一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力信息化領(lǐng)域，涉及家庭用戶用電信息采集系統(tǒng)及方法，尤其是一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息數(shù)據(jù)采集并通過廣電雙向網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用戶用電信息采集系統(tǒng)是通過對終端用戶的用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)用電監(jiān)控、推行階梯定價、負(fù)荷管理、線損分析，最終達(dá)到自動抄表、錯峰用電、用電檢查(防竊電)、負(fù)荷預(yù)測和節(jié)約用電成本等目的。
[0003]隨著用電管理水平的不斷提高，人工抄表已經(jīng)不能滿足人們的需要，遠(yuǎn)程自動抄表逐漸取代人工抄表，解決了人工抄表誤差大、工作量大的問題。
[0004]目前，以自動化、信息化、互動化為特征的堅強智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程的加快，電網(wǎng)的功能和形態(tài)正在發(fā)生深刻變革，一場以智能電網(wǎng)為重要標(biāo)志的新的能源革命正在拉開帷幕。利用現(xiàn)代通信技術(shù)、信息技術(shù)、營銷技術(shù)構(gòu)建智能用電服務(wù)體系是智能電網(wǎng)的重要工作之一。依托智能電網(wǎng)和現(xiàn)代管理理念，利用高級計量、高效控制、高速通信等技術(shù)，實現(xiàn)市場響應(yīng)迅速、計量公正準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)實時采集、服務(wù)高效便捷，構(gòu)建智能電網(wǎng)與電力用戶電力流、信息流、業(yè)務(wù)流實時互動的新型供用電關(guān)系是智能用電服務(wù)體系的主要內(nèi)容。
[0005]隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用電信息采集系統(tǒng)。用電信息采集系統(tǒng)是對電力用戶的用電信息進(jìn)行采集、處理和實時監(jiān)控的系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的自動采集、計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能。用電信息采集系統(tǒng)是智能用電管理、服務(wù)的技術(shù)支持系統(tǒng)，為管理信息系統(tǒng)提供及時、完整、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)用電數(shù)據(jù)。
[0006]用電信息采集系統(tǒng)在邏輯上分為主站層、通信信道層、采集設(shè)備層等3個層次。用電信息采集系統(tǒng)(亦稱遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng))，一般由電能表、采集器、集中器、通信信道、主站管理系統(tǒng)組成。就通信信道而言，分為遠(yuǎn)程通信(主站與集中器之間)和本地通信(集中器與數(shù)量龐大的采集器或電能表之間)。目前，用電信息采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信通道主要為光纖專網(wǎng)/230MHz專網(wǎng)，同時包含GPRS/CDMA/PSTN/ADSL等無線/有線通信技術(shù)；本地通信信道多采用電力線載波/RS-485/微功無線方式。
[0007]在“主站+集中器+采集器+普通電能表”的用電信息采集系統(tǒng)中，普通電能表用于記錄用戶的用電信息；采集器連接于普通電能表與集中器之間，用于采集普通電能表上記錄的用電信息并傳輸給集中器；集中器設(shè)置于采集器與主站之間，用于采集并存儲采集器傳輸?shù)拿總€用戶的用電信息；主站通過集中器采集用戶用電信息。
[0008]當(dāng)前的用電信息采集系統(tǒng)采用4元3級結(jié)構(gòu)(主站+集中器+采集器+電表，用電信息數(shù)據(jù)從電表一采集器一集中器一主站)，距智能電網(wǎng)建設(shè)要求還存在很大的差距。主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電表網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備采用的通信協(xié)議多樣化，但功能卻簡單、通信接口速率很低，難以滿足分布式接入、雙向互動、需求響應(yīng)迅速等智能用電信息采集需求，不能接收電網(wǎng)實時電價等信息，尚無節(jié)電管理功能等。
[0009]尤其表現(xiàn)在從集中器到采集器或電能表的“最后一英里”的本地通信成為技術(shù)的瓶頸，主要原因在于“最后一英里”面臨數(shù)量大、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜(有時甚至相當(dāng)惡劣)、通信媒介質(zhì)量低、成本壓力大等一系列難題?，F(xiàn)有的用電信息采集系統(tǒng)中，由于本地組網(wǎng)的多樣化，分站的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而造成整個采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]針對用電信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜化、通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)多樣化，本發(fā)明采用扁平化設(shè)計，基于家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建“全I(xiàn)P化”的用電信息采集系統(tǒng)，用“智能電表+家庭網(wǎng)關(guān)+主站”的3元2級解決方案替換傳統(tǒng)的“智能電表+采集器+集中器+主站” 4元3級解決方案，簡化了已有的用電信息采集架構(gòu)模式。
[0011]本發(fā)明基于家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建“全I(xiàn)P化”的用電信息采集系統(tǒng)，方便快速組網(wǎng)。解決傳統(tǒng)的用電信息采集分散化、孤立化，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等難題。
[0012]本發(fā)明中，家庭網(wǎng)關(guān)集成了用電信息采集模塊及EOC功能模塊；將采集到的PLC數(shù)據(jù)或微功無線數(shù)據(jù)(ZigBee/WIFI/UWB)或485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)(IP格式)數(shù)據(jù)；通過廣電網(wǎng)絡(luò)或電力專網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)或電信網(wǎng)絡(luò)傳送到電力主站。建議采用已經(jīng)入戶的廣電網(wǎng)絡(luò)同軸電纜傳輸，減少重新布線，節(jié)約成本。
[0013]主站按照電力管理的需要，將IP地址或MAC地址加入不同的分組或管理域，完成數(shù)據(jù)的集抄、分析、統(tǒng)計、業(yè)務(wù)推送等業(yè)務(wù)，引導(dǎo)小區(qū)和居民用戶合理用電、避峰填谷，高效使用電能，提供便民服務(wù)。
[0014]基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)，主站到智能電能表之間采用家庭網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)“全I(xiàn)P化”網(wǎng)絡(luò)通訊方式，利用以太網(wǎng)出口高帶寬、大流量的特點，對用戶端智能電能表的用電信息進(jìn)行采集，很好滿足了用電環(huán)節(jié)互動化業(yè)務(wù)高速率、高可靠、低成本的數(shù)據(jù)傳輸要求，為互動化業(yè)務(wù)的開展提供了支撐。
[0015]本發(fā)明基于家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建“全I(xiàn)P化”的用電信息采集系統(tǒng)，能夠幫助用戶通過多種媒介(智能手機、平板電腦、筆記本電腦等多種設(shè)備)訪問電力信息網(wǎng)，方便用戶用電信息、電價信息查詢及電力部門的用電管理等。
[0016]優(yōu)選方案:將采集模塊和以太網(wǎng)模塊(設(shè)計時下移)內(nèi)置于智能電表中，智能電表與家庭網(wǎng)關(guān)之間、家庭網(wǎng)關(guān)與主站之間直接傳輸IP數(shù)據(jù)包，則效率會更高。
[0017]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案為:
一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括:智能電表、家庭網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程主站組成。其特征是該家庭網(wǎng)關(guān)集成了用電信息采集模塊和EOC功能模塊，采集方法為:主站下發(fā)采集指令經(jīng)家庭網(wǎng)關(guān)至智能電表，智能電表將采集數(shù)據(jù)上傳至家庭網(wǎng)關(guān)采集模塊，將PLC數(shù)據(jù)或微功無線(ZigBee/WIFI/UWB)數(shù)據(jù)或485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)(IP格式)數(shù)據(jù)，經(jīng)EOC模塊轉(zhuǎn)換為同軸信號，經(jīng)廣電HFC網(wǎng)絡(luò)或電力專網(wǎng)或移動網(wǎng)絡(luò)或電信網(wǎng)絡(luò)傳送傳至電力主站服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)采集、分析。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為:
本系統(tǒng)及方法采用扁平化設(shè)計，基于家庭網(wǎng)關(guān)構(gòu)建“全I(xiàn)P化”(TCP/IP協(xié)議)的用電信息采集系統(tǒng)，用“智能電表+家庭網(wǎng)關(guān)+主站”替換傳統(tǒng)(現(xiàn)有)的“智能電表+采集器+集中器+主站”解決方案，簡化了采集架構(gòu)，解決了采集標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等難題，方便快速組網(wǎng)。采用已經(jīng)入戶的廣電網(wǎng)(HFC網(wǎng)絡(luò))傳輸，減少了重新布線，節(jié)約了成本?！盎诩彝ゾW(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)”，為家庭用水、用氣(天然氣)的信息采集、智慧家庭網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(遠(yuǎn)程家電控制)等提供共性平臺，為網(wǎng)銀繳費或雙向互動服務(wù)提供支持。
[0019]基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)及方法集計算機、電子、通信、自動化及用電技術(shù)于一體，具有抄收速度快、計算精度高、抄表同時性好、可直接與營業(yè)計算機聯(lián)網(wǎng)等特點。該系統(tǒng)與方法可以緩解抄表人員的勞動強度，降低人為因素造成的抄表誤差，并能迅速地統(tǒng)計臺區(qū)低壓實時用電信息。
[0020]基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)及方法，不僅能夠方便廣大用戶，提高供電企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，樹立供電企業(yè)的良好形象，而且能夠?qū)崿F(xiàn)供電企業(yè)的減員增效，降低用電成本，加強用電管理，達(dá)到節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的目的。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)的組成示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明一種具有用電信息采集功能的家庭網(wǎng)關(guān)模塊圖。
[0023]圖3是本發(fā)明一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電數(shù)據(jù)采集時序圖。
[0024]圖4是本發(fā)明一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集傳輸?shù)膸袷綀D。
[0025]圖5是本發(fā)明一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集控制碼的格式圖。
[0026]圖6是本發(fā)明一種基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0028]系統(tǒng)組成(參見附圖1):本系統(tǒng)采用扁平化設(shè)計，采用“智能電表+家庭網(wǎng)關(guān)+主站”完成家庭用電信息采集任務(wù)，替換了傳統(tǒng)的“智能電表+采集器+集中器+主站”的用電信息采集架構(gòu)模式，減少了用電信息采集環(huán)節(jié)，效率更高。通過在家庭網(wǎng)關(guān)增加采集模塊，完成數(shù)據(jù)采集功能，尤其是將采集到的數(shù)據(jù)通過EOC模塊轉(zhuǎn)換為同軸電纜能夠傳輸?shù)男盘?，利用家庭已有的廣播(數(shù)字雙向)電視網(wǎng)絡(luò)或電力光纖專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)約了資源，提高了傳輸速率。
[0029]具有用電信息采集功能的家庭網(wǎng)關(guān)組成(參見附圖2):家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置采集模塊和EOC模塊，家庭網(wǎng)關(guān)和智能電表之間通過電力載波(PLC)通信或者微功率無線通信(ZigBee/WIFI/UWB)或者RS-485總線傳到家庭網(wǎng)關(guān)，家庭網(wǎng)關(guān)對采集的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、緩存、轉(zhuǎn)換、封包為IP數(shù)據(jù)格式，調(diào)制為模擬信號通過廣電網(wǎng)絡(luò)傳送到電力網(wǎng)絡(luò)主站，或者通過電力光纖專網(wǎng)/移動網(wǎng)絡(luò)/電信網(wǎng)絡(luò)傳送到電力網(wǎng)絡(luò)主站。
[0030]系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)流向(參見附圖3):家庭網(wǎng)關(guān)啟動/復(fù)位后主動向電力主站服務(wù)器發(fā)起注冊，主站服務(wù)器將家庭網(wǎng)關(guān)的IP地址或MAC地址存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。隨后主站服務(wù)器向家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)起采集命令，家庭網(wǎng)關(guān)接到采集命令后，通過家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)置的采集模塊下發(fā)采集命令給智能電表，智能電表接到采集命令后將用電信息數(shù)據(jù)上傳給家庭網(wǎng)關(guān)，家庭網(wǎng)關(guān)將預(yù)處理、標(biāo)準(zhǔn)化后的IP數(shù)據(jù)經(jīng)廣電網(wǎng)絡(luò)(或光纖專網(wǎng)/移動網(wǎng)絡(luò)/電信網(wǎng)絡(luò))上傳到主站完成數(shù)據(jù)分析。
[0031]通信方式(數(shù)據(jù)鏈路層) 基于家庭網(wǎng)關(guān)的用電信息采集系統(tǒng)采用主-從結(jié)構(gòu)的通信方式。主站服務(wù)器和家庭網(wǎng)關(guān)之間的通信，主站服務(wù)器為主站，家庭網(wǎng)關(guān)為從站；家庭網(wǎng)關(guān)和智能電表之間通信時，家庭網(wǎng)關(guān)為主站，智能電