專利名稱：一種全光用電信息采集系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統中智能電網用電信息采集技術，尤其涉及一種全光用電信息采集系統。
背景技術：
目前，隨著以信息化、互動化、自動化為特征的堅強智能電網建設進程的加快，電網的功能和形態正在發生深刻變革，一場以智能電網為重要標志的新的能源革命正在拉開帷幕。利用現代通信技術、信息技術、營銷技術構建智能用電服務體系是智能電網的重要工作之一。依托智能電網和現代管理理念，利用高級計量、高效控制、高速通信等技術，實現市場響應迅速、計量公正準確、數據實時采集、服務高效便捷，構建智能電網與電力用戶電力流、 信息流、業務流實時互動的新型供用電關系是智能用電服務體系的主要內容。用電信息采集系統是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監控的系統， 實現用電信息的自動采集、計量異常監測、電能質量監測、用電分析和管理等功能。用電信息采集系統是智能用電管理、服務的技術支持系統，為管理信息系統提供及時、完整、準確的基礎用電數據。用電信息采集系統在邏輯上分為主站層、通信信道層、采集設備層等3個層次。其中通信信道層是連接主站和采集設備的紐帶，提供可用的有線和無線的通信信道。 用電信息采集系統的通信信道又分為遠程信道和本地信道。目前，用電信息采集系統的遠程通信通道主要光纖專網，同時包含GPRS/CDMA等無線通信技術。本地通信信道多采用電力線載波，混合485方式。為滿足電力用戶用電信息采集系統建設的需要，近幾年國內已開發出第三代電能表。第三代電能表集成了電能多功能計量、自動采集、預付費、階梯電價等多方面功能，因此在硬件平臺的選擇和產品設計上更加注重運行速度、存儲空間、功耗等因素；除了以上功能的擴展，在通信接口和性能方面有較大提升，即除原有的RS485接口、載波PLC為基本接口配置，可以選配以太網、微功率無線通信方式。根據電能表是否具備采集模塊，用電信息采集系統有兩種實現方式一種是以太無源光網絡EP0N+RS485電能表，另一種是以太無源光網絡EPON+集中器+采集器+普通電能表°請參閱圖1，是一種以太無源光網絡EP0N+RS485/RS232電能表的用電信息采集系統結構示意圖。該系統包括用電信息采集主站、光線路單元(0LT)、分光器、光網絡單元 (0NU)、具備RS485/RS232接口的電能表組成。電能表具有記錄相應用戶的用電信息功能和通信功能，可以通過RS485通信模塊實現與光網絡單元RS485接口的直接通信；用電信息采集主站通過以太無源光網絡以太無源光網絡單元(ΕΡ0Ν系統)直接采集電能表的信息。485 電能表采集到的用戶用電信息以RS485總線方式傳輸到光網絡單元0NU，光網絡單元ONU將其下聯的電能表信息通過光纖傳輸方式傳送到用電信息采集主站。采用這種采集方式，雖然采集結構簡單，由于RS485/RS232通信方式傳輸速率較低，采集周期過長，只能支持抄表功能，不能滿足預付費以及未來開展的分時電價、階梯電價、雙向計量等功能要求。請參閱圖2，是一種以太無源光網絡EPON+集中器+采集器+普通電能表的用電信息采集系統結構示意圖。該系統包括用電信息采集主站、光線路單元(0LT)、分光器、光網絡單元(0NU)、集中器、采集器、電能表組成。普通電能表用于記錄用戶的用電信息；采集器連接于普通電能表與集中器之間，用于采集普通電能表上記錄的用電信息并傳輸給集中器；集中器設置于采集器與光網絡單元ONU之間，用于采集并存儲采集器傳輸的每個用戶的用電信息；用電信息采集主站通過以太無源光網絡以太無源光網絡單元(ΕΡ0Ν系統)采集集中器上的用戶用電信息。對用戶的用電信息進行采集時，采集器以485方式采集普通電能表上記錄的相應用戶的用電信息，并以寬帶載波通信方式傳輸給集中器，集中器采集并存儲由采集器傳送的用戶用電信息，通過光纖方式傳輸給用電信息采集主站。采用這種采集方式，集中器到集中器之間以電力線寬帶載波方式通信，寬帶載波方式高頻信號衰減較快、可靠性較差，不適合長距離傳輸，并且集中器到電能表之間采用485方式，采集周期過長，不能對未來開展的分時電價、階梯電價、雙向計量等功能提供足夠的支持。第三代電能表技術距智能電網建設要求還存在很大的差距，主要體現在電表網絡及通信協議功能簡單、通信接口速率很低，嵌入式通信技術不成熟，難以滿足雙向互動、分布式電源接入、需求響應等智能用電需求。現有的電能表主要記錄用戶所消耗的電能，不能夠接收電網實時電價等信息，尚無節電管理等功能。而智能電網下的智能電能表還需具備以下功能①支持分布式能源用戶的接入；②具備階梯電價、預付費及遠程通斷電功能， 支持智能需求側管理；③可以實時監測電網運行狀態、電能質量和環境參量，支持智能用電用能服務；④具備異常用電狀況在線監測、診斷、報警及智能化處理功能，滿足計量裝置故障處理和在線監測的需求；⑤配備專用安全加密模塊，保障電能表信息安全儲存、運算和傳輸。上述功能的實現伴隨著大量業務數據和實時互動數據的流動，要求智能電表應當具備更高通信數據的通信協議和通信接口，采用一體化通信平臺技術，屏蔽通信方式和通信協議的差異，集中管理各類通信信道和終端，滿足繼承和發展的要求。滿足上述需求的第四代智能電表應當將光接口作為基本接口配置，同時選配以太網和RS-485接口，現有的用電信息采集系統難以完全滿足第四代智能電表和智能電網海量實施數據采集和傳輸的需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種全光用電信息采集系統，信息傳輸速率高、采集周期短、系統穩定性好，能夠實現與用戶的雙向互動，為開展分時電價、階梯電價、雙向計量等業務功能提供支持。一種全光用電信息采集系統，其中包括用電信息采集主站、以太無源光網絡、帶光接口的智能電表；用電信息采集主站通過以太無源光網絡連接智能電表。所述的全光用電信息采集系統，其中所述的以太無源光網絡包括光網絡單元、光分配網絡、光線路單元，光網絡單元與光線路單元之間通過光分配網絡連接，光網絡單元與光分配網絡之間、光分配網絡與光線路單元之間通過光纖復合低壓電纜連接；光網絡單元放在戶內或者放在樓宇豎井中，智能電表與光網絡單元之間通過皮線光纜或配線光纜進行連接；光網絡單元通過光分配網絡上聯至光線路單元，光線路單元放在小區開閉所，通過電力光纖通信網連接至用電信息采集主站。所述的全光用電信息采集系統，其中光線路單元與用電信息采集主站之間采用電力光纖通信網連接。本發明采用上述技術方案后將達到如下的技術效果
本發明的全光用電信息采集系統，從用電信息采集主站到智能電表之間全部采用了光纖通訊方式，利用以太無源光網絡的光纖通信技術高帶寬、大流量、分時復用以及受外界影響小的特點，對用戶的用電信息進行此采集，不僅解決了傳統通信方式傳輸速率低、采集周期長、系統穩定性差等問題，而且光纖提供的高帶寬和高速率能夠實現與用戶的雙向互動， 為開展分時電價、階梯電價、雙向計量等業務功能提供支持。同時，能夠滿足分布式電源以及電動汽車充電設施管理和應用等業務功能大流量、高可靠、低成本的傳輸要求，并且可以利用剩余帶寬開展其他業務功能；此外，本發明的全光用電信息采集系統，不需要昂貴的光交換設備，并且結構簡練，在保證數據傳輸高效、穩定的同時，降低了制造和安裝成本，更適宜大面積推廣應用。綜上，本發明的全光用電信息采集系統，實現了高速、高可靠、低成本的數據傳輸，并支撐后續多種業務功能的開展。
圖1為現有技術中以太無源光網絡+RS485電能表方式的用電信息采集系統結構框
圖2為現有技術中以太無源光網絡+集中器+采集器+普通電能表的用電信息采集系統結構框圖3為本發明全光用電信息采集系統的結構框圖。
具體實施例方式
本發明的一種全光用電信息采集系統，如圖3所示，一種全光用電信息采集系統，其中包括用電信息采集主站、以太無源光網絡(ΕΡ0Ν)、帶光接口的智能電表；用電信息采集主站通過以太無源光網絡連接智能電表；所述的以太無源光網絡包括光網絡單元(0NU)、 光分配網絡(0DN)、光線路單元(0LT)，光網絡單元與光線路單元之間通過光分配網絡連接，光網絡單元與光分配網絡之間、光分配網絡與光線路單元之間通過光纖復合低壓電纜 (OPLC)連接；光網絡單元放在戶內或者放在樓宇豎井中，智能電表與光網絡單元之間通過皮線光纜或配線光纜進行連接；光網絡單元通過光分配網絡上聯至光線路單元，光線路單元放在小區開閉所，通過電力光纖通信網連接至用電信息采集主站。所述光線路單元與用電信息采集主站之間采用電力光纖通信網連接。其中，智能電表記錄用戶的用電信息，智能電表通過其光接口直接與以太無源光網絡中光網絡單元ONU的光接口連接，將用電信息以光纖方式(具體的光纖可采用皮線光纜或配線光纜)傳輸到光網絡單元0NU，光纖通訊的數據傳輸速率和采集周期均遠遠優于傳統電力線載波、485通信等方式；以太無源光網絡單元(EPON)以光纖傳輸方式，將用電信息傳輸到用電信息采集主站，實現用電信息采集主站對智能電表的直接采集，確保了數據傳輸的安全性和可靠性。以太無源光網絡單元(EPON)的光纖通信方式帶寬高，可以利用剩余帶寬服務于其他業務功能，降低光纖到表的建設成本，實現低成本的數據傳輸。本發明的全光用電信息采集系統，主要實現以下幾個目的
1、適應電力系統未來智能表計、集成光接口智能電表的建設、推廣和通信的需求；
2、解決用電信息采集系統數據的高速、高可靠、低成本傳輸問題，有效地屏蔽了通信方式和通信協議的差異，為分時電價、階梯電價、雙向計量等功能提供支持，實現與用戶的雙向實時互動；
3、解決智能電網配用電環節多種業務功能對高帶寬的需求問題，支撐分布式能源、電動汽車充電設施的管理和應用；
4、分布式電源的應用將改變傳統用戶側電能計量的方式，需要增加具備直流計量、雙向計量等功能的智能電能表，掌握更為全面和準確的電能信息，滿足不同時段不同結算電價的計量計費新要求。本發明的一種全光用電信息采集系統，在本地信道中采用基于光纖復合低壓電纜 (OPLC)和以太無源光網絡(EPON)技術，實現光纖到樓、到戶、到電表。由于以太無源光網絡 (EPON)使用無源光分配網絡ODN實現光路分離，其作用是為光線路單元OLT和光網絡單元 ONU之間提供光傳輸通道，不需要昂貴的光交換設備，以較低成本實現點到多點廣播式光通信，實現高效率的數據傳輸，并且EPON利用以太網技術可直接承載IP業務，實現智能電網環境下的雙向實時互動業務。當采用1:64分光比情況下，1.25G的以太無源光網絡(EPON)中每個光網絡單元 ONU傳輸速率最高可達19. 5Mbps，如果每塊智能電表分配2Mbps的帶寬，則全光用電信息采集系統中上行光線路單元OLT (1.25(ibpS)可以支持625個智能電表，并且可以在1秒內全部完成采集任務。當IOG以太無源光網絡(EPON)技術成熟時，目前的以太無源光網絡還能更有效地適應新環境下業務的開展，甚至實現1:256大分光比，能夠支持更多的智能電表。本發明技術方案從采集主站到用戶電能表的全部通信信道均采用光纖作為傳輸介質，以光纖方式實現數據傳輸。同時，本發明全光用電信息采集系統的用電信息采集過程，包括以下步驟
1、智能電表記錄用戶的用電信息；
2、用電信息采集主站通過以太無源光網絡單元(EPON)構建的光纖網絡直接采集智能電表記錄的用戶用電信息。3、用電信息采集主站可通過以太無源光網絡單元(ΕΡ0Ν系統)構建的光纖網絡直接向智能電表發送分時電價信息和互動業務信息。本發明技術方案，從用電信息采集主站到智能電表全部采用了光纖通訊方式，利用光纖通信技術高帶寬、大流量、分時復用以及受外界影響小的特點，對用戶的用電信息進行采集，不僅解決了傳統通信方式傳輸速率低、采集周期長、系統穩定性差等問題，而且光纖提供的高帶寬和高速率能夠實現與用戶的雙向互動，為開展分時電價、階梯電價、雙向計量等業務功能提供支持。同時，能夠滿足分布式電源以及電動汽車充電設施管理和應用等業務功能大流量、高可靠、低成本的傳輸要求，并且可以利用剩余帶寬開展其他業務功能。
權利要求
1.一種全光用電信息采集系統，其特征在于包括用電信息采集主站、以太無源光網絡、帶光接口的智能電表；用電信息采集主站通過以太無源光網絡連接智能電表。
2.如權利要求1所述的全光用電信息采集系統，其特征在于所述的以太無源光網絡包括光網絡單元、光分配網絡、光線路單元，光網絡單元與光線路單元之間通過光分配網絡連接，光網絡單元與光分配網絡之間、光分配網絡與光線路單元之間通過光纖復合低壓電纜連接；光網絡單元放在戶內或者放在樓宇豎井中，智能電表與光網絡單元之間通過皮線光纜或配線光纜進行連接；光網絡單元通過光分配網絡上聯至光線路單元，光線路單元放在小區開閉所，通過電力光纖通信網連接至用電信息采集主站。
3.如權利要求2所述的全光用電信息采集系統，其特征在于光線路單元與用電信息采集主站之間采用電力光纖通信網連接。
全文摘要
一種全光用電信息采集系統，其中包括用電信息采集主站、以太無源光網絡、帶光接口的智能電表；用電信息采集主站通過以太無源光網絡連接智能電表。所述的以太無源光網絡包括光網絡單元、光分配網絡、光線路單元，光網絡單元與光線路單元之間通過光分配網絡連接，光網絡單元與光分配網絡之間、光分配網絡與光線路單元之間通過光纖復合低壓電纜連接；光網絡單元放在戶內或者放在樓宇豎井中，通過光纖與智能電表連接；光網絡單元通過光分配網絡上聯至光線路單元，光線路單元放在小區開閉所，通過電力光纖通信網連接至用電信息采集主站。本發明實現了高速、高可靠、低成本的數據傳輸，并支撐后續多種業務功能的開展。
文檔編號G08C23/06GK102254420SQ20111010011
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者劉浩, 劉源, 孫芊, 宋寧希, 張景超, 牛元立, 邱武斌 申請人:河南電力試驗研究院