司交流国网公司在采集系统建设上的经验和成效,持续 提供试点工程的数据服务, 提升他们对数据的依赖性。采集通道资源共享将大幅 减少水、气、热公司自建采集系统的成本等优势。 根据本次会议要求,结合国家电网公司各单位用电信息采集系统架构现状, 提供如下 6 种四表抄收技术解决方案:全载波四表抄收方案、半载波四表抄收方 案、全微功率四表抄收方案、半微功率四表抄收方案、II 型集中器四表抄收方 案、互动网关四表抄收方案。

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1 全载波四表抄收方案
对于采用全载波方式的台区, 通过本技术方案利用现有用电信息采集系统实 现四表抄收。

1.1 系统结构

主站 GPRS

I型集中器 窄带/宽带载波

载波/微功率 双模模块 智能电能表 微功率 智能电能表

载波/微功率 双模模块

微功率

水表

气表

热表

水表

气表

热表

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1.2 方案说明
1. 本方案改造方式为:将智能电能表中的模块更换为载波/微功率双模通信模 块;在水表,气表以及热表中内置微功率无线通信模块;用电信息采集系统 其它设备不做改动。 2. 新装采集设备功能 ? 双模模块:安装在智能电能表中,同时具有电力线载波通信与微功率无线通 信双模通信功能。其中载波通信与改造前原有载波通信方案一致,微功率无 线通信采用国网标准的互联互通方案。 ? 微功率无线水表、气表、热表: ? 加装微功率无线通信模块的水表、气表、热表,满足表计计量功能。微功 率无线通信模块采用国家电网企业标准-《电力用户用电信息采集系统通 信协议:基于微功率无线通信的数据传输协议》 ,支持国网内用电信息采 集系统的互联互通。 ? 采用内置电池进行供电,电池容量设计应满足模块正常工作至少 5 年。 ? 微功率采集模块可按设定周期(8 小时)采集相应表计的数据信息。 3. 数据传输方式:水表,气表,热表中的微功率模块按设定周期(8 小时)自 动唤醒并采集仪表中的数据;电能表通过载波/微功率双模通信模块将接收 到的数据通过 PLC 上传至集中器; 用电信息采集系统采集方式不变。 一旦水、 气、热表中的微功率无线模块出现故障,应将具体故障信息主动上报。故障 问题包含但不限于:模块硬件故障、表计计量故障、通信故障、异常问题告 警等。 4. 对现有采集系统的影响 ? 将原有采集系统中的电能表模块更换为载波/微功率双模模块,对现有 用电信息采集结构无影响,不改变用电信息采集系统的通信方式,同 时实现四表抄收。 ? 表计安装集中的区域只需在其中一只电能表中安装通信模块,该微功 率/载波双模模块至少具备无线抄收 32 块仪表的处理能力。表计安装 分散的区域按电表逐一改造,以达到四表成功抄收的要求为准。
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2 半载波四表抄收方案(推荐)
对于采用半载波方式的台区, 通过本技术方案利用现有用电信息采集系统实 现四表抄收。

2.1 系统结构

主站 GPRS

I型集中器 窄带载波 宽带载波

双模采集器 RS-485 微功率


智能电能表 水表


气表


热表



2.2 方案说明
1. 本方案改造方式:将 I 型采集器更换为载波/微功率双模采集器;在水表, 气表以及热表中内置微功率无线通信模块;用电信息采集系统其它设备不做 改动。
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2. 新装采集设备功能 ? 载波/微功率双模采集器:同时具有载波通信与微功率无线通信双模通信功 能。其中载波通信与改造前原有载波通信方案一致,微功率无线通信采用国 网标准互联互通方案。双模采集器性能要求优于现有 I 型采集器。 ? 微功率水表、气表、热表: ? 加装微功率无线通信模块的水表、气表、热表,满足表计计量功能。微功 率无线通信模块采用国家电网企业标准-《电力用户用电信息采集系统通 信协议:基于微功率无线通信的数据传输协议》 ,支持国网内用电信息采 集系统的互联互通。 ? 采用内置电池进行供电,为了满足基本功耗要求,电池容量设计应满足模 块正常工作至少 5 年。 ? 微功率无线采集模块可按设定周期(8 小时)采集相应表计的数据信息。 3. 数据传输方式: 电能表通过原有 RS485 通信方式与采集器通信; 水表, 气表, 热表中的微功率模块按设定周期(8 小时)自动唤醒并采集仪表中的数据, 通过微功率无线方式直接与双模采集器进行通信;双模采集器通过 PLC 将数 据传输至集中器。一旦水、气、热表中的微功率无线模块出现故障,应将具 体故障信息主动上报。故障问题包含但不限于:模块硬件故障、表计计量故 障、通信故障、异常问题告警等。 4. 对现有采集系统的影响 将原有采集系统中的 I 型采集器更换为载波/微功率双模采集器,对现有用 电信息采集结构无影响, 不改变用电信息采集系统的通信方式,同时实现四表抄 收。

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3 全微功率四表抄收方案
对于数据采集全部采用微功率方式的台区, 通过本技术方案利用现有用电信 息采集系统实现四表抄收。

3.1 系统结构

主站 GPRS

I型集中器

微功率(专用信道)

智能电能表 微功率

智能电能表 微功率

水表

气表

热表

水表

气表

热表

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3.2 方案说明
1. 本方案改造方式:在水表,气表以及热表中内置微功率无线通信模块;用电 信息采集系统其它设备不做改动。 2. 新装采集设备功能 ? 微功率水表、气表、热表: ? 加装微功率无线通信模块的水表、气表、热表,满足表计计量功能。微 功率无线通信模块采用国家电网企业标准-《电力用户用电信息采集系 统通信协议:基于微功率无线通信的数据传输协议》 ,支持国网内用电 信息采集系统的互联互通。 ? 采用内置电池进行供电,电池容量设计应满足模块正常工作至少 5 年。 ? 微功率采集模块可按设定周期(8 小时)采集相应表计的数据信息。 ? 智能电能表微功率无线通信模块 微功率无线通信模块采用国家电网企业标准-《电力用户用电信息采集系统 通信协议:基于微功率无线通信的数据传输协议》 ,支持国网内用电信息采集系 统的互联互通。工作频率:471Mhz-486Mhz,共 32 个信道组,按照 GFSK 调频调 制方式对上行通信通道与下行通信通道进行频率规划,避免冲突和干扰。 3. 数据传输方式:水表,气表,热表中的微功率模块按设定周期(8 小时)自 动唤醒,采集仪表中的数据;电能表通过微功率通信模块将接收到的数据上 传至集中器;用电信息采集系统采集方式不变。为保证通信质量,电能表与 集中器之间通过一定数量的专用信道进行通信。一旦水、热、气表中的微功 率无线模块出现故障, 应将具体故障信息主动上报。 故障问题包含但不限于: 模块硬件故障、表计计量故障、通信故障、异常问题告警等。 4. 对现有采集系统的影响 ? 对现有用电信息采集结构无影响,不改变用电信息采集系统的通信方 式。 ? 由于集中器与电能表,水表,燃气表,热能表通信均采用微功率无线 方式,为保证用电信息采集系统的通信质量,电能表中微功率无线模 块应对通信通道进行频率规划,避免冲突和干扰。
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4 半微功率四表抄收方案
对于 485 电能表采用微功率方式进行数据采集的台区, 通过本技术方案利用 现有用电信息采集系统实现四表抄收。

4.1 系统结构

主站 GPRS

I型集中器 微功率(专用信道)

I型采集器 RS-485 微功率


智能电能表 水表


气表


热表



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4.2 方案说明
1. 本方案改造方式:在水表,气表以及热表中安装微功率无线通信模块。采集 系统其它设备不做改动。 2. 新装采集设备功能 ? 微功率水表、气表、热表: ? 加装微功率无线通信模块的水表、气表、热表,满足表计计量功能。微功 率无线通信模块采用国家电网企业标准, 支持国网内用电信息采集系统的 互联互通。 ? 采用内置电池进行供电,满足基本功耗要求,电池容量设计应满足模块正 常工作至少 5 年。 ? 微功率采集模块可按设定周期(8 小时)采集相应表计的数据信息。 ? I 型采集器微功率无线通信模块 微功率无线通信模块采用国家电网企业标准-《电力用户用电信息采集系统 通信协议:基于微功率无线通信的数据传输协议》 ,支持国网内用电信息采集系 统的互联互通。工作频率:471Mhz-486Mhz,共 32 个信道组,按照 GFSK 调频调 制方式对上行通信通道与下行通信通道进行频率规划,避免冲突和干扰。 3. 数据传输方式:电能表数据通过 485 通信与采集器进行传输;水表,气表, 热表中的微功率模块按设定周期(8 小时)自动唤醒并采集仪表中的数据, 通过微功率无线信道将数据上传至 I 型采集器中;I 型采集器通过微功率通 信模块将接收到的数据上传至集中器;用电信息采集系统采集方式不变。为 保证通信质量,电能表与集中器之间通过一定数量的专用信道进行通信。一 旦水、 气、 热表中的微功率无线模块出现故障, 应将具体故障信息主动上报。 故障问题包含但不限于:模块硬件故障、表计计量故障、通信故障、异常问 题告警等。 4. 对现有采集系统的影响 ? 对现有用电信息采集结构无影响,不改变用电信息采集系统的通信方 式。 ? 由于 I 型采集器与集中器、水表、燃气表、热能表通信均采用微功率 无线方式,为保证用电信息采集系统的通信质量,I 型采集器中微功率
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无线模块应对通信通道进行频率规划,避免冲突和干扰。

5II 型集中器采集方案
对于采用 II 型集中器进行数据采集的台区,通过本技术方案利用现有用电 信息采集系统实现四表抄收。

5.1 系统结构

主站 GPRS

II型集中器 RS-485(1) RS-485(2)

I型采集器 微功率


智能电能表 水表


气表


热表



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5.2 方案说明
1. 本方案改造方式:在 II 型集中器下加装微功率无线 I 型采集器;在水表、 气表以及热表中安装微功率无线通信模块。采集系统其它设备不做改动。 2. 新装采集设备功能 ? 微功率无线 I 型采集器:下行采用微功率无线通信采集水表、气表、热表数 据,上行通过 485 与 II 型集中器连接。微功率无线通信模块采用国家电网 企业标准-《电力用户用电信息采集系统通信协议:基于微功率无线通信的 数据传输协议》 ,支持国网内用电信息采集系统的互联互通。 ? 微功率水表、气表、热表: ? 加装微功率无线通信模块的水表、气表、热表,满足表计计量功能。微功 率无线通信模块应满足国网互联互通要求。 ? 采用内置电池进行供电,电池容量设计应满足模块正常工作至少 5 年。 ? 微功率采集模块可按设定周期(8 小时)采集相应表计的数据信息。 3. 数据传输方式:电能表通过原有 RS485(1)与 II 型集中器进行传输;水表, 气表,热表中的微功率模块按设定周期(8 小时)自动唤醒并采集仪表中的 数据,通过微功率无线信道将数据上传至微功率无线 I 型采集器中;II 型集 中器根据设定周期通过 RS485(2)与微功率无线 I 型采集器通信,进行数据采 集。一旦水、气、热表中的微功率无线模块出现故障,应将具体故障信息主 动上报。 故障问题包含但不限于: 模块硬件故障、 表计计量故障、 通信故障、 异常问题告警等。 4. 对现有采集系统的影响 ? 对现有用电信息采集结构无影响,不改变用电信息采集系统的通信方 式,同时实现四表抄收。 ? 加装微功率无线模块的 I 型采集器, 占用了 II 型集中器用于采集的 485 接口,减少了接入电能表的数量。后续应用过程中,需要根据实际情 况,增加 II 型集中器的数量以达到理想抄收效果。

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6 互动网关四表抄收技术方案 6.1 系统结构

主站

GPRS

集中器 宽带载波 微功率 载波/微功率 双模模块 智能电能表 宽带载波

家庭A 户 外 水表 微功率 热表

互动网关

家庭B

互动网关

宽带载波

II型采集器 M-BUS/ RS-485

II型采集器 M-BUS/ RS-485

II型采集器 M-BUS/ RS-485

水表

气表

热表

水表

气表

热表

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6.2 方案说明
本方案主要是针对水、热,气三表内置微功率无线通信模块,互动网关通过 宽带载波通信或微功率无线通信方式实现水、热、气三表数据的数据抄收,再通 过用电信息采集系统通道上传到主站系统,从而实现水、热、气、电四表数据的 集中采集,既能满足水、电、气、热各单位对各表数据的采集,又能满足家庭用 户对用能数据的基本查询需求。同时,本方案适用于户内或户外环境。 采集设备功能及描述: ? 内置微功率采集模块水、气、热三表:使用内置电池供电,自身可实 现模拟量转化为数字量,微功率采集模块可按设定周期采集相应表计 的数据信息并进行存储,并可响应家庭互动网关的数据交互指令。采 用内置电池进行供电,为了满足基本功耗要求,电池容量设计应满足 模块正常工作至少 5 年。 ? 内置宽带载波采集模块水、气、热三表:具有 M-BUS 接口或者 RS485 接口的表,使用内置电池供电,自身可实现模拟量转化为数字量,微 功率采集模块可按设定周期采集相应表计的数据信息并进行存储,并 可响应家庭互动网关的数据交互指令。通过 M-BUS 或者 RS485 总线转 电力线载波 II 型采集终端,实现有线向载波通信方式的转换。采用内 置电池进行供电,为了满足基本功耗要求,电池容量设计应满足模块 正常工作至少 5 年。 ? 互动网关:作为家庭网络互联和数据收集的核心设备,通过宽带载波 通信方式和微功率无线通信方式实现对水、气、热、电表的数据采集 和本地存储, 同时可以通过 WiFi 单元与家庭移动互联设备 (手机、 IPAD 等)进行数据交互。 ? II 型集中器:集中器通过微功率无线通信方式采集智能电能表的信息 数据,并且通过智能电能表的微功率模块将水、气、热三表数据采集 指令下发到家庭智能网关,家庭智能网关响应集中器的三表采集指令, 将水、气、热三表对应的数据通过智能电能表的微功率无线模块发送 给集中器。 集中器将水、 电、 气、 热四表的数据通过移动公网通道 (GPRS 或 CDMA)上传到用电信息采集系统,从而实现四表抄收。
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? 内置双模采集模块智能电能表:作为国网用电信息采集系统的关键组 网设备,既可以响应集中器的采集电表的指令,又可以把集中器抄收 水,气,热三表的指令透明转发给家庭互动网关,从而实现四表集抄 通道的组网。 ? 载波/微功率双模模块:同时具有载波通信与微功率无线通信双模通信 功能。其中载波通信与改造前原有载波通信方案一致,微功率无线通 信采用国网标准微功率无线通信方案。 无线信号受外界环境影响较大,抄收成功率不稳定,互动用户体验差,因此 推荐采用宽带载波通信方式实现与互动网关的数据传输。

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7 总结
基于上述不同方式的解决方案可以解决省公司多种方式用电信息采集设备 覆盖四表抄收的问题。半载波四表抄收技术解决方案相比全载波、全微功率、半 微功率、II 型集中器、互动网关四表抄收方案有如下优点: ? 采集器与集中器中使用宽带载波,同时抄收多表数据,传输速度快,减少 抄收时间,保证数据的实时性。 ? 载波/微功率双模采集器具有宽带载波与微功率双通信通道,在不改变现 有用电信息采集系统结构前提下,实现四表抄收。同时双模采集器具有外 置天线,保证微功率无线通信信号质量,提升采集成功率。 ? 双模采集器直接与水、热、气表进行通信缩短了通信节点层级,提高采集 效率;将水热气表与电能表分开传输,增加采集可靠性。 ? 该方案对现有采集系统改造规模最小, 与更换电能表模块相比, 工程量小, 节省工程施工成本与物料成本。 综合以上几种四表抄收方案,从经济性,可操作性,方案可靠性,支持终端 数量等几方面进行比较,半载波四表抄收方案更适合覆盖新建区域。

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