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基于NB-IoT的智能电表系统的设计与实现

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基于NB-IoT的智能电表系统的设计与实现

作者：金珊苏州大学

学位级别：硕士

随着国家电力体制改革稳步推进,智能电网与物联网技术的有机结合成为新的研究热点。智能电表系统作为智能电网的重要组成部分,极大便利了企业或用户对电力参数和电能质量的监测与分析。目前智能电表系统中仍存在电力参数测量精度较差、... 详细信息

随着国家电力体制改革稳步推进,智能电网与物联网技术的有机结合成为新的研究热点。智能电表系统作为智能电网的重要组成部分,极大便利了企业或用户对电力参数和电能质量的监测与分析。目前智能电表系统中仍存在电力参数测量精度较差、电表数据展示效果欠佳等问题,导致企业或户无法及时获取高效数据,影响服务质量。本文基于窄带物联网通信技术(NB-IoT),从终端软硬件设计、高精度电力参数测量、服务器侦听程序和可视化网页优化等方面展开研究,设计并实现了一个具备电表数据采集、无线传输和远程监测功能的智能电表系统。主要研究工作与内容如下:(1)搭建智能电表系统的终端硬件平台。根据系统的性能需求进行硬件选型,以STM32L431Rc微控制器为核心,以窄带物联网通信模组ME3616为远程通信媒介,结合三相多功能计量芯片HT7036,同时辅以硬件电路设计,经过焊接测试完成电表硬件终端实物设计。(2)完成具备数据采集、高精度测量的系统终端程序设计。分析终端程序运行流程,依据系统需求设计电能采集应用驱动构件,完成电力参数和电能质量数据采集功能。针对传统率波算法受单次异常数据干扰影响大而导致数据测量精度不高的问题,提出基于阈值的防脉冲干扰平均滤波算法进行数据处理,提高电压电流等基础电力参数数据的测量精度。(3)优化服务器端侦听程序和客户端网页设计。围绕NB-IoT应用架构,在实验室侦听程序框架基础上进行适应性修改。通过新增数据表和数据库访问接口以满足系统新数据访问需求,同时详细分析系统通信流程,设计终端、服务器端和客户端之间的通信接口。针对谐波含有率字段众多问题,引入谐波数据处理算法,以折线图方式显示替代原有文本框数据显示方式,优化数据展示效果。通过新增网页功能界面,完成系统可视化网页界面设计,实现远程监测的功能。最后本文给出一套基于NB-IoT的智能电表系统,实验结果表明该智能电表系统具有良好的运行性能,为电表领域提供了一种实时、高精度、可远程监测的新方案。

关键词：智能电表 NB-IoT 电能质量阈值滤波算法远程监测

基于模块化的集中式多用户智能电表系统设计与实现

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基于模块化的集中式多用户智能电表系统设计与实现

作者：严文亮杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着国家电力行业的快速发展,国内的电表系统越来越智能化,为人们带来巨大的便利。但是面对人口聚集地区,当下的电表系统仍旧面临着用户数量有限、空间占用率高、抄表繁琐、管理困难等困境,难以满足所有人群的功能需求。为了提高用户体... 详细信息

随着国家电力行业的快速发展,国内的电表系统越来越智能化,为人们带来巨大的便利。但是面对人口聚集地区,当下的电表系统仍旧面临着用户数量有限、空间占用率高、抄表繁琐、管理困难等困境,难以满足所有人群的功能需求。为了提高用户体验、解决实实在在的用户痛点,新一代智能电表将物联网概念融入到系统当中,电表系统也愈加趋向集成化与模块化。本文采用集中式管理的方式整合大量用户,将智能电表作为底层的感知单元,让其承担更多任务,包括用户数据采集与控制等基础性任务以及深层次的数据处理与管理任务。通过增强电表的功能性、扩大用户数量、添加远程抄表、赋予边缘数据处理能力,大大提高了多用户电表的使用价值。本文首先针对智能电表市场需求进行论述,展示了多用户智能电表系统的使用前景。接着从技术角度对智能电表系统的改进方向做出讨论,以此改良现有的单MCU智能电表系统方案,将整个系统分成数据处理终端、电能采集终端和独立计量模块三大部分,通过两块MCU确立一套全新的集中式多用户智能电表系统,增强系统的安全性能、实现高效管理。随后,基于硬件和软件两个方面进行研究,其中硬件系统重点从显示通信板、供电底板和电量采集板三类单板展开设计。显示通信板和供电底板是采用两块不同的STM32主控芯片分别控制的单板。前者负责数据整合处理,配合NB-Io T和Cat-1模组进行无线通信,实现物联网设备接入,串联了用户数据和云端处理平台,大大延伸电表系统的作用空间,加强管理能力;后者负责供电的同时,通过片选的方式配合多个电量采集板进行采集和控制,大幅提升用户数量,适应学校、居民楼以及商圈等人口密集型应用场景。基于硬件系统的双MCU设计,软件系统方面被分为两部分,一部分采用μCOS-II实时操作系统规划人机交互、数据处理、数据加密、数据通信等任务,并进行多任务管理提高系统实时性,另外一部分采用裸板负责控制提高系统安全性和稳定性,两个软件系统通过CAN总线相互连接确保可靠性。最后搭建系统测试平台,从电能计量、空间占用率、通信功率、电源稳定性等方面展开测试。测试表明,本系统在模块化设计、系统稳定性与安全性、电能计量精准度等方面具有较大改良。电表系统具有较高实时性、灵活性,优化了用电管理,加强了隐私保护,适用于小区、学校等聚集性场合,具有较高的应用前景。

关键词：智能电表物联网多用户模块化数据安全

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智能电表及集抄技术在线损管理中的应用

自动化应用 2023年第19期64卷 143-145页

作者：佟莹莹孙晓腾白晨王瑞明孙业栋国网石家庄市供电公司藁城区供电分公司河北石家庄052160 国网河北营销服务中心河北石家庄050000

传统线损管理一般采用周期较长的人工方式辨识线损情况,导致配电网降损效果较差,因此,本文提出了一种基于智能电表及集抄技术的线损管理方法。首先采用智能电表及集抄技术远程抄写并传输用户的电量数据;其次预处理采集的电量数据中的缺... 详细信息

传统线损管理一般采用周期较长的人工方式辨识线损情况,导致配电网降损效果较差,因此,本文提出了一种基于智能电表及集抄技术的线损管理方法。首先采用智能电表及集抄技术远程抄写并传输用户的电量数据;其次预处理采集的电量数据中的缺失值和异常噪声,并根据处理后的电量数据计算线损;最后以线损率最小化为目标制定管控措施,实现配电网的线损管理。实验结果表明,与管理前相比,采用本文设计的线损管理方法后,配电网的线损量降低了20.063 3 kWh,证明了智能电表及集抄技术在线损管理中的有效性与实用性。

关键词：智能电表集抄技术线损管理

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智能电表在智能电网中的应用与发展

电力系统装备 2023年第7期 71-73页

作者：吴豪鑫黄一鸣陈丹蕾国网河南省电力公司栾川县供电公司河南洛阳450000

智能电网是当前我国电力系统建设的主要方向,是我国电力能源稳定输送的技术支持。智能电表是智能电网的重要构件之一,将智能电表应用到智能电网可以推动我国智能电网高质量发展,是我国电网信息化、自动化建设的保障。文章针对智能电表... 详细信息

智能电网是当前我国电力系统建设的主要方向,是我国电力能源稳定输送的技术支持。智能电表是智能电网的重要构件之一,将智能电表应用到智能电网可以推动我国智能电网高质量发展,是我国电网信息化、自动化建设的保障。文章针对智能电表的功能、应用优势进行说明,并结合智能电网发展分析智能电表的应用前景,为我国电力行业高质量发展提供帮助。

关键词：智能电表智能电网分布式能源高效利用

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智能电表本地延时复电模式应用

大众用电 2022年第7期38卷 27-29页

作者：王旭东梁波徐伟国网山东省电力公司

居民用户缴费后及时恢复供电是电网企业践行“人民电业为人民”的有力承诺,是满足人民对美好生活用电需要的重要举措。2021年,国家电网公司(以下简称公司)供电区域内实现了智能电表的全覆盖,通过远程费控有力促进了广大用户的电费回收,... 详细信息

居民用户缴费后及时恢复供电是电网企业践行“人民电业为人民”的有力承诺,是满足人民对美好生活用电需要的重要举措。2021年,国家电网公司(以下简称公司)供电区域内实现了智能电表的全覆盖,通过远程费控有力促进了广大用户的电费回收,有效减少了大量的人工催费工作量。但用户在费控停电缴费后的远程复电成功率为94%左右,仍有6%的居民用户远程复电失败需要转为人工现场复电,这既增加了电网企业工作人员的工作压力,也影响了用户的用电服务感知。

关键词：电网企业用电服务国家电网公司电费回收智能电表供电区域居民用户生活用电

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智能电表装表接电技术在智能电网中的应用

今日自动化 2022年第11期 87-89页

作者：祁瑞虹纪蕊蕊国网榆林供电公司陕西榆林719000

随着社会的不断发展,智能电网的出现为人们的生活提供了很多帮助,不仅能够满足当前人们日常生活中的实际用电需求,同时对于电力企业的电力营销也发挥着重要的作用。智能电网的建设需要得到各种技术的支持,装表接电技术的应用成为其中一... 详细信息

随着社会的不断发展,智能电网的出现为人们的生活提供了很多帮助,不仅能够满足当前人们日常生活中的实际用电需求,同时对于电力企业的电力营销也发挥着重要的作用。智能电网的建设需要得到各种技术的支持,装表接电技术的应用成为其中一个关键环节,不仅能够确保电力系统的稳定供电,同时也是保障电力系统供电安全的重要内容,对于电力企业的综合效益发挥着重要的作用。文章针对智能电表装表接电技术在智能电网中的运用进行具体分析,并且针对常见的问题提出相应的解决措施。

关键词：智能电表装表接电技术智能电网

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智能电表数据交互接口设计方案的分析和实现

自动化应用 2023年第18期64卷 114-115,126页

作者：刘美飞赵暑霞金丹华陈刚许崇杰徐京生华立科技股份有限公司浙江杭州310023 国网江西省电力有限公司赣州供电分公司江西赣州341000

针对智能电表生产和运行过程中发现的问题,本文提出了对应的解决优化设计,保证了智能电表产品质量的稳定性和高效生产效率。

关键词：智能电表接口设计数据交互

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智能电表微功率无线通信模块天线方向性

应用科学学报 2017年第1期35卷 11-20页

作者：于华东欧清海张喆王云棣吴庆赵宏昊卢毅国网信息通信产业集团有限公司北京100031 国网辽宁省电力有限公司沈阳110004 国网沈阳供电公司沈阳110811

将具有方向性的天线按照合理角度安装,在相同条件下能提高智能电表无线信号接收功率.设计并研制了适合智能电表微功率无线通信模块的230 MHz法向模螺旋弹簧天线,研究了天线的方向性系数,针对天线和智能电表实际安装场景,改进了天线在微... 详细信息

将具有方向性的天线按照合理角度安装,在相同条件下能提高智能电表无线信号接收功率.设计并研制了适合智能电表微功率无线通信模块的230 MHz法向模螺旋弹簧天线,研究了天线的方向性系数,针对天线和智能电表实际安装场景,改进了天线在微功率无线通信模块中的安装角度.软件仿真和实际测量结果显示,改进天线安装角度后的微功率无线通信模块,在相同测试环境下接收到的无线信号功率较改进前平均增加2.4 d Bm.在相同传输环境、相同信号编码调制方式下,提高了接收信号的信噪比,进而提高了智能电表和集中器之间的通信质量.

关键词：螺旋天线辐射方向图智能电表电力无线通信

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智能电表远程抄表系统的设计与实现

光源与照明 2022年第9期 93-95页

作者：毋育捷杜瑞娟南阳理工学院河南南阳473000

智能电表是用于记录、处理用电用户、企业等相关数据的基础设备,是形成智能电网的前提,研究智能电表远程采集系统意义重大。文章首先分析了智能电表远程抄表系统的国内外发展现状,然后设计了一种由STM32F1单片机作为控制器的、基于RS48... 详细信息

智能电表是用于记录、处理用电用户、企业等相关数据的基础设备,是形成智能电网的前提,研究智能电表远程采集系统意义重大。文章首先分析了智能电表远程抄表系统的国内外发展现状,然后设计了一种由STM32F1单片机作为控制器的、基于RS485通信协议的智能电表远程抄表系统。选择支持RS485通信的DDZY-188型单相智能电表,以PC机作为上位机,应用支持RS485通信的透传模块与上位机进行串口通信、无线通信,可以将上位机获取的数据与通信规约进行对比来翻译,可以通过半双工通信模式传输获取的电表数据和发送指令。

关键词：远程抄表智能电网智能电表数据采集单片机控制