智能电能表全寿命周期管理系统的研究

智能电能表全寿命周期管理系统的研究

夏磊1王洁2

1贵州大学550025；2国网河南台前县供电公司河南457600

摘要：资产全寿命周期管理作为一种先进的决策方法和管理理念，通过系统的规划设计、釆购检验、运行维护与报废清理等全过程的统筹管理，在满足使用需求和资产安全可靠运行的条件下，使资产在安全、能效、成本等方面达到整体的最优。电能表资产管理不仅包括对固定资产运行状态的日常维护管理，还包括对固定资产存量和分布状态的管理，并涉及到计量的准确性和可靠性。

关键词：智能电能表；全寿命周期；管理系统

1系统原理

本系统在智能电能表生产过程管理、出厂检测设置、仓储管理、用户验收、现场运行、维修报废等几个环节实现全寿命周期管理，各个环节相关数据交互均通过ＲFID技术和网络云平台进行存储和数据传输。ＲFID标签能够支持快速读写、移动识别、多目标识别、定位跟踪管理等功能。通过ＲFID技术解决方案，可以实现物品跟踪与信息共享，同时提高识别效率，该技术的发展为闭环智能电能表全寿命周期管理的实现提供了技术可能。通过有源ＲFID芯片在仪表中的植入，赋予了智能电能表生命，可以在通电和非通电情况下，实现和仪表的实时数据连接，并将各个阶段的数据上传到云服务平台。利用ＲFID的防冲突机制实现多通道多标签同时读写，可实现智能电能表多参数设置、快速检测及校准、本地数据抄收、在线故障诊断。有源ＲFID数据存储容量大、实时处理能力强，具备一定距离的数据传输、接收能力。云平台的搭建有助于客户快速便捷地实现对智能电能表全寿命周期管理，能够实现智能电能表大量数据的实时采集、过滤提取、统计分析、查询报表等。

2系统主要结构

2.1基于有源

ＲFID芯片设计的智能电能表基于ＲFID技术的智能电能表，工作在超高频频段，支持无线射频读写，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，具有数据存储功能。芯片的存储区按分块管理，可以分别锁定和口令保护，支持密码保护读取控制，低功率的读取和写入操作，数据保存时间不少于100年，存储安全性高、防篡改。符合EPCGlobalClass1Gen2(V1．2．0)规范，以及ISO/IEC18000-6C协议，全球唯一识别码。基于ＲFID的智能电能表具有如下功能:各工序信息的写入和读出，可支持生产环节流程控制，通过ＲFID校验，可精简校验设备的器件，降低校验设备的成本，提供工序的基础数据。支持ＲFID本地抄表，可替代红外抄表。不受距离、位置、光照强度的影响，且不必人工输入表号(或输入位置信息)，通过ＲFID的自动读取功能，可实现一键抄收。智能电能表在不通电的情况下，依然能够通过ＲFID读取智能电能表中的各种参数信息，如制造厂商、出厂日期、制造时间、表号、地址号、参数、等级、物品属性(电能表属性)、安装位置(支持现场写入)等。

2.2生产制造流程全过程管理

在仪表制造所有环节设置ＲFID读写系统，使得制造设备与产品(ＲFID智能电能表)之间能够实时沟通，全面管控产品的装配、老化、校验、检验、仓储、维修等环节的总体情况。实现智能电能表在智能制造流程中的自动定位，工序状态设置、自动流程管理等。

2.3基于ＲFID无线通信的自动校验装置

校验装置与智能电能表摒弃传统的ＲS485和红外通讯方式，采用ＲFID射频识别技术实现电能表和检定装置的通信，进行电能表的校准和检验。每台智能电能表在生产完成后，其内部的ＲFID芯片都有一个全球唯一识别码，检定装置通过ＲFID无线读写设备依次完成每台电能表的准确度校准。校表和检验数据通过自动检表装置的ＲFID通道传入被检电能表ＲFID芯片，为电力用户验收比对提供依据。最后，将电能表相关检测数据传至云平台。

2.4智能电能表仓储管理系统

智能电能表仓储管理与现有的国家电网管理系统一致。由于有源ＲFID芯片的信息存储量大，抗腐蚀、抵御恶劣环境强等特点，系统将智能电能表关键参数(如误差、基准电流、电压、常数、制造厂信息等)写入到电能表的ＲFID芯片中，这样在进出库房时电能表存储的数据会自动和库房管理系统数据库进行核对，减少管理失误。同时将电能表出库派发地信息也存入表内芯片，提高仪表运送安装的安全性。

2.5ＲFID智能电能表本地数据抄收系统

普通电能表的现场抄收是基于红外设备，局限性较多，操作不便利。ＲFID智能电能表在进行本地抄收时，无需像红外抄表一样固定位置，只需通过电能表内置的ＲFID天线(有效距离为5米)自动识别读写装置并实现数据传输。系统通过智能手机采用蓝牙转ＲFID模式进行数据读写，并通过手机网络上传到云服务平台，实现云平台一体化管理。整个现场抄收工作更简单、更快捷、并能实现多表集抄。

2.6云平台管理系统

完整的智能电能表全寿命周期管理系统，是物联网中的ＲFID技术、智能电能表和云平台系统的有机结合，包括智能电能表的设计、制造、检测、校准、仓储管理、现场运行、维修记录以及报废处理等等。可实现智能电能表全寿命周期各个阶段的数据追踪溯源。云平台管理系统包括云平台运行评估系统和大数据云平台系统。云平台运行评估系统对电能表整个运行工况进行状态评估，并根据评估状态采取相应的措施。实时获取智能电能表在实际环境中相关数据，结合系统中标准表法和现场周期检验得到的误差数据，综合评估复杂的电网实际运行环境对智能电能表准确性、可靠性的影响，对其进行综合评价。通过分析状态量构成及权重，制定状态评价标准，从而建立运行状态评估方法，并在此基础上提出电能表检修策略。智能电能表的数据规模大，数据结构复杂，关联度高，使用简单的脚本语言预处理已无法解析过于复杂的数据结构，数据质量无法做到有效监控。大数据云平台支持海量结构化和非结构化数据存储，提供丰富的数据挖掘发现手段，具有灵活的数据整合能力和安全访问机制，能提供高性能数据分析处理等服务。

3ＲFID智能电能表设计

ＲFID智能电能表是以智能电能表为基础，加入ＲFID数据通信模块，以实现智能电能表的各项数据参数通过高频无线传输的目的。ＲFID模块通过I2C总线与主控模块相连，ＲFID模块包括ＲFID射频芯片与ＲFID射频天线。当ＲFID天线接收到外界读写设备发来的读写指令时，判断该指令是否与本台电能表相关，如果不相关，不采取任何操作，如果相关，则按照该指令查询相应的信息，再通过ＲFID天线将信息发送到外部读写设备。此外，ＲFID芯片自有协议及相应的存储空间高效利用，也是ＲFID智能电能表的研究重点。为整合信息节约存储空间，ＲFID芯片内部数据区根据功能要求分为参数区、电量数据存储、制造环节信息存储区。参数区保存如下数据:生产厂商、表号、规格、出厂日期等。电量数据存储保存如下数据:当前组合有功总、供电电压、供电电流、费率时段等。制造环节信息存储区保存如下数据:保存制造工序各环节的所有信息。

4结论

文中运用ＲFID技术与网络云平台，构建了智能电能表从生产制造到维修报废的全寿命周期管理系统。并且对ＲFID智能电能表进行了实验测试，结果表明ＲFID智能电能表符合国家标准要求。文中重点研究了应用ＲFID无线技术进行仪表误差的校准、本地多表数据采集等技术问题，很多方面的技术成果正在进行实验验证。本系统对加强电网企业的电力需求侧管理及智能电能表可靠性评价体系的完善具有重要作用。

参考文献：

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项目编号:贵州大学创新基金（研理工2016063）资助项目