基於1.8G頻段TD‑LTE電力無線專網的用電信息採集系統的製作方法

2023-06-17 05:36:56 7

本實用新型屬於智能電網信息傳輸領域，特別涉及一種基於1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的用電信息採集系統。

背景技術：

在智能電網的用電和配電信息採集系統中，電力用電信息採集集中器(終端)與電能表通訊方案包括微功率無線和電力線載波等。採用微功率無線和電力線載波方案存在通訊延時長以及通訊可靠性差的缺點。電力用電信息採集集中器(終端)與用電信息採集主站之間的數據傳輸包括有線網絡和無線網絡兩種傳輸方案。由於採用有線網絡需要鋪設網線/光纜，對於施工和成本要求比較高，所以目前應用比較廣泛的是移動運營商的GPRS通訊方案，但該方案存在通訊速率慢，資費高的問題。隨著無線技術的發展，4G技術應運而生，4G在20M帶寬下可提供下行100Mbps與上行50Mbps的峰值速率，遠高於GPRS的114Kbps通信速率，4G平均時延小於50ms，遠低於GPRS平均時延1s。雖然採用4G技術替換GPRS可解決通訊速率慢的問題，但採用4G無線公網的年租金投資巨大，需要持續花銷。

技術實現要素：

為了克服現有技術中存在集中器(終端)與主站通訊速率慢、資費高，集中器(終端)與電能表通訊延時長、通訊質量差的問題的缺陷，本實用新型提供一種整體投入和維護費用遠低於公網的基於1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的用電信息採集系統。本實用新型的技術方案如下：

一種基於1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的用電信息採集系統，包括電能表、集中器、電力伺服器和主站前置機，所述集中器包括運算處理模塊以及分別與所述運算處理模塊通信連接的存儲模塊、網絡模塊和採集模塊，所述採集模塊用於採集電能表的用電信息，所述存儲模塊用於對採集到的用電信息進行分類存儲，所述運算處理模塊用於對用電信息進行分析處理，所述採集模塊通過RS-485總線與所述電能表通信連接，所述網絡模塊通過1.8G頻段TD-LTE電力無線專網與所述電力伺服器通信連接，所述電力伺服器與所述主站前置機通信連接。

進一步的，所述運算處理模塊用於對所述用電信息進行總加組運算和數據統計。

進一步的，所述用電信息包括電能表的用電量信息、收費信息和狀態信息。

進一步的，還包括1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊，所述網絡模塊通過點對點協議建立與所述1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊的通信連接，所述1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊通過撥號建立與1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的連接。

進一步的，所述集中器通過socket建立與電力伺服器的通信連接，所述集中器包括時鐘計時模塊，所述時鐘計時模塊用於校準與電力伺服器同步的時間。

進一步的，所述集中器通過心跳報文檢測與所述主站前置機是否正常連接。

進一步的，所述集中器還包括報警模塊，用於在採集到電能表狀態信息異常後，向電力伺服器發送報警信息。

本實用新型還提供一種基於1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的電力設備信息採集系統，包括集中器、電力伺服器和主站前置機，所述集中器包括運算處理模塊以及分別與所述運算處理模塊通信連接的存儲模塊、網絡模塊和採集模塊，所述採集模塊用於採集電力設備的用電信息，所述存儲模塊用於對採集到的用電信息進行分類存儲，所述運算處理模塊用於對用電信息進行總加組運算和數據統計，所述採集模塊與所述電力設備內置的1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊通信連接，所述網絡模塊通過1.8G頻段TD-LTE電力無線專網與所述電力伺服器通信連接，所述電力伺服器與所述主站前置機通信連接。

進一步的，所述電力設備為電能表，所述電能表通過內置的1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊向所述採集模塊傳輸用電信息，所述電能表設置有時鐘計時模塊，所述時鐘計時模塊用於校準與集中器同步的時間。

進一步的，所述電能表通過socket建立與所述集中器的通信連接，所述電能表通過心跳報文檢測與主站前置機的連接。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型採用的1.8G頻段TD-LTE電力無線專網使用4G無線通信技術，具有通訊速率快、無租金的特點。集中器採用485總線方案與電能表通訊，具有通訊延時短、通訊可靠性高的特點。採用485總線和4G網絡相結合的方式解決了通訊速率慢、資費高、通訊延時長以及通訊可靠性差等問題。

附圖說明

圖1是本實用新型用電信息採集系統的結構示意圖；

圖2是本實用新型的集中器的結構示意圖；以及

圖3是本實用新型建立通信連接的流程示意圖。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細說明本實用新型的示例性實施例、特徵和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。儘管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪製附圖。

TD-LTE是新一代移動寬帶通信技術，屬於第四代(4G)主流無線通訊技術。TD-LTE 4G採用了多天線MIMO與頻分復用OFDM等關鍵技術，下行峰值速率可達100Mbps，TD-LTE 4G主要有四個工作頻段，其中1.8G專網頻段主要用作企業專網建設。本實用新型提供一種基於1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的用電信息採集系統，如圖1及圖2所示，該系統包括電能表1、集中器2、電力伺服器3和主站前置機4，採用1.8GHz頻段TD-LTE(4G)電力無線專網(電力無線專網簡稱電力無線專網或4G專網)，該電力無線專網以變電站或電力單位等光纖資源地為基站建設點，是一種低成本的通信解決方案，投資少，維護方便，擴容簡單，實現用配電網絡全覆蓋。集中器2通過RS-485抄收電能表數據，具有通訊延時短、通訊可靠性高的特點。集中器2通過無線信號接入電力無線專網，電力無線專網通過無線信號與電力伺服器相連，電力伺服器通過有線或無線信號與主站前置機通訊。具體的，集中器2包括運算處理模塊24以及分別與運算處理模塊24通信連接的採集模塊21、存儲模塊22和網絡模塊23，電能表1通過RS-485總線與集中器通信連接，集中器2的採集模塊採集電能表的用電信息，存儲模塊22對採集到的用電信息進行分類存儲，運算處理模塊24對用電信息進行分析處理，網絡模塊23通過1.8G頻段TD-LTE電力無線專網與電力伺服器3通信連接，電力伺服器3與主站前置機4通信連接。

集中器2按照配置參數，例如採集時間、採集範圍和採集頻率等，由採集模塊採集用電信息或用戶數據，包括用電量信息、收費信息和狀態信息，存儲模塊對採集到的用電信息進行分類存儲，運算處理模塊對採集的數據進行總加組運算和數據統計，進行日凍結、月凍結、曲線凍結和抄表日凍結操作。集中器與主站之間通過1376.1協議(即Q/GDW1376.1-2013電力用戶用電信息採集系統通信協議：主站與採集終端通信協議)進行通訊。集中器按照配置參數上報用電信息給主站。

在另一實施例中，集中器2還包括報警模塊25，採集到電能表1狀態信息異常後，運算處理模塊24控制報警模塊25向電力伺服器發送報警信息。

集中器2的網絡模塊23通過點對點協議(PPP協議,Point to Point Protocol)建立與外接的1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊(即4G專網模塊)的會話連接，通過socket建立與電力伺服器3的TCP(Transmission Control Protocol傳輸控制協議)連接，集中器2還具有時鐘計時模塊26，用於校準與電力伺服器同步的時間。集中器2通過心跳報文檢測與主站前置機4是否正常連接。

集中器2與主站通訊實時在線檢測及斷線處理方法：一方面通過與模塊的PPP協議通訊判斷連接是否斷開。另一方面集中器按照配置的心跳周期，通過無線網絡向主站發送心跳報文，並等待返回報文，通過是否有返回報文，來判斷連接是否斷開。當連續3個周期未收到心跳返回報文時，斷開TCP連接並從新建立TCP連接，如果連續3次創建TCP連接失敗，則斷開與4G專網的連接，在連接斷開後重啟4G專網模塊，並重新創建與1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的網絡連接。

下面結合附圖對本實用新型的工作流程做進一步解釋：

本實用新型的用電信息採集系統與電力無線專網建立連接的流程如圖3所示，網絡模塊上電後，用AT指令對網絡模塊進行初始化,初始化完成後通過PPP建立網絡會話連接,會話連接建立成功後，用socket建立與主站即電力伺服器的TCP連接,以實現電力數據與主站的通訊。通過心跳檢測與主站的連接，保證本設備實時在線，具體的，集中器與主站前置機通訊實時在線檢測及斷線處理方法：一方面通過PPP協議通訊判斷連接是否斷開，另一方面集中器按照配置的心跳周期，向主站前置機發送心跳報文，並等待返回報文，通過是否有返回報文，來判斷連接是否斷開，當連續三個周期未收到心跳返回報文時，斷開TCP連接並從新建立TCP連接，如果連續3次創建TCP連接失敗，則斷開與電力無線專網的連接，在連接斷開後重啟專網的4G專網模塊，並重新創建與電力無線專網的網絡連接。

對於安裝了4G專網模塊的電力設備，其可作為TCP客戶端訪問集中器，此時，集中器作為TCP伺服器，電力設備通過4G專網模塊與集中器連接建立後，集中器的採集模塊通過4G網絡採集電力設備數據。例如，安裝4G專網模塊電能表登錄TCP伺服器，TCP伺服器可以抄收電能表的用電信息，當電能表有異常信息時，TCP伺服器經過處理後能及時把異常信息上報給主站。因此，本實用新型的另一實施例中，一種基於1.8G頻段TD-LTE電力無線專網的電力設備信息採集系統，包括通信連接的集中器、電力伺服器和主站前置機，集中器作為TCP伺服器，電力設備內置1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊，電力設備作為TCP客戶端。集中器即TCP伺服器包括運算處理模塊以及分別與運算處理模塊通信連接的存儲模塊、網絡模塊和採集模塊，採集模塊用於採集電力設備的用電信息，存儲模塊用於對採集到的用電信息進行分類存儲，運算處理模塊用於對用電信息進行總加組運算和數據統計等分析處理，採集模塊與電力設備內置的1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊通信連接，網絡模塊通過1.8G頻段TD-LTE電力無線專網與電力伺服器通信連接，電力伺服器與主站前置機通信連接。具體的，電力設備例如可以是電能表，作為TCP伺服器的集中器負責採集電能表的用電信息，電能表具有時鐘計時模塊，用於校準與TCP伺服器同步的時間。TCP伺服器對用電信息進行總加組運算和數據統計，以及進行日凍結、月凍結、曲線凍結和抄表日凍結操作，電能表通過PPP建立與內置的1.8G頻段TD-LTE電力無線專網模塊的會話連接，電能表通過socket建立與TCP伺服器的TCP連接，電能表通過1376.1協議與主站前置機通訊，電能表通過心跳報文檢測與主站前置機的連接。

最後應說明的是：以上所述的各實施例僅用於說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。