CN109150244B - 基于宽带电力载波的停上电上报采集电能表及上报方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于宽带电力载波的停上电上报采集电能表及上报方法，电能表包括：载波芯片、控制器、存储器、电源电路、RS485接口电路、红外接口、馈网电路，通过系统初始化，馈电网络接收载波通信传输来的基础数据，进行误差补偿，载波通讯过程，在数据传输计量过程中，当有电网潮流或电网潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至主站系统，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量。

Description

基于宽带电力载波的停上电上报采集电能表及上报方法

技术领域

本发明涉及电网宽带电力载波技术领域，特别涉及一种基于宽带电力载波技术的停上电事件上报采集电能表及上报方法。

背景技术

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的能源，电能计量是电力系统的重要功能，而如何进行及时有效的停电管理，成为需要深入研究的问题。停电管理系统在国外已经进行相应研究，将停电管理系统与智能电表系统进行贯通。在派遣工作人员赴现场处理故障前，利用智能电表和停电管理系统数据综合分析判断故障地点、性质、范围，实现快速解决。

但目前停电事件上报通过采集设备上报，在采集设备上电后才能进行上报，存在着延时等情况。为了充分发挥用电信息采集系统的深化应用及降低电网运营成本，全面支撑配网运营管理和提升供电服务水平，进一步提高停电故障研判和现场抢修效率，本发明结合集中器—智能电表的拓扑关系，精准定位停电所属用户范围，可以实现用户电表潮涌情况下停电事件的及时上报，进一步深化了采集系统的应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于宽带电力载波技术的停上电事件上报采集电能表及上报方法，从而克服现有技术的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于宽带电力载波的停上电上报采集电能表，包括通过主板与控制器连接的载波芯片、存储器、电源电路、RS485接口电路、红外接口，以及与载波芯片、电源电路连接的馈网电路；

馈网电路，接收载波通信信号，反馈给载波芯片；

载波芯片，将接收到的载波信号，传递给控制器；

存储器，用于存储有计算机可执行指令；

控制器，其与所述存储器耦合，当其接收到载波芯片传递的信号决定，执行所述指令时，所述指令用于所述控制器执行以下操作：

1)系统初始化，通过控制器调取存储器中的控制程序对电能表馈电网络中的各电路模块、载波芯片、控制器、、电源电路进行初始化；控制器对载波芯片、红外接口、RS485接口的电路进行通信检验，发送第一消息，上位机对所述第一消息进行解码，并判断是否成功解码所述第一消息；根据是否成功解码第一消息的结果，向控制中心或在电能表上发出警示或开始下一步骤；

2)馈网电路接收载波芯片传输来的基础数据，并通过馈网电路中的模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片；基础数据中的电能表相关参数用于后续流程中误差补偿计算数据处理过程；

3)进行误差补偿，存储器内还存储有负荷特征曲线，误差补偿流程根据设定的频率特性曲线对普通家用电器的用电情况进行定时累计储存，当误差超过限定值即进行一次对应的误差补偿；

4)载波通讯过程，为保证接收端以及发送端保持数据同步，载波置为发送状态后，由上位机向电能表发送第二消息，由所述电能表对所述第二消息进行解码，并判断是否成功解码所述第二消息；根据是否成功解码第二消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或进行数据传输；只有显示第二消息解码成功后，才能开始接收数据，并通过查询载波通讯状态寄存器状态来判断本次数据接收是否有效，最终完成数据接过程并进行相应的数据处理；

5)在数据传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量；

控制器与RS485接口电路、红外接口连接，用于进行信号的传递；

电源电路连接馈网电路、载波芯片、控制器、RS485接口电路为上述芯片和电路提供电能。

优选的技术方案是，馈网电路包括电压检测模块、电流检测模块、模拟信号调理模块、A/D转换模块，电压检测模块、电流检测模块与模拟信号调理模块连接，电压检测模块和电流检测模块用于检测线路的载波通信信号，并通过模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片。

一种基于宽带电力载波的停上电上报方法，所述方法包括：

1)系统初始化，通过控制器调取存储器中的控制程序对电能表馈电网络中的各电路模块、载波芯片、控制器、电源电路进行初始化；控制器对载波芯片、红外接口、RS485接口电路进行通信检验，发送第一消息，上位机对所述第一消息进行解码，并判断是否成功解码所述第一消息；根据是否成功解码第一消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或开始下一步骤；

2)馈电网络接收载波通信传输来的基础数据，并通过模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片；基础数据中的电能表相关参数用于后续流程中误差补偿计算数据处理过程；

3)进行误差补偿，存储器内还存储有普通家用电器用电性能的频率特性曲线，误差补偿流程根据设定的频率特性曲线对普通家用电器的用电情况进行定时累计储存，当误差超过限定值即进行一次对应的误差补偿；

4)载波通讯过程，为保证接收端以及发送端保持数据同步，载波置为发送状态后，由上位机向电能表发送第二消息，由所述电能表对所述第二消息进行解码，并判断是否成功解码所述第二消息；根据是否成功解码第二消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或进行数据传输；只有显示第二消息解码成功后，才能开始接收数据，并通过查询载波通讯状态、寄存器状态来判断本次数据接收是否有效，最终完成数据接过程并进行相应的数据处理；

5)在数据传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量。

优选地，上述技术方案中，所述第二消息中包含的比特数小于所述第一消息中包含的比特数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明利用宽带电力载波技术，支持电力线载波远程抄读，红外方式本地抄读数据，传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量。

附图说明

图1是本发明电能表的电路原理图；

图2是本发明电能表中馈网电路框图；

图3是本发明上报方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

宽带载波通信，是电力载波通信(Power Line Communication，PLC)的一种，其频率为2MHz～30MHz之间，通信速率1Mbit/s以上，物理层速率最大为200Mbit/s，TCP/IP层速率可达80Mbit/s以上。最近几年，低压电力线宽带通信技术得到了迅速的发展，在用电信息采集方面也有了大量的应用。

宽带OFDM调制技术，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，即正交频分复用技术，是MCM Multi-CarrierModulation多载波调制的一种，是20世纪70年代，韦斯坦(Weistein)和艾伯特(Ebert)等人应用离散傅里叶变换(DFT)和快速傅里叶方法(FFT)研制出的一个完整的多载波传输系统。OFDM采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送，其原理是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。OFDM技术由MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)发展而来。OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。

如图1所示，本发明提供了本发明提供了一种基于宽带电力载波的停上电事件上报采集电能表，包括通过主板与控制器连接的载波芯片、载波芯片、存储器、电源电路、RS485接口电路、红外接口、馈网电路，馈网电路，接收载波通信信号，反馈给载波芯片；载波芯片，将接收到的信号，传递给控制器；存储器，所述存储器中存储有计算机可执行指令；控制器，其与所述存储器耦合，当其接收到载波芯片传递的信号决定，执行所述指令时，所述指令能够使所述控制器执行以下操作：

1)系统初始化，对电能表馈网电路中的各电路模块、载波芯片、控制器、工作电源等进行初始化；控制器对载波芯片、红外接口、RS485接口电路进行通信检验，发送第一消息，上位机对所述第一消息进行解码，并判断是否成功解码所述第一消息；根据是否成功解码第一消息的结果，向控制中心或在电能表上发出警示或开始下一步骤；

2)馈网电路接收载波芯片传输来的基础数据，并通过)馈网电路中的模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片；其中电能表相关参数用于后续流程中误差补偿计算等数据处理过程；

3)进行误差补偿，电能表内的存储器还存储有普通家用电器用电性能的频率特性曲线，误差补偿流程根据设定的频率特性曲线对普通家用电器的用电情况进行定时累计储存，当误差超过限定值即进行一次对应的误差补偿；

4)载波通讯过程，为保证接收端以及发送端保持数据同步，载波芯片处于发送状态后，由上位机向电能表发送第二消息，由所述电能表对所述第二消息进行解码，并判断是否成功解码所述第二消息；根据是否成功解码第二消息的结果，向控制中心或在电能表上发出警示或进行数据传输；只有显示第二消息解码成功后，才能开始接收数据，并通过查询载波通讯状态寄存器状态来判断本次数据接收是否有效，最终完成数据接过程并进行相应的数据处理；

5)在数据传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量；控制器与RS485接口电路、红外接口连接，用于进行信号的传递；电源电路连接馈网电路、载波芯片、控制器、RS485接口电路为上述芯片和电路提供电能。

如图2所示，在上述技术方案中，馈网电路包括电压检测模块、电流检测模块、模拟信号调理模块、A/D转换模块，电压检测模块、电流检测模块与模拟信号调理模块连接，电压检测模块和电流检测模块用于检测线路的载波通信信号，并通过模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片。

如图3所示，本发明还提供一种基于宽带电力载波技术的停上电事件上报方法：

步骤1：系统初始化，通过控制器调取存储器中的控制程序对电能表馈电网络中的各电路模块、载波芯片、控制器、工作电源等进行初始化；控制器对载波芯片、红外接口、RS485接口电路进行通信检验，发送第一消息，上位机对所述第一消息进行解码，并判断是否成功解码所述第一消息；根据是否成功解码第一消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或开始下一步骤；

步骤2：馈网电路接收载波芯片传输来的基础数据，并通过模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片；其中电能表相关参数用于后续流程中误差补偿计算等数据处理过程；

步骤3：进行误差补偿，电能表内的存储器存储有普通家用电器用电性能的频率特性曲线，误差补偿流程根据设定的频率特性曲线对普通家用电器的用电情况进行定时累计储存，当误差超过限定值即进行一次对应的误差补偿；

步骤4：载波通讯过程，为保证接收端以及发送端保持数据同步，载波芯片处于发送状态后，由上位机向电能表发送第二消息，由所述电能表对所述第二消息进行解码，并判断是否成功解码所述第二消息；根据是否成功解码第二消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或进行数据传输；只有显示第二消息解码成功后，才能开始接收数据，并通过查询载波通讯状态寄存器状态来判断本次数据接收是否有效，最终完成数据接过程并进行相应的数据处理；

步骤5：在数据传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量。

在上述技术方案中，所述第二消息中包含的比特数小于所述第一消息中包含的比特数。

结合本发明描述的各种模块和电路可以用被设计为执行本发明所描述的功能的通用处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者分立门或晶体管逻辑电路、分立硬件组件或其任何组合来实现。通用处理器可以是微处理器，处理器可以是任何商业上可得到的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器可以负责管理总线和一般处理，包括执行存储在机器可读介质上的软件。处理器可以用一个或多个通用和/或专用处理器实现。无论被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其他，软件应被宽泛地解释为意指指令、数据或其任何组合。作为示例，机器可读介质可以包括RAM、闪存、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、寄存器、磁盘、光盘或其任何组合。在硬件实现中，机器可读介质可以是与处理器分离的处理系统的一部分。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种基于宽带电力载波的停上电上报采集电能表，其特征在于：包括通过主板与控制器连接的载波芯片、存储器、电源电路、RS485接口电路、红外接口，以及与载波芯片、电源电路连接的馈网电路；

馈网电路，接收载波通信信号，反馈给载波芯片；

载波芯片，将接收到的载波信号，传递给控制器；

存储器，用于存储有计算机可执行指令；

控制器，其与所述存储器耦合，当其接收到载波芯片传递的信号决定，执行所述指令时，所述指令用于所述控制器执行以下操作：

1) 系统初始化，通过控制器调取存储器中的控制程序对电能表馈电网络中的各电路模块、载波芯片、控制器、电源电路进行初始化；控制器对载波芯片、红外接口、RS485接口的电路进行通信检验，发送第一消息，上位机对所述第一消息进行解码，并判断是否成功解码所述第一消息；根据是否成功解码第一消息的结果，向控制中心或在电能表上发出警示或开始下一步骤；

2)馈网电路接收载波芯片传输来的基础数据，并通过馈网电路中的模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片；基础数据中的电能表相关参数用于后续流程中误差补偿计算数据处理过程；

3)进行误差补偿，存储器内还存储有负荷特征曲线，误差补偿流程根据设定的频率特性曲线对普通家用电器的用电情况进行定时累计储存，当误差超过限定值即进行一次对应的误差补偿；

4)载波通讯过程，为保证接收端以及发送端保持数据同步，载波置为发送状态后，由上位机向电能表发送第二消息，由所述电能表对所述第二消息进行解码，并判断是否成功解码所述第二消息；根据是否成功解码第二消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或进行数据传输；只有显示第二消息解码成功后，才能开始接收数据，并通过查询载波通讯状态寄存器状态来判断本次数据接收是否有效，最终完成数据接过程并进行相应的数据处理；

5）在数据传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量；

控制器与RS485接口电路、红外接口连接，用于进行信号的传递；

电源电路连接馈网电路、载波芯片、控制器、RS485接口电路为上述芯片和电路提供电能。

2.如权利要求1所述的电能表，其特征在于：馈网电路包括电压检测模块、电流检测模块、模拟信号调理模块、A/D转换模块，电压检测模块、电流检测模块与模拟信号调理模块连接，电压检测模块和电流检测模块用于检测线路的载波通信信号，并通过模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片。

3.一种基于宽带电力载波的停上电上报方法，其特征在于：所述方法包括：

1) 系统初始化，通过控制器调取存储器中的控制程序对电能表馈电网络中的各电路模块、载波芯片、控制器、电源电路进行初始化；控制器对载波芯片、红外接口、RS485接口电路进行通信检验，发送第一消息，上位机对所述第一消息进行解码，并判断是否成功解码所述第一消息；根据是否成功解码第一消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或开始下一步骤；

2)馈电网络接收载波通信传输来的基础数据，并通过模拟信号调理模块进行信号处理后，通过A/D转换模块转换为数字信息并反馈给载波芯片；基础数据中的电能表相关参数用于后续流程中误差补偿计算数据处理过程；

3)进行误差补偿，存储器内还存储有普通家用电器用电性能的频率特性曲线，误差补偿流程根据设定的频率特性曲线对普通家用电器的用电情况进行定时累计储存，当误差超过限定值即进行一次对应的误差补偿；

4)载波通讯过程，为保证接收端以及发送端保持数据同步，载波置为发送状态后，由上位机向电能表发送第二消息，由所述电能表对所述第二消息进行解码，并判断是否成功解码所述第二消息；根据是否成功解码第二消息的结果，向上位机或在电能表上发出警示或进行数据传输；只有显示第二消息解码成功后，才能开始接收数据，并通过查询载波通讯状态、寄存器状态来判断本次数据接收是否有效，最终完成数据接过程并进行相应的数据处理；

5）在数据传输计量过程中，当有穿越潮流或穿越潮流消失时，生成事件，并通过电能表上送至上位机，同时，参与电量平衡的电能表瞬时冻结，实现准确计量。

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