CN109709391B - 一种带有高速载波通讯模块的智能电表及其通信系统 - Google Patents
一种带有高速载波通讯模块的智能电表及其通信系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带有高速载波通讯模块的智能电表及其通信系统，包括电表本体及位于电表本体内部的计量模块、高速载波通讯模块、数字孪生映对模块、智能网关；计量模块用于采集电量信号并生成电量本像数据；数字孪生映对模块连接在智能网关与高速载波通讯模块之间；本发明在原先通过PLC网络将抄表数据传输到AMI服务器的基础上增加了网络收集数据的渠道，两种数据传输方式使得数据的传输更加准确，有效地避免了原有数据传输因外界因素导致中断的问题；同时，使用的数字孪生映对模块能够有效地提高电量数据传输的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及通讯系统技术领域，具体涉及一种带有高速载波通讯模块的智能电表及其通信系统。
背景技术
智能电网就是电网的智能化(智电电力)，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和保护用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。随着我国智能电网建设步伐不断加进，各种自动抄表系统也逐步取代了传统的人工抄表方式。
而电力线载波通信模块已经在低压集中抄表领域逐步得到推广和普及，其已经成为了电能量集抄的主要通信方式。但是由于其数据信号收集的单一性，在一些特殊的地区依据无法实现自动抄表；另外，去采集到的数据由于单一的传输渠道，在进行传输数据的过程中，系统的通讯一旦发生意外，必然会出现数据传输中断的问题。同时，用户在使用现有的智能电表时，由于现有的智能电表基本都是先购买后充值使用的方式，常常会因为对用电数据掌握不及时或者购买电量余量无法掌握，忘记充电卡导致无余电可用的现象。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明一方面提供了一种带有高速载波通讯模块的智能电表，另一方面提供了一种带有高速载波通讯模块的智能电表的通信系统。
本发明的设计方案为：一种带有高速载波通讯模块的智能电表，包括电表本体及位于电表本体内部的计量模块、高速载波通讯模块、数字孪生映对模块、智能网关；
电表本体的显示屏上设有实时电价显示单元和用电量显示单元；能够方便用户更加了解用电的数据情况；
所述计量模块用于采集电量信号并生成电量本像数据；
所述高速载波通讯模块包括CPU模块、整流模块、滤波模块；所述CPU模块与所述整流模块通过所述滤波模块连接；所述CPU模块能够连接到可编程逻辑控制器网络标准的相关局域网端口上；通过CPU模块来对电表数据信息进行简单的整合后，再通过整流模块将数据进行调制并通过电线进行输出，传输至AMI服务器；具体为通过非标准PLC网络收集抄表数据，将抄表数据传输到AMI服务器，并通过标准PLC网络收集、存储和传输抄表数据的采集和传输；
所述数字孪生映对模块连接在所述智能网关与所述高速载波通讯模块之间；数字孪生映对模块包括镜像数据生成单元、孪生数据融合单元、智能运算处理单元、图形生成单元、云数据存储单元；
所述镜像数据生成单元用于将高速载波通讯模块传输过来的电量本像数据进行镜像复制，生成电量镜像数据；
所述孪生数据融合单元一方面用于将所述电量本像数据和电量镜像数据进行融合，得到正向电量融合数据，通过电量本像数据和电量镜像数据融合后得到的正向电量融合数据相较于单一的电量本像数据，误差率更小，尤其适用于干扰环境较为严重的场合，并且融合后的电量数据具有更高的传输稳定性；另一方面用于将总控终端发出的实时电价数据和用电量数据经智能网关传送过来后进行融合，得到反向电量融合数据；
所述智能运算处理单元一方面用于对所述正向电量融合数据进行一致性验证，得到电量孪生数据，所述电量孪生数据通过所述智能网关传送至总控终端；另一方面对所述反向电量融合数据进行多源清洗，，可以提高多重数据的合并兼容性，最终得到用户历史用电量动态数据才具有更高的可信度；
所述图形生成单元用于将所述用户历史用电量动态数据生成用电量曲线图，并且将实时电价数据信息和用电量数据信息分别展示在实时电价显示单元和用电量显示单元；此处的用电量显示单元可分为每周、每月、每季度、每年等多个模式，方便用于查看；
所述云数据存储单元用于同步存储各类数据，并通过所述智能网关将电表数据信息及所述用电量曲线图无线发送至用户手机；帮助用户更加清晰的掌握各自电表的用电情况。
本发明还提供了一种带有高速载波通讯模块的智能电表的通信系统，所述通信系统搭载于高速载波通讯模块上，通信系统包括数据集中器和AMI服务器；所述数据集中器与智能电表连接，并将电表数据信息传输至所述AMI服务器。
进一步地，所述数据集中器和AMI服务器之间的连接方式支持本地有线和无线通信，具体为直流电源线通信或者ZigBee；通过直流电源线通信或者ZigBee进行无线通信，能够满足AMI服务器进行远程服务，更加便捷的接受各种数据和实现命令的传输通信。
进一步地，所述通信系统包括还包括PLC调制解调器；所述数据集中器通过所述PLC调制解调器与智能电表连接；通过PLC调制解调器能够有效地实现通过普通家庭电力线传输网络IP数字信号，有效地增加了通信系统的应用范围。
进一步地，所述AMI服务器上设置有可编程逻辑控制器网络端口和广域网端口；所述可编程逻辑控制器网络端口用于将标准网络收集的数据传输到AMI服务器上，所述广域网端口接收现有数据集中器并将数据集中器接收的智能电表的数据信息传输到AMI服务器；两种端口实现了智能连接装置和非标PLC网络互通，能够选择性的对区域网络选择。
进一步地，所述广域网端口通过标准的PLC网络、存储和管理智能电表，或者通过网络交换机、无线网络连接装置来控制所述智能网关；通过区域有线、无线实现对电表数据的接收和管理，有效地扩展了传输功能，解决了通信传输单一性的问题。
进一步地，所述通信系统还包括软件平台，所述软件平台用于加载唯一协议并收集和处理所述智能电表读数数据，以及允许应用程序独立于操作系统和硬件、智能网关执行的软件平台；建立独立的电表通信连接的软件平台，利用平台能够进行软件开发，开发的软件可以作为基本的计量应用进行开发，它是一个可以安装、删除由应用管理系统作为应用程序进行编辑和更新，具有应用程序、需求响应应用程序和能源监测系统应用程序等多种功能；能够有助于电力部门对智能电表及电表系统的硬件进行管理，并且能够有效地保证智能电表采集到的数据的安全性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结合现有的数据集中器，通过在智能电表上增加高速载波通讯模块和智能网关，在原先通过PLC网络将抄表数据传输到AMI服务器的基础上增加了网络收集数据的渠道，两种数据传输方式使得数据的传输更加准确，有效地避免了原有数据传输因外界因素导致中断的问题；另外，由于新的网关与AMI服务器网络连接结合了原有铺设的数据集中器将数据传输至上层AMI服务器，致使数据的收集、存储、传输均可分开进行，可实现智能电表在由原有的收集数据的同时可同时传递数据，使得数据传输更加高效；同时，使用的数字孪生映对模块能够有效地提高电量数据传输的稳定性；利用智能网关将电表数据信息及所述用电量曲线图无线发送至用户手机，能适使得帮助用户更加清晰的掌握电表的用电情况。
附图说明
图1是本发明的模块框图；
图2是本发明应用例的用电量动态数据生成用电量曲线图。
具体实施方式
实施例：如图1所示的一种带有高速载波通讯模块的智能电表，包括电表本体及位于电表本体内部的计量模块、高速载波通讯模块、数字孪生映对模块、智能网关；
电表本体的显示屏上设有实时电价显示单元和用电量显示单元；
计量模块用于采集电量信号并生成电量本像数据；计量模块具体采用RN8209C多功能防窃电交、直流单相计量芯片；
高速载波通讯模块包括CPU模块、整流模块、滤波模块；CPU模块与整流模块通过滤波模块连接；CPU模块能够连接到可编程逻辑控制器网络标准的相关局域网端口上；CPU模块具体采用XT1000系列芯片组；整流模块用于将数据进行调制并通过电线进行输出，具体采用BG整流模块；滤波模块具体为前端设置信号放大芯片的波导带通滤波器；
数字孪生映对模块连接在智能网关与高速载波通讯模块之间；数字孪生映对模块包括镜像数据生成单元、孪生数据融合单元、智能运算处理单元、图形生成单元、云数据存储单元；
镜像数据生成单元用于将高速载波通讯模块传输过来的电量本像数据进行镜像复制，生成电量镜像数据；
孪生数据融合单元一方面用于将电量本像数据和电量镜像数据进行融合，得到正向电量融合数据，通过电量本像数据和电量镜像数据融合后得到的正向电量融合数据相较于单一的电量本像数据，误差率更小，尤其适用于干扰环境较为严重的场合，并且融合后的电量数据具有更高的传输稳定性；另一方面用于将总控终端发出的实时电价数据和用电量数据经智能网关传送过来后进行融合，得到反向电量融合数据；
智能运算处理单元一方面用于对正向电量融合数据进行一致性验证，得到电量孪生数据，电量孪生数据通过智能网关传送至总控终端；另一方面对反向电量融合数据进行多源清洗，，可以提高多重数据的合并兼容性，最终得到用户历史用电量动态数据才具有更高的可信度；
图形生成单元用于将用户历史用电量动态数据生成用电量曲线图，并且将实时电价数据信息和用电量数据信息分别展示在实时电价显示单元和用电量显示单元；此处的用电量显示单元可分每月，方便用于查看；
云数据存储单元用于同步存储各类数据，并通过智能网关将电表数据信息及用电量曲线图无线发送至用户手机，智能网关与用户手机通过TCP/IP协议通讯网络通讯连接，帮助用户更加清晰的掌握各自电表的用电情况。
本实施例还提供了一种带有高速载波通讯模块的智能电表的通信系统，通信系统搭载于高速载波通讯模块上，通信系统包括数据集中器和AMI服务器；数据集中器与智能电表连接，并将电表数据信息传输至AMI服务器；
数据集中器和AMI服务器之间的连接方式支持本地有线和无线通信，具体为直流电源线通信或者ZigBee；
通信系统包括还包括PLC调制解调器；数据集中器通过PLC调制解调器与智能电表连接；
AMI服务器上设置有可编程逻辑控制器网络端口和广域网端口；可编程逻辑控制器网络端口用于将标准网络收集的数据传输到AMI服务器上，广域网端口接收现有数据集中器并将数据集中器接收的智能电表的数据信息传输到AMI服务器；广域网端口能够通过标准的PLC网络、存储和管理智能电表，或者通过网络交换机、无线网络连接装置来控制智能网关。
其中，通信系统还包括软件平台，软件平台用于加载唯一协议并收集和处理智能电表读数数据，以及允许应用程序独立于操作系统和硬件、智能网关执行的软件平台。
应用例：以夏季5-10月份某市小区用户A装载本发明的智能电表进行测试：
夏季用电量标准为：第一档电量为每户每月0-260千瓦时的用电量，其电价不作调整，为每千瓦时0.68元；第二档电量为每户每月261-600千瓦时的用电量，其电价每千瓦时加价0.05元；第三档电量为每户每月601千瓦时以上的用电量，其电价每千瓦时加价0.30元。其中，实时电价数据信息展示在实时电价显示单元，用电量数据信息分别展示在用电量显示单元。
已知用户A在5-10月份用电量及电费情况如表1所示：
5-10月份的历史用电量动态数据生成用电量曲线图如图2所示，该电量曲线图通过智能网关无线发送至用户手机。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种带有高速载波通讯模块的智能电表，其特征在于，包括电表本体及位于电表本体内部的计量模块、高速载波通讯模块、数字孪生映对模块、智能网关；
电表本体的显示屏上设有实时电价显示单元和用电量显示单元；
所述计量模块用于采集电量信号并生成电量本像数据；
所述高速载波通讯模块包括CPU模块、整流模块、滤波模块；所述CPU模块与所述整流模块通过所述滤波模块连接，CPU模块用于对所述本像数据进行优化处理；所述CPU模块能够连接到可编程逻辑控制器网络标准的相关局域网端口；
所述数字孪生映对模块连接在所述智能网关与所述高速载波通讯模块之间；数字孪生映对模块包括镜像数据生成单元、孪生数据融合单元、智能运算处理单元、图形生成单元、云数据存储单元；
所述镜像数据生成单元用于将高速载波通讯模块传输过来的电量本像数据进行镜像复制，生成电量镜像数据；
所述孪生数据融合单元一方面用于将所述电量本像数据和电量镜像数据进行融合，得到正向电量融合数据；另一方面用于将总控终端发出的实时电价数据和用电量数据经智能网关传送过来后进行融合，得到反向电量融合数据；
所述智能运算处理单元一方面用于对所述正向电量融合数据进行一致性验证，得到电量孪生数据，所述电量孪生数据通过所述智能网关传送至总控终端；另一方面对所述反向电量融合数据进行多源清洗，得到用户历史用电量动态数据；
所述图形生成单元用于将所述用户历史用电量动态数据生成用电量曲线图，并且将实时电价数据信息和用电量数据信息分别展示在实时电价显示单元和用电量显示单元；
所述云数据存储单元用于同步存储各类数据，并通过所述智能网关将电表数据信息及所述用电量曲线图无线发送至用户手机；
所述高速载波通讯模块能够被通信系统搭载；所述通信系统包括数据集中器和AMI服务器；所述数据集中器与智能电表连接，并将电表数据信息传输至所述AMI服务器；所述数据集中器和AMI服务器之间的连接方式支持本地有线和无线通信，具体为直流电源线通信或者ZigBee；所述通信系统包括还包括PLC调制解调器；所述数据集中器通过所述PLC调制解调器与智能电表连接；所述数据集中器和AMI服务器之间支持本地有线和无线通信。
2.根据权利要求1所述的一种带有高速载波通讯模块的智能电表，其特征在于，所述AMI服务器上设置有可编程逻辑控制器网络端口和广域网端口；所述可编程逻辑控制器网络端口用于将标准网络收集的数据传输到AMI服务器上，所述广域网端口接收现有数据集中器并将数据集中器接收的智能电表的数据信息传输到AMI服务器。
3.根据权利要求2所述的一种带有高速载波通讯模块的智能电表，其特征在于，所述广域网端口通过标准的PLC网络存储和管理智能电表，或者通过网络交换机、无线网络连接装置来控制所述智能网关。
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