国网单相智能电能表设计概要.doc

国网单相智能电能表设计概要随着电子技术的迅速发展和不断成熟,电子式电能表在我国得到了广泛的使用,成为主要的电能量贸易结算器具,在电网技术由自动化向智能化方向发展的趋势下,电子式电能表将向智能电能表过渡。智能电能表在电能量计量的基础上具有信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能,数据安全传输和存储是实现以上功能的基础,因此如何保证信息传递、信息保存的安全性已经成为智能电能表的关键性因素。 1 智能电能表基本架构 基本架构(1)硬件架构智能电能表在硬件上主要包括电压/电流采样电路、计量单元、中央控制单元( MCU )、电源模块、存储单元、控制回路、红外通信、 IC卡接口、安全论证单元等部分组成,其中数据安全防护重点为数据存储区和通信接口。在数据存贮方面,采用 FLASH 芯片和 EEPROM 两种芯片, FLASH 芯片容量大,成本较低,但擦写次数一般为 10万次,所以主要存储负荷曲线、事件记录等历史数据; EEPROM 芯片单片存贮容量较小,价格相对较高,但一般存储电量、金额以及表计的设置参数等重要数据。在对外通信接口方面,红外通信接口、 485 通信接口、 CPU 卡接口以及以窄带载波,其它近距离无线和无线公网为主的其他通信接口,暂不考虑。电压采样电流采样计量芯片 M C U 单元存储单元控制回路 4 8 5 接口电源模块实时时钟通讯单元图1 智能电能表硬件框图(2)功能架构智能电能表以电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互功能为特征, 根据国网公司的要求, 有以下功能: 计量功能:正确计量正反向总有功电量,并单独存储; 费率时段:正确计量各费率时段有功电量和总有功电量; 数据存储和冻结功能:存储结算日或按照约定的时间或时间间隔的总电能、各费率电能、需量等信息; 事件记录:存储失压、失流、断相、开盖、远程控制等事件发生时间、结束时间和相应的电能量数据; 停电抄表:可通过按键、红外方式唤醒显示,背光灯点亮,可支持红外抄表; 通信功能:具有 RS485 、红外通讯接口、载波三种通信方式,通信协议采用 DL/T645 系列及其国网公司颁布的增补通信协议,并且三个通信通道在硬件上、软件上完全独立; 预付费功能:按照预售给用户的电费或电量值,在用完以后自动切断用电的功能。预付费按照预付的内容分为电量控制和电费控制两种;按照预付费的方式分为远程预付费和本地预付费,其中本地预付费以 IC卡为固态介质,远程预付费方式通过公网(表计通过 RS-485 连接到公网)、载波等虚拟介质和远程售电系统实现。以上功能中需要存储和传输的数据如下表所示: 表1 智能电能表数据明细表功能类型主要数据存储区域读权限写权限计量功能总、各费率电能值、需量值 EEPROM/FRAM 公开经授权后允许清零费率功能时段参数、费率参数、假日参数、时间、费率切换时间 EEPROM 公开经授权后允许设置负荷曲线电能值、电压值、电流值 FLASH 公开不允许事件记录失压、失流、断相、开盖、远程控制等事件发生时间、结束时间和相应的电能量数据 FLASH 公开经授权后允许清零预付费功能密钥、户号、各费率电价、电压/电流互感器变比、上限电费/量、报警金额/电量、透支金额/电量、购电金额/电量、剩余电量/电费、错误记录 ESAM/EEPROM 需权限经授权后允许设置计量功能、