2019年12月25日第36卷第12期Telecom Power TechnologyＤｅｃ． ２５，２０１９，Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． １２ ｄｏｉ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１９．１２．００７研制开发基于NB-IoT电力数据采集方案的研究与设计唐 强（福建省新大陆通信科技股份有限公司，福建 福州 350015 ）摘要：传统的电表抄表使用GPRS/3G/4G远程集中抄表，解决了原先人工抄表的一系列问题，但也产生了一些新问题，如数据中继环节多、集中器/计量终端成本高、结点通信费用支出高等。因此，通过NB-IoT+433M无线双模方案，以NB-IoT传输为主、433M无线+有线传输为辅的方式将采集到的电表数据经过数据采集、解密、分区等处理后，上传至电力计量主站系统，实现电表数据的实时采集及回传，有效地解决了GPRS远程抄表面临的技术难题。关键词：远程抄表；双模；NB-IoT；433M无线；虚拟台区服务器；电力计量主站系统Research and Design of Power Data Acquisition Scheme Based on NB-IoTTANG Qiang（Fujian Newland Communication Science Technology Co.，LTD.，Fuzhou 350015，China）Abstract：The traditional meter transmission uses GPRS/3G/4G remote centralized meter reading，which solves a series of problems in the original artificial metering work. However，some problems have arisen: there are many data relay links，high cost of concentrator/metering terminal，high expenditure of node communication，overall cost of the system is expensive and difficult to control. Through NB-IoT&433M wireless dual-mode scheme，mainly NB-IoT transmission，supplemented by 433M wireless& cable transmission，the collected ammeter data are uploaded to the main power metering station system after data acquisition，decryption，partitionand so on. Real-time acquisition and return of meter data can effectively solve the technical problems faced by GPRS remote meter reading.Key words：remote meter reading；double mode；NB-IoT；433M wireless；virtual platform area servers；power measurement main station system0 引 言在电力传统系统架框中，以终端电表—采集器—自动抄表系统（Automatic Meter Reading，AMP）集中器（台区）——多级采集方式进行远程抄表，电是抄表技术上的伟大革命。我国与西方发达国家相比，表和集中器之间采用PLC、RS485等有线方式进行连电能计量自动抄表技术起步较晚，相关技术和电力系接，通过GPRS/3G/4G方式将数据上传。此架框不足统的设备明显落后。目前，低压电力载波通信方式的之处有数据中继环节多、线路复杂、集中器/计量终端应用在我国已经逐步推广。使用通信通道进行数据传成本高及GPRS/3G/4G技术更新投入大。输，要先决定数据通信的方式，对环境特点进行了解，基于移动网络的NB-IoT电力远程抄表的智能电表结合当地的电能计量自动抄表的技术水平和电力企业的采用新制NB-IoT的模块将采集到的电表数据通过中国规模综合考虑[1]。现有电能计量自动抄表技术多采用移动5G通信基站直接上传至电力计量主站系统。通过GPRS/3G/4G方式远程抄表，存在数据中继环节多、链软件在电网主站系统上搭建虚拟集中器（台区）服务器，路复杂、集中器/计量终端成本高、GPRS/3G/4G技术采用软件设置出虚拟集中器（台区），并可将电表下投入大、结点通信费用支出高及维护费用高等问题。挂虚拟台区，保持系统新架框及管理模式与传统模式基于这些问题，本文在远程抄表设计上引入NB-相同，便于电网现有模式管理及电网维护。IoT（Narrow Band Internet of Things）+433M无线双模1.2 用户终端智能电表系统方案，以移动网络NB-IoT传输为主、433M无线+有用户终端智能电表系统是电网的智能终端，由电表线传输为辅的方式将采集到的电表数据上传至虚拟台区和通信模块组成，除了具备传统电能表用电量的计量统服务器，经过数据采集、解密、分区等处理后，上传至计功能以外，为了适应智能电网和新电网平台的使用，电力计量主站系统，满足了低功耗、强连接、定时上报、还具有用电信息存储、双向费率计量、用户端控制及多错开峰时、节点少、维护方便及拓展性强等市场需求。种数据传输模式的双向数据通信等功能[2］。本文的智能电表主要由电表、双模通信模块（NB-1 双模远程抄表系统构架IoT模块+433M模块）组成，如图2所示。在电表1.1 系统整体构架及功能介绍设备出现故障无法上传数据时，维护人员可使用手持双模远程抄表系统主要是由用户终端智能电表系PDA工具扫描模块二维码或条形码，软件会自动生成统、电力采集虚拟台区服务器及电力计量主站系统组故障代码，通过PDA将故障代码上传至服务器，方便成的，其整体架构如图1所示。快捷判断设备故障原因，如欠费、网络中断等异常。同时，采用智能降功耗技术，功耗超低，提升了智能电表的带载能力。NB-IoT技术已较成熟，成本较低。收稿日期：2019-08-30作者简介：唐 强（1982-），男，福建福州人，硕士研究生，NB-IoT终端模块基带比较简单，通常采用180 kHz窄工程师，主要研究方向为电子。带系统进行传输[3]。· １５ · 2019年12月25日第36卷第12期Telecom Power TechnologyＤｅｃ． ２５，２０１９，Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． １２ 电力采集虚拟台区服务器南网电力计量主站系统中国移动基站NB-IoT/4G/广电有限网络前置虚拟台区服务器无线接收模块台区1虚拟台区2虚拟台区3虚拟台区4虚拟台区5虚拟备用线路主用线路NB-IoT电表1电表2电表N电表1电表2电表N电表1电表2电表N1#楼2#楼3#楼图1 双模远程抄表系统整体构架示意图用户模块在数据传输工作中，必须确保电源电压跌落不低电表变压器于模块最低工作电压3.1 V。为了确保更好的电源供电性能，在模块VBAT输入端，采用并联分级电容滤波。N B-IoT模块基站同时，在靠近VBAT输入端增加一个TVS管，以提高有线网络模块的浪涌电压承受能力，使用WS4.5DPV，原则上，4 3 3M无线模块无线接收模块N B-Io T/4GVBAT走线越长，线宽越宽。VBAT输入端电路如图4 所示。手持P D A维护工具 （2）看门狗定时器。采用MAXM公司的MAX705图2 双模智能电表工作环境原理图芯片，监测电源电压和微处理器的工作状态，结构简单，1.3 电力采集虚拟台区服务器功能丰富，大大提高了系统的可靠性和准确度[4]。如图3所示，虚拟台区服务器接收到智能电表系统（3）串口电路。模块设有两个串口，即主串口和上传的数据后，经过解密、分区后，上传至电力计量主调试串口。站系统，保持电力计量主站系统接收到的数据不变。主串口可用于AT命令传送和数据传输，支持的波特率为4 800、9 600（默认）、57 600、115 200、 电力主站系统基站230 400 b/s及460 800 b/s；还可用于固件升级，支持的波特率为115 200 b/s和921 600 b/s。主串口在前置虚拟台区服务器Active、Idle及PSM模式下均可工作。调试串口通过UE Monitor日志查看工具，可用于查看日志信息以进行软件调试，其波特率为921 600 b/s。前置虚拟台区服务器VBATModule虚拟虚拟虚拟虚拟虚拟VBAT台区1台区2台区3台区4台区5D1图3 电力采集虚拟台区服务器+C1C2C3C4WS4.5DPV1.4 电力计量主站系统47μF100nF100pF22pF电力计量主站系统是电力公司前端的服务器终端，GND是对各台区用户的用电情况进行汇总、收集、分析、处理以及实时监控的系统平台。GND图4双模通信模块电源电路设计2 通信模块硬件关键模块原理设计2.2 433M无线模块选型2.1 NB-IoT模块选型433M模块选用芯科科技的Si4438芯片，Si4438基于通信模块产品的综合性能、功耗及体积等因具有宽电压、低功耗、无线覆盖频段广等特点，特别素考虑，选择移远BC28 NB-IoT模组。它采用华为海思适用于电表模块，各引脚定义及硬件设计原理见图5。芯片平台，支持中国移动多频段，尺寸小巧，功耗表现优异，能满足智能终端电表通信模块的要求。3 采集上传模块软件关键设计（1）电源设计。电源方面采用低静态电流的LDO （1）定时上报、峰值错开。电力终端用户量非常作为供电电源，其电源输入电压范围应为3.1～4.2 V。 （下转第19页）· １６ ·吴永琴：电力调度监控一体化系统的 Telecom Power Technology 2019年12月25日第36卷第12期告警信息优化研究Ｄｅｃ． ２５，２０１９，Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． １２ 足不同人员的工作需求，有助于系统运行的实时监控。技术，根据网盘提供的分类展示功能，通过视频、音频、在对这些系统运行过程进行监督期间，考虑到简化工图片的方式来展示不同的告警信息，并且工作人员也作人员工作步骤的目的，对系统的运行模式进行了调可以利用网盘随时提取告警信息的源文件[3]。这种处整，不仅会实时记录各种运行信息参数，还会根据不理方法也具有安全性，通过网盘的历史资料，管理人同时间的历史数据形成波动报表，记录容易产生告警员能够了解告警信息的编辑与下载情况，并对相关人信息的节点、位置，提示工作人员应该重点关注相关员的访问权限进行控制，保证了信息安全。部位的系统运行，达到针对性风险管理的目的，提高了工作效率。3 结 论2.4 告警信息服务电力调度监控一体化系统的告警信息在整个电力告警信息服务对于电力调度监控一体化系统的运系统中有着重要作用。通过告警信息能够及时发现问行能力产生直接影响，因此需要工作人员能够根据电题，并在第一时间进行解决，将其影响范围降低，同力调度的要求来持续优化告警信息服务模式，并创新时提高了企业的经济效益，增强了电力调度监控一体其信息处理路径。例如，在告警信息服务期间，工作化系统的运行质量以及效率，促进了我国电力系统的人员可以对告警信息服务的交互方式进行调整，其中健康发展。需要考虑两方面的因素，（1）智能电力调度监控一体化系统总线；（2）转发总线。通过调整这两方面要素参考文献：的数据处理能力，以保证不同功能模块的信息互通，[1] 张元刚.浅析电力调度监控一体化系统的信息告警改进强化信息处理能力。在交互信息期间，可以根据电力[J].通讯世界，2018，（6）：231-232.调度监控的处理要求，对不同信息做单独封装（如将[2] 杨 阳.电力调度监控一体化系统的信息告警优化分析同类型的告警信息封装在一起）。在经过这种处理后，[J].通信电源技术，2018，35（1）：156，158.后期识别相关信息时不会出现混乱情况。同时，在告[3] 陈 莲.电力调度监控一体化系统的信息告警优化探究警信息展示阶段，可以发挥云技术的优势，采用网盘[J].中国战略新兴产业，2017，（48）：93.（上接第16页）C1RXN2.2pFL156nHL3RXPAC1C51nHVDD2OTC63.9pF10C9IPNUI2GPIO0OVC1 OUT23150pF7GXXTIANX9.1pFL215pFC65RF_INGND2150pF029876A215nHCGPIO2L734VC2 OUT1132220nH9.1pF8.2pFSDN1SDN__OOXUPG2214TBC150pF8LCRXP2RXPIIDTSEL15SELPPNNIU4L511L6RXN3RXNGGGXOSDI14SDISDO13SDO4TXSCLK12SCLK22nHC27nHCComment:30nH5NCPAMD01NIRQ11NIRQTT__9.1pF49.1pF5AAAOOIIBRBPPVXPTVGGE0P67891EComment:SI4463ADTT0AAOIBBPVVG图5 433M无线模块系统设计原理图 庞大，同时上传数据，对服务器配置要求非常高。此量支出费用可控的技术特色，将极大地促进此技术未软件巧妙地采用随机软件算法控制，在规定时间内随来的大规模商用，其方案特性也完全符合中国未来发机性采集上传，（此时间可通过软件进行设置），直展“创造性、科学性、前瞻性”的要求[5]。至全部采集完成，错开同时上传数据的峰值，降低了传输链路与服务器的峰值压力。参考文献：（2）双向通信。基于NB-IoT传输模式，在进行[1] 刘 洋.电能计量自动抄表技术的发展[J].综合论坛，数据采集的同时，通信模块还可以接收前端计量系统平台的指令，实现智能电表双向通信与远程控制。2017，（3）：73-74.[2] 翟志强.试论智能电表的功能及其高级应用[J].中国科（3）报文加密功能。系统将DL645报文进行加技博览，2015，（33）：281.密传输，保证了信息安全性。[3] 谢书通，梅雪浩.NB-IoT技术研讨和应用实例[J].现代4 结 论信息科技，2017，（6）：121-122.[4] 柴昆鹏.MAX705在硬件看门狗电路中的典型应用[J].基于NB-IoT技术的电力数据采集技术将会是未来无线互联网科技，2017，（3）：145-146.5G技术应用于智能电网的主要技术方向，NB-IoT技[5] 刘 晶.智能电表的应用及发展前景探究[J].科技与企术优势以及5G结点总流量可限定、智能终端维护及流业，2014，（12）：56.· １９ ·