專利名稱：一種用電信息采集系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于先進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電力線通信技術(shù)的用電信息采集技術(shù)，用于解決居民小區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定數(shù)據(jù)采集和可靠通信問題。
背景技術(shù)：
用電信息采集是電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)，為實(shí)現(xiàn)用電能效分析、合理用電、電費(fèi)激勵(lì)政策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，該業(yè)務(wù)主要通過電力線通信技術(shù)和無線公網(wǎng)(GPRS、CDMA 等)通信方式實(shí)現(xiàn)。電力線通信技術(shù)包括窄帶電力線通信和寬帶電力線通信兩種。窄帶電力線通信技術(shù)是指載波信號(hào)頻率范圍< 500kHz的低壓電力線載波通信技術(shù)，具有帶寬低、雙向傳輸、 適應(yīng)性好、抗干擾性弱等特點(diǎn)，適用于電能表安裝位置較分散、布線困難、用電負(fù)載變化較小的臺(tái)區(qū)。寬帶電力線通信技術(shù)是指載波信號(hào)頻率范圍> IMHz的低壓電力線載波通信技術(shù)，具有帶寬高，數(shù)據(jù)容量大，雙向傳輸、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于用戶電能表安裝較為集中的臺(tái)區(qū)。以GPRS為主的無線公網(wǎng)通信方式在用電信息采集業(yè)務(wù)中應(yīng)用也較為普遍，依靠無線通信模塊將采集的用電信息通過無線公網(wǎng)上傳。在用電信息采集業(yè)務(wù)中單獨(dú)采用以上傳統(tǒng)通信方式有如下缺點(diǎn)如單獨(dú)采用電力線通信技術(shù)，采集終端通常布放在表箱內(nèi)，電能表與采集終端之間通過RS-485線纜相連并通信，由于表箱內(nèi)布線空間有限，導(dǎo)致布線困難且雜亂，線纜接頭易松動(dòng)；公網(wǎng)通信設(shè)置語音數(shù)據(jù)具有優(yōu)先權(quán)，GPRS等數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性無法得到保證，數(shù)據(jù)上傳帶寬也極為有限。此外，由于信號(hào)覆蓋因素，通信模塊或終端的安裝位置受到極大程度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上問題，本發(fā)明提出了一種用電信息采集系統(tǒng)及方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用電信息采集系統(tǒng)，包括電表、采集終端和采集網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述電表為具有無線傳感模塊的智能電表；所述采集終端具有無線傳感模塊，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從智能電表采集用電信息，并通過寬帶電力線將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)；所述采集網(wǎng)關(guān)通過寬帶電力線接收用電信息。優(yōu)選地，將現(xiàn)有的電表更換為具有無線傳感模塊的智能電表，或者通過在現(xiàn)有電表中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述智能電表。優(yōu)選地，將現(xiàn)有的采集終端更換為具有無線傳感模塊的所述采集終端，或者通過在現(xiàn)有采集終端中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述采集終端。優(yōu)選地，外置無線傳感模塊的方式為在現(xiàn)有的電表或采集終端上安裝微型低功耗無線傳感器。優(yōu)選地，所述采集網(wǎng)關(guān)將用電信息匯集、處理、存儲(chǔ)并上傳至主站。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用電信息采集方法，用于從用電信息采集系統(tǒng)采集用電信息，所述用電信息采集系統(tǒng)包括電表、采集終端和采集網(wǎng)關(guān)，其特征在于由具有無線傳感模塊的采集終端通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從具有無線傳感模塊的智能電表采集用電信息；通過寬帶電力線將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)。優(yōu)選地，具有無線傳感模塊的智能電表是通過以下方式實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有的電表更換為具有無線傳感模塊的智能電表，或者通過在現(xiàn)有電表中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述智能電表。優(yōu)選地，具有無線傳感模塊的采集終端是通過以下方式實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有的采集終端更換為具有無線傳感模塊的所述采集終端，或者通過在現(xiàn)有采集終端中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述采集終端。優(yōu)選地，外置無線傳感模塊是通過以下方式實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的電表或采集終端上安裝微型低功耗無線傳感器。優(yōu)選地，將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)之后，還包括由所述采集網(wǎng)關(guān)將用電信息匯集、處理、存儲(chǔ)并上傳至主站。本發(fā)明提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)與寬帶電力線通信(BPLC)相結(jié)合的用電信息采集系統(tǒng)。針對(duì)用電信息采集系統(tǒng)通信鏈路特點(diǎn)，分段采取WSN和BPLC通信技術(shù)，即智能電表的用電信息采集以及智能電表與采集終端之間的通信采用WSN技術(shù)，以避免繁復(fù)布線，并且近距離確保WSN通信穩(wěn)定性；采集終端與采集網(wǎng)關(guān)之間的通信，即穿透表箱和建筑墻面采用BPLC技術(shù)。本發(fā)明中用戶信息傳輸速率高、采集周期短、可靠性高、工程實(shí)施維護(hù)難度小、實(shí)用性好。通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出本發(fā)明實(shí)施例中基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與寬帶電力線通信的用電信息采集方法流程圖。圖2示出本發(fā)明實(shí)施例中基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與寬帶電力線通信的用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明
4及其應(yīng)用或使用的任何限制。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。圖1示出本發(fā)明實(shí)施例中基于WSN與寬帶電力線通信的用電信息采集方法流程圖，用電信息采集方法用于從用電信息采集系統(tǒng)采集用電信息。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中用電信息采集系統(tǒng)，其包括電表、采集終端和采集網(wǎng)關(guān)。下面將結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)描述本發(fā)明。首先，在圖1的步驟101中，由具有無線傳感模塊的采集終端通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從具有無線傳感模塊的智能電表采集用電信息，用電信息包括電表示數(shù)、電壓、電流、功率因素等信息。將現(xiàn)有的電表更換為具有無線傳感模塊的智能電表，或者在現(xiàn)有電表中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為智能電表。其中，外置無線傳感模塊可以是在電表或采集終端上安裝微型低功耗無線傳感器。將現(xiàn)有的采集終端更換為具有無線傳感模塊的所述采集終端，或者通過在現(xiàn)有采集終端中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述采集終端。采集終端根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和需要安裝在表箱內(nèi)、樓層或樓宇單元，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)同一表箱、同一樓層、同一樓宇單元或者同一樓宇的居民用戶及非居民用戶的所有智能電表用電信息進(jìn)行采集。由于通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，因此可以避免繁復(fù)布線，并且近距離確保WSN通信穩(wěn)定性。接著，在圖1的步驟102中，所述采集終端通過寬帶電力線將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)。利用已有BPLC(寬帶電力線通信)作為通信介質(zhì)并穿透表箱、建筑結(jié)構(gòu)，所述建筑結(jié)構(gòu)例如建筑墻面。采集網(wǎng)關(guān)將用電信息經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換和調(diào)制轉(zhuǎn)化為寬帶電力線載波信號(hào)，經(jīng)電力線通信耦合模塊(未示出)耦合到配電網(wǎng)絡(luò)表箱入線上。電力線通信耦合模塊設(shè)置在WSN/BPLC 采集網(wǎng)關(guān)中，其是電力線載波通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，用于耦合載波電壓和電流，能夠從電力線上接收信號(hào)，還能夠以電壓或者電流的形式向電力線輸出信號(hào)，并且在發(fā)送和接收狀態(tài)下具有不同的阻抗，可以使電力載波的調(diào)制解調(diào)器位于任何位置時(shí)都可以耦合到較強(qiáng)的通信信號(hào)，提高了通信的成功率。在臺(tái)變、公變處、樓宇地下配電室或其他適宜信息匯集點(diǎn)安裝WSN/BPLC采集網(wǎng)關(guān)，公變處是指直接由電力部門負(fù)責(zé)的電表設(shè)施，將WSN/BPLC采集網(wǎng)關(guān)放置在電表表箱內(nèi)空余表位或合適位置。WSN/BPLC采集網(wǎng)關(guān)一般的工作環(huán)境條件要求標(biāo)準(zhǔn)工作溫度為-25 V 55°C，相對(duì)濕度為5% 95%，故滿足此條件的地點(diǎn)均應(yīng)視為適宜的信息匯集
點(diǎn)ο然后，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還包括上傳至主站的操作，即在圖1的步驟103 中，各采集網(wǎng)關(guān)將寬帶電力線載波信號(hào)匯集、處理、存儲(chǔ)并上傳至主站。采集網(wǎng)關(guān)通過 TD-SCDMA專用信道或電力光纖專網(wǎng)與主站通信。圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例中基于WSN與寬帶電力線通信技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。包括智能電表、采集終端以及采集網(wǎng)關(guān)。圖2還示出了主站。下面將結(jié)合圖
52詳細(xì)說明。采集網(wǎng)關(guān)包括TD-SCDMA/WSN采集網(wǎng)關(guān)、EP0N/WSN采集網(wǎng)關(guān)以及TD-SCDMA/BPLC采集網(wǎng)關(guān)。上述采集網(wǎng)關(guān)之間的區(qū)別是采集終端與采集網(wǎng)關(guān)、以及采集網(wǎng)關(guān)與系統(tǒng)主站之間采用的通信方式不同。TD-SCDMA/WSN采集網(wǎng)關(guān)采集終端與采集網(wǎng)關(guān)之間通過WSN通信，采集網(wǎng)關(guān)與系統(tǒng)主站采用TD-SCDMA方式通信；EP0N/WSN采集網(wǎng)關(guān)下行通信采用WSN方式，上行通信采用EPON方式；TD-SCDMA/BPLC采集網(wǎng)關(guān)下行通信采用WSN/BPLC方式，上行通信采用TD-SCDMA 方式。本發(fā)明針對(duì)用電信息采集系統(tǒng)通信鏈路特點(diǎn)，分段采取WSN和BPLC通信技術(shù)，即智能電表的用電信息采集采用WSN技術(shù)，以避免繁復(fù)布線，并且近距離確保WSN通信穩(wěn)定性，采集終端與采集網(wǎng)關(guān)之間的通信采用BPLC技術(shù)。本發(fā)明采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和寬帶電力線通信相結(jié)合的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)用電信息采集，可以解決現(xiàn)有通信技術(shù)中工程實(shí)施布線困難、信息傳輸不穩(wěn)定、采集周期過長或數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性無法保證等問題。遠(yuǎn)程斷電控制方案遠(yuǎn)程控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以為電能表，也可以采用外置的可控開關(guān)，其中三相非居民用戶采用外置的可控開關(guān)。主站發(fā)出控制命令后，由電能表進(jìn)行分合閘或由采集網(wǎng)關(guān) (也可為電能表)控制可控開關(guān)進(jìn)行分合閘。對(duì)于低壓非居民用戶，采用主站預(yù)付費(fèi)管理模式，用戶剩余電費(fèi)的計(jì)算和發(fā)出控制跳間指令的控制邏輯在主站完成，跳間指令由現(xiàn)場(chǎng)的終端或者表計(jì)執(zhí)行。主站通過采集用戶的用電信息，在主站進(jìn)行電費(fèi)計(jì)算后，將剩余電費(fèi)信息下發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)信息的顯示由表計(jì)完成。主站預(yù)付費(fèi)可以根據(jù)用戶實(shí)際執(zhí)行的電價(jià)政策比較準(zhǔn)確地算出剩余電費(fèi)，特別適用于執(zhí)行多種電價(jià)政策或電費(fèi)計(jì)算方式的用戶，由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本地計(jì)算可能會(huì)導(dǎo)致剩余電費(fèi)的計(jì)算誤差。主站預(yù)付費(fèi)方式主站每天收集用戶的用電數(shù)據(jù)，計(jì)算剩余電費(fèi)，控制邏輯在主站完成，在用戶端沒有更改剩余電費(fèi)的手段，有效降低了惡意篡改剩余電費(fèi)的可能性。雖然已經(jīng)通過示例對(duì)本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上示例僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用電信息采集系統(tǒng)，包括電表、采集終端和采集網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述電表為具有無線傳感模塊的智能電表；所述采集終端具有無線傳感模塊，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從智能電表采集用電信息，并通過寬帶電力線將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)；所述采集網(wǎng)關(guān)通過寬帶電力線接收用電信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用電信息采集系統(tǒng)，其特征在于將現(xiàn)有的電表更換為具有無線傳感模塊的智能電表，或者通過在現(xiàn)有電表中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述智能電表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用電信息采集系統(tǒng)，其特征在于將現(xiàn)有的采集終端更換為具有無線傳感模塊的所述采集終端，或者通過在現(xiàn)有采集終端中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述采集終端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述用電信息采集系統(tǒng)，其特征在于外置無線傳感模塊的方式為在現(xiàn)有的電表或采集終端上安裝微型低功耗無線傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用電信息采集系統(tǒng)，其特征在于所述采集網(wǎng)關(guān)將用電信息匯集、處理、存儲(chǔ)并上傳至主站。
6.一種用電信息采集方法，用于從用電信息采集系統(tǒng)采集用電信息，所述用電信息采集系統(tǒng)包括電表、采集終端和采集網(wǎng)關(guān)，其特征在于由具有無線傳感模塊的采集終端通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從具有無線傳感模塊的智能電表采集用電信息；所述采集終端通過寬帶電力線將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用電信息采集方法，具有無線傳感模塊的智能電表是通過以下方式實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有的電表更換為具有無線傳感模塊的智能電表，或者通過在現(xiàn)有電表中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述智能電表。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述用電信息采集方法，具有無線傳感模塊的采集終端是通過以下方式實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有的采集終端更換為具有無線傳感模塊的所述采集終端，或者通過在現(xiàn)有采集終端中內(nèi)置或外置無線傳感模塊將其改造為所述采集終端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述用電信息采集方法，外置無線傳感模塊是通過以下方式實(shí)現(xiàn) 在現(xiàn)有的電表或采集終端上安裝微型低功耗無線傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述用電信息采集方法，將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)之后，還包括由所述采集網(wǎng)關(guān)將用電信息匯集、處理、存儲(chǔ)并上傳至主站。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用電信息采集系統(tǒng)及方法。由具有無線傳感模塊的采集終端通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從具有無線傳感模塊的智能電表采集用電信息；所述采集終端通過寬帶電力線將用電信息發(fā)送到所述采集網(wǎng)關(guān)。本發(fā)明中用戶信息傳輸速率高、采集周期短、可靠性高、工程實(shí)施維護(hù)難度小。
文檔編號(hào)G08C19/00GK102298834SQ20111027484
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉建明, 曾令康, 李瑞雪, 李祥珍, 歐清海, 甄巖, 陳晰 申請(qǐng)人:國網(wǎng)信息通信有限公司