基于智能电能表通讯模块接口带载能力的研究

基于智能电能表通讯模块接口带载能力的研究

史轮石振刚冯波马红明耿建坡任鹏徐建云

（1.国网河北省电力公司电力科学研究院石家庄050021，2.郑州三晖电气股份有限公司郑州450016）

摘要：本文分析了智能电能表通讯接口的基本结构和电气特征，结合当前智能电能表使用的计量资源，提出了电能表接口互换性的必要性，针对电能表通讯接口带载能力试验展开了研究，阐述了通信带载能力试验的原理，论述了实现电能表通讯接口带载能力的方法和步骤，试验结果表明，本文研究的方法为智能电能表、集中器、采集终端等通信接口的一致性检测和通信性能评估提了有力的技术手段，为相关的通信接口互换性技术提供了重要的技术参考，对电能计量的研究奠定了一定的技术技术。

关键词：智能电能表；通讯接口；计量；带载能力；检测

0前言

随着我国智能电网发展，智能电能计量设备在电能计量领域得到了广泛的应用[1]，电能表的通讯能力直接决定其与其他设备的信息交换的质量,智能电能表与其他设备的的通信可靠性是衡量电能表通信性能的重要参考指标，也是保证智能电能表在实际工作应用中的正常运行的有力保障。由于电能表的计量设备的多样性，如何实现智能电能表与其他不同厂家和品牌的通信模块的通信协议一致是目前要研究的技术问题。通过对电能表通信接口的研究还可以检测电能表对通信协议解析的正确性、对错误通信帧的屏蔽处理能力、多负载情况下通信效率、通信收发时序以及电能表通信的抗干扰能力,综合判定电能表在通信方面的可靠性[2]，本文主要针对电能表的通讯模块接口带载能力进行了详细的原理说明和步骤阐述，不仅能够实现与各种通信模块接口通信协议的一致性，还具有互换性，满足与多种通信设备的通信，能够实现在复杂的工作环境下通信的正常进行。

1智能电能表常见的接口通信问题

在智能电能表与其他通信进行信息交互的过程中，经常会出现以下问题：

电能表收发信号时序不一致

智能电能表在进行抄表时，当收到终端抄表帧命令后，还没开始延事，就向终端发出了应答通信帧，发出应答通信帧时，终端还处于发出信号状态，等终端发送完毕，回头来接收信号时，接收信号已经不存在了，因此存在信息丢失的问题。

1.2通信协议标准理解不一致

不同的电能表厂家可能对电能表标准有不同的理解，使得电能表与不同的采集终端通信时候，其规范不一致，通信规约不统一，从而造成电能表无法应答，或者应答错误，甚至不应答。

1.3连续抄表和读取问题

在采集终端进行连续抄数帧数据时，智能电能表仅仅能识别一部分数据帧，对其他数据帧不识别，不能做出应答等。

本文研究一种智能电能表通讯模块接口带载能力的研究，能够在通信接口处针对不同厂家、不同品牌的模块带载能力进行统一的带载通信。满足Q/GDW364《单相智能电能表技术规范》中4.5.1.1条款规定电压线路：在参比电压、参比温度和参比频率下，电能表电压线路的有功功率和视在功率在非通信状态下不应大于1.5W、10VA，在通信状态下不应大于3W、12VA[3]的要求以及Q_GDW_1354-2013智能电能表功能规范中规定的相关要求。

2电能表通信带载能力试验

2.1试验原理

在对通信接口能力通信测试时，通讯模块接口带载试验时,在通讯模块接口处接入假负载和测量电路,通过假负载接入电路，衡量电能表带载能力是否符合规程要求的带载要求。在本实验中其试验电路原理如下:

在进行通讯模块接口带载能力测试时,程控电源向被检表施加额定电压,测试电路根据计算机命令，命令指令作用在被检电能表通讯模块接口的12V电源输出端口上,在该输出端口接入额定负载或程控负载,12V直流电压经采样电阻分压后利用A/D采样电路测出直流电压值,12V电压中的纹波经隔直电容隔离直流后利用A/D采样电路测出纹波电压值,假负载中的电流经电流采样电阻转换成电压后利用A/D采样电路测出负载电流值,这三个测量值信息均传输到单片机,单片机根据直流电压值和纹波电压值算出纹波系数，直流电压值、直流纹波系数、负载电流等测量值经通讯总线送给计算机,计算机根据电能表检定规程判断加载后的电能表通讯接口是否合乎要求。

图1通信带载能力通信试验原理图

2.2测试步骤

在进行电能表通信带载能力进行测试时，连通电路后，将负载连接在电能表通信接口，然后命令程控电源产生电压Un,再命令带载能力测试模块接入假负载，读取测试模块电压、电流及电压纹波，对所读取的数据进行记录，观察所记录数据是否与Q/GDW364《单相智能电能表技术规范》中对电压、电流的要求是否一致，如果是三相智能电能表，与三相电能表的相关标准对比，试验结束后，命令测试模块断开假负载，再命令程控电源降电压，各个单元模块复位。

图2通信带载能力测试流程图

3.试验结果与分析

在试验过程中，分别对单相智能电能表和三相智能电能表进行了10次试验，在对单相电能表进行试验时，采用30Ω的电阻作为假负载，在对三相电能表进行试验时，采用96Ω的电阻作为假负载，通过10次的测试发现，单相智能电能表和三相电能表的电压值在11V和13V之间，满足智能电能表相关标准电压要求不超过12V±1V的要求，纹波在12mV以下，满足智能电能表相关标准电压要求不超过12mV的要求。

4结束语

本文通过对电能表接口能力通信问题，提出了全自动通信接口带载能力的测试方案，原有的系统带载能力测试需要人工用示波器测量逐个被检表的输出波形，本方案设计的系统向每个表位通讯模块接口的12V电源输出上加一个模拟负载，再通过A/D采样电路测出纹波电压值、负载电流值等参数，数据经通讯总线送给计算机，通过试验发现，该方法满足智能电能表相关标准的要求，通过在河北电力公司试行，效果反映很好，具有良好的经济效益和社会效益，为电能计量工作做出贡献。

参考文献

[1]党三磊，张捷，周三，王茜，閤啸.智能电能计量设备通信接口测试系统设计与试验[J],电器与能效管理技术.2015(12):16-17

[2]姚力，李少腾，胡瑛俊，吴幸，楼轶.一种智能电能表通信可靠性测试方法及系统[J],《电测与仪表》,2013(3):94-96

[2]Q/GDW364单相智能电能表技术规范

作者简介

史轮（1972—），男，石家庄，高级工程师，研究方向：从事电力计量方面的研究。