CN202102587U - 一种全光用电信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种全光用电信息采集系统，其中：包括用电信息采集主站、以太无源光网络、带光接口的智能电表；用电信息采集主站通过以太无源光网络连接智能电表。所述的以太无源光网络包括光网络单元、光分配网络、光线路单元，光网络单元与光线路单元之间通过光分配网络连接，光网络单元与光分配网络之间、光分配网络与光线路单元之间通过光纤复合低压电缆连接；光网络单元放在户内或者放在楼宇竖井中，通过光纤与智能电表连接；光网络单元通过光分配网络上联至光线路单元，光线路单元放在小区开闭所，通过电力光纤通信网连接至用电信息采集主站。本实用新型实现了高速、高可靠、低成本的数据传输，并支撑后续多种业务功能的开展。
Description
技术领域：
本实用新型涉及电力系统中智能电网用电信息采集技术，尤其涉及一种全光用电信息采集系统。
背景技术：
目前，随着以信息化、互动化、自动化为特征的坚强智能电网建设进程的加快，电网的功能和形态正在发生深刻变革，一场以智能电网为重要标志的新的能源革命正在拉开帷幕。利用现代通信技术、信息技术、营销技术构建智能用电服务体系是智能电网的重要工作之一。依托智能电网和现代管理理念，利用高级计量、高效控制、高速通信等技术，实现市场响应迅速、计量公正准确、数据实时采集、服务高效便捷，构建智能电网与电力用户电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系是智能用电服务体系的主要内容。
用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理等功能。用电信息采集系统是智能用电管理、服务的技术支持系统，为管理信息系统提供及时、完整、准确的基础用电数据。用电信息采集系统在逻辑上分为主站层、通信信道层、采集设备层等3 个层次。其中通信信道层是连接主站和采集设备的纽带，提供可用的有线和无线的通信信道。用电信息采集系统的通信信道又分为远程信道和本地信道。
目前，用电信息采集系统的远程通信通道主要光纤专网，同时包含GPRS/CDMA等无线通信技术。本地通信信道多采用电力线载波，混合485方式。为满足电力用户用电信息采集系统建设的需要，近几年国内已开发出第三代电能表。第三代电能表集成了电能多功能计量、自动采集、预付费、阶梯电价等多方面功能，因此在硬件平台的选择和产品设计上更加注重运行速度、存储空间、功耗等因素；除了以上功能的扩展，在通信接口和性能方面有较大提升，即除原有的RS485接口、载波PLC为基本接口配置，可以选配以太网、微功率无线通信方式。
根据电能表是否具备采集模块，用电信息采集系统有两种实现方式：一种是以太无源光网络EPON+RS485电能表，另一种是以太无源光网络EPON+集中器+采集器+普通电能表。
请参阅图1，是一种以太无源光网络EPON+RS485/RS232电能表的用电信息采集系统结构示意图。该系统包括：用电信息采集主站、光线路单元（OLT）、分光器、光网络单元（ONU）、具备RS485/RS232接口的电能表组成。电能表具有记录相应用户的用电信息功能和通信功能，可以通过RS485通信模块实现与光网络单元RS485接口的直接通信；用电信息采集主站通过以太无源光网络以太无源光网络单元（EPON系统）直接采集电能表的信息。485电能表采集到的用户用电信息以RS485总线方式传输到光网络单元ONU，光网络单元ONU将其下联的电能表信息通过光纤传输方式传送到用电信息采集主站。采用这种采集方式，虽然采集结构简单，由于RS485/RS232通信方式传输速率较低，采集周期过长，只能支持抄表功能，不能满足预付费以及未来开展的分时电价、阶梯电价、双向计量等功能要求。
请参阅图2，是一种以太无源光网络EPON+集中器+采集器+普通电能表的用电信息采集系统结构示意图。该系统包括：用电信息采集主站、光线路单元（OLT）、分光器、光网络单元（ONU）、集中器、采集器、电能表组成。普通电能表用于记录用户的用电信息；采集器连接于普通电能表与集中器之间，用于采集普通电能表上记录的用电信息并传输给集中器；集中器设置于采集器与光网络单元ONU之间，用于采集并存储采集器传输的每个用户的用电信息；用电信息采集主站通过以太无源光网络以太无源光网络单元（EPON系统）采集集中器上的用户用电信息。对用户的用电信息进行采集时，采集器以485方式采集普通电能表上记录的相应用户的用电信息，并以宽带载波通信方式传输给集中器，集中器采集并存储由采集器传送的用户用电信息，通过光纤方式传输给用电信息采集主站。采用这种采集方式，集中器到集中器之间以电力线宽带载波方式通信，宽带载波方式高频信号衰减较快、可靠性较差，不适合长距离传输，并且集中器到电能表之间采用485方式，采集周期过长，不能对未来开展的分时电价、阶梯电价、双向计量等功能提供足够的支持。
第三代电能表技术距智能电网建设要求还存在很大的差距，主要体现在电表网络及通信协议功能简单、通信接口速率很低，嵌入式通信技术不成熟，难以满足双向互动、分布式电源接入、需求响应等智能用电需求。现有的电能表主要记录用户所消耗的电能，不能够接收电网实时电价等信息，尚无节电管理等功能。而智能电网下的智能电能表还需具备以下功能：①支持分布式能源用户的接入；② 具备阶梯电价、预付费及远程通断电功能，支持智能需求侧管理；③ 可以实时监测电网运行状态、电能质量和环境参量，支持智能用电用能服务；④ 具备异常用电状况在线监测、诊断、报警及智能化处理功能，满足计量装置故障处理和在线监测的需求；⑤ 配备专用安全加密模块，保障电能表信息安全储存、运算和传输。
上述功能的实现伴随着大量业务数据和实时互动数据的流动，要求智能电表应当具备更高通信数据的通信协议和通信接口，采用一体化通信平台技术，屏蔽通信方式和通信协议的差异，集中管理各类通信信道和终端，满足继承和发展的要求。满足上述需求的第四代智能电表应当将光接口作为基本接口配置，同时选配以太网和RS-485接口，现有的用电信息采集系统难以完全满足第四代智能电表和智能电网海量实施数据采集和传输的需求。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种全光用电信息采集系统,信息传输速率高、采集周期短、系统稳定性好，能够实现与用户的双向互动，为开展分时电价、阶梯电价、双向计量等业务功能提供支持。
一种全光用电信息采集系统，其中：包括用电信息采集主站、以太无源光网络、带光接口的智能电表；用电信息采集主站通过以太无源光网络连接智能电表。
所述的全光用电信息采集系统，其中：所述的以太无源光网络包括光网络单元、光分配网络、光线路单元，光网络单元与光线路单元之间通过光分配网络连接，光网络单元与光分配网络之间、光分配网络与光线路单元之间通过光纤复合低压电缆连接；光网络单元放在户内或者放在楼宇竖井中，智能电表与光网络单元之间通过皮线光缆或配线光缆进行连接；光网络单元通过光分配网络上联至光线路单元，光线路单元放在小区开闭所，通过电力光纤通信网连接至用电信息采集主站。
所述的全光用电信息采集系统，其中：光线路单元与用电信息采集主站之间采用电力光纤通信网连接。
本实用新型采用上述技术方案后将达到如下的技术效果：
本实用新型的全光用电信息采集系统，从用电信息采集主站到智能电表之间全部采用了光纤通讯方式，利用以太无源光网络的光纤通信技术高带宽、大流量、分时复用以及受外界影响小的特点，对用户的用电信息进行此采集，不仅解决了传统通信方式传输速率低、采集周期长、系统稳定性差等问题，而且光纤提供的高带宽和高速率能够实现与用户的双向互动，为开展分时电价、阶梯电价、双向计量等业务功能提供支持。同时，能够满足分布式电源以及电动汽车充电设施管理和应用等业务功能大流量、高可靠、低成本的传输要求，并且可以利用剩余带宽开展其他业务功能；此外，本实用新型的全光用电信息采集系统，不需要昂贵的光交换设备，并且结构简练，在保证数据传输高效、稳定的同时，降低了制造和安装成本，更适宜大面积推广应用。综上，本实用新型的全光用电信息采集系统，实现了高速、高可靠、低成本的数据传输，并支撑后续多种业务功能的开展。
附图说明：
图1为现有技术中以太无源光网络+RS485电能表方式的用电信息采集系统结构框图；
图2为现有技术中以太无源光网络+集中器+采集器+普通电能表的用电信息采集系统结构框图；
图3为本实用新型全光用电信息采集系统的结构框图。
具体实施方式：
本实用新型的一种全光用电信息采集系统，如图3所示, 一种全光用电信息采集系统，其中：包括用电信息采集主站、以太无源光网络（EPON）、带光接口的智能电表；用电信息采集主站通过以太无源光网络连接智能电表；所述的以太无源光网络包括光网络单元（ONU）、光分配网络（ODN）、光线路单元（OLT），光网络单元与光线路单元之间通过光分配网络连接，光网络单元与光分配网络之间、光分配网络与光线路单元之间通过光纤复合低压电缆(OPLC)连接；光网络单元放在户内或者放在楼宇竖井中，智能电表与光网络单元之间通过皮线光缆或配线光缆进行连接；光网络单元通过光分配网络上联至光线路单元，光线路单元放在小区开闭所，通过电力光纤通信网连接至用电信息采集主站。所述光线路单元与用电信息采集主站之间采用电力光纤通信网连接。
其中，智能电表记录用户的用电信息，智能电表通过其光接口直接与以太无源光网络中光网络单元ONU的光接口连接，将用电信息以光纤方式（具体的光纤可采用皮线光缆或配线光缆）传输到光网络单元ONU，光纤通讯的数据传输速率和采集周期均远远优于传统电力线载波、485通信等方式；以太无源光网络单元（EPON）以光纤传输方式，将用电信息传输到用电信息采集主站，实现用电信息采集主站对智能电表的直接采集，确保了数据传输的安全性和可靠性。以太无源光网络单元（EPON）的光纤通信方式带宽高，可以利用剩余带宽服务于其他业务功能，降低光纤到表的建设成本，实现低成本的数据传输。
本实用新型的全光用电信息采集系统，主要实现以下几个目的：
1、适应电力系统未来智能表计、集成光接口智能电表的建设、推广和通信的需求；
2、解决用电信息采集系统数据的高速、高可靠、低成本传输问题，有效地屏蔽了通信方式和通信协议的差异，为分时电价、阶梯电价、双向计量等功能提供支持，实现与用户的双向实时互动；
3、解决智能电网配用电环节多种业务功能对高带宽的需求问题，支撑分布式能源、电动汽车充电设施的管理和应用；
4、分布式电源的应用将改变传统用户侧电能计量的方式，需要增加具备直流计量、双向计量等功能的智能电能表，掌握更为全面和准确的电能信息，满足不同时段不同结算电价的计量计费新要求。
本实用新型的一种全光用电信息采集系统，在本地信道中采用基于光纤复合低压电缆（OPLC）和以太无源光网络（EPON）技术，实现光纤到楼、到户、到电表。由于以太无源光网络（EPON）使用无源光分配网络ODN实现光路分离，其作用是为光线路单元OLT和光网络单元ONU之间提供光传输通道，不需要昂贵的光交换设备，以较低成本实现点到多点广播式光通信，实现高效率的数据传输，并且EPON利用以太网技术可直接承载IP业务，实现智能电网环境下的双向实时互动业务。
当采用1:64分光比情况下，1.25G 的以太无源光网络（EPON）中每个光网络单元ONU传输速率最高可达19.5Mbps，如果每块智能电表分配2Mbps的带宽，则全光用电信息采集系统中上行光线路单元OLT（1.25Gbps）可以支持625个智能电表，并且可以在1秒内全部完成采集任务。当10G以太无源光网络（EPON）技术成熟时，目前的以太无源光网络还能更有效地适应新环境下业务的开展，甚至实现1:256大分光比，能够支持更多的智能电表。
本实用新型技术方案从采集主站到用户电能表的全部通信信道均采用光纤作为传输介质，以光纤方式实现数据传输。
同时，本实用新型全光用电信息采集系统的用电信息采集过程，包括以下步骤：
1、智能电表记录用户的用电信息；
2、用电信息采集主站通过以太无源光网络单元（EPON）构建的光纤网络直接采集智能电表记录的用户用电信息；
3、用电信息采集主站可通过以太无源光网络单元（EPON系统）构建的光纤网络直接向智能电表发送分时电价信息和互动业务信息；
本实用新型技术方案，从用电信息采集主站到智能电表全部采用了光纤通讯方式，利用光纤通信技术高带宽、大流量、分时复用以及受外界影响小的特点，对用户的用电信息进行采集，不仅解决了传统通信方式传输速率低、采集周期长、系统稳定性差等问题，而且光纤提供的高带宽和高速率能够实现与用户的双向互动，为开展分时电价、阶梯电价、双向计量等业务功能提供支持。同时，能够满足分布式电源以及电动汽车充电设施管理和应用等业务功能大流量、高可靠、低成本的传输要求，并且可以利用剩余带宽开展其他业务功能。
Claims (2)
1.一种全光用电信息采集系统，其特征在于：包括用电信息采集主站、以太无源光网络、带光接口的智能电表；用电信息采集主站通过以太无源光网络连接智能电表。
2.如权利要求1所述的全光用电信息采集系统，其特征在于：所述的以太无源光网络包括光网络单元、光分配网络、光线路单元，光网络单元与光线路单元之间通过光分配网络连接，光网络单元与光分配网络之间、光分配网络与光线路单元之间通过光纤复合低压电缆连接；光网络单元放在户内或者放在楼宇竖井中，智能电表与光网络单元之间通过皮线光缆或配线光缆进行连接；光网络单元通过光分配网络上联至光线路单元，光线路单元放在小区开闭所，通过电力光纤通信网连接至用电信息采集主站。
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