0 引言

传统的电能量抄写无法完成自动采控，主要依靠人工现场读表记录，填写繁琐，容易出错，数据汇总困难，数据传递时间长。随着智能电网的建设和科学技术手段的进步，电能量信息采集与监控系统在电力行业广泛应用，成为电力营销中对电能量记录与考核的有效手段。目前，电能量信息采集与监控系统中采用的通信方式多为依赖用户身份识别卡（SIM）的无线通用分组无线业务（GPRS）通信及以太网通信2种方式，由于以太网铺设造价高，限制了其大量使用，目前大多采用GPRS通信进行电能量采集。

本文主要研究物联网GPRS通信在电能量采控终端中的应用，通过电能量采控终端对电能表的各类数据进行实时采控，并将所得到的数字量通过GPRS模块上传到电能量采控系统。这种方式具有节约资源、采控迅速、汇总方便、安全可靠的特点，在智能电网的电能量采控中得到广泛的应用。

1 电能量信息采集与监控系统的构成

通过搭建数据库架构以及硬件设施的铺设，电能量信息采集与监控系统主要由智能电能表、电能量采控终端、上位机电能量信息采集与监控系统（采控主站）3部分组成，如图 1所示。其中电能量采控终端起到承上启下的作用，将采控到的电能表各类数据进行存储，并通过GPRS或以太网等方式将信息上传至采控主站。

1.1 电能量采控终端结构及其计量原理

内蒙古电网电能量采控终端按照用途分为4种：公变电能量采控终端（居民用），专变电能量采控终端（非居民用），大用户电能量采控终端（大工业用），变电站电能量采控终端（变电站用）。电能量采控终端采控各类电能表数据，并上传至数据库进行数据分析与利用，是智能电网的重要组成部分。

电能量采控终端组成如图 2所示，其计量原理为：通过硬件传感器将测量单元接入电流、电压信号转变成模拟量^[1]，经过ADC模数转换器转换成数字量，送到中央处理单元（MCU）进行数据线性处理，得到精确的测量结果并送入相应的存储空间。按照通信协议，以固定的规约格式形成数据帧报文，完成接收与发送，实现数据稳定快速的传输。

1.2 电能量采控终端的计量原理

以三相三线制经电流互感器接入的电能量采控终端为例，说明用电负载为感性时电能量采控终端的计量原理，其接线图如图 3所示。

当负载为感性时，电压超前电流角为φ，由于只有2个功率元件，所以只研究U、W相电流，其相量图如图 4所示。

其功率算式为：第1个功率元件，

第2个功率元件。

总功率P的计算公式为：。

2 基于物联网GPRS通信的电能量采控终端 2.1 物联网与传统GPRS通信的区别

传统GPRS通信所用的SIM卡是具有CPU处理能力的智能卡，符合GSM的协议和3GPP国际规范，是各大移动通信厂商广泛提供的通信卡片。而基于物联网的SIM卡为专门开设的可识别身份的10648号段系列，除了具有能够接入无线网络的身份标识功能外，还具有安全可靠、存储量大、擦写次数多、专用性强、应用性广的特点^[2-3]。

物联网和传统的GPRS通信都是共用无限侧的通信设备，但物联网GPRS通信具有专门提供原籍位置的寄存器（HLR）、网关支持节点（GGSN）以及服务支持节点（SGSN）到专网的设备，从而能够提供更稳定、迅速的数据传输通道，同时可针对不同的用户种类灵活计费，2种传输过程对比如图 5所示。

2.2 电能量采控终端物联网GPRS通信过程

本文以内蒙古电力（集团）有限责任公司应用的电能量采控终端为例，说明电能量信息采集与监控系统通信过程原理，如图 6所示。

接入点名称（Access Point Name, APN）是SIM卡在物联网GPRS通信过程中必备的1个配置参数，需要通信公司提前为用户配置。APN决定了通信过程中通过什么方式来连接物联网GPRS，并通过其进行域名解析，获取相应网关GGSN的互联网协议地址（IP）^[4]。

通信公司为电力用户配置SIM卡IP，电能量采控终端将所采控的电能量信息进行处理后形成数据包，通过SIM卡的IP进行拨号，与基站形成通信传输，并连接相应的网络服务接入点SGSN，再经过物联网GPRS的APN及端口号通过GGSN支持节点，连接至内蒙古电力集团营销信息数据库的前置机服务器，供所有接入公司局域网的计算机使用。

2.3 电能量信息采控系统上位机显示

电能量采控终端通过GPRS通信将电能量各项数据传入内蒙古电力集团营销信息数据库，经过内部局域网通信，可由各局域网电脑端进行数据提取利用。电能量信息采集与监控系统是基于数据库开发的上位机软件，可以将数据及时汇总显示，具有电能量采集、监控、分析、报表等功能^[5]，其显示如图 7所示。

3 物联网GPRS通信应用效果

通过物联网SIM卡在GPRS通信上的批量使用，电能量采控终端的通信稳定性进一步加强，终端掉线率明显下降。巴彦淖尔电业局通过GPRS手段通信的电能量采控终端共计23 237台，截至发稿逐步更换为物联网卡7491张，2018年一季度与2019年一季度营销MIS系统中电能量采控终端上线使用率由94.64%提高至98.92%，由于SIM卡通信故障造成终端掉线率由82.6%下降到23.5%，并且故障处理后重启终端恢复快，大量节约了电能量采控终端运维成本。

4 结束语

电能量采控终端使用物联网GPRS通信取得良好效果，将在内蒙古电网广泛推广应用，将传统的SIM卡逐步更换成物联网SIM卡，会进一步提高电能量采控终端通信的上线使用率和数据传输稳定性，保障电能量数据采控、监测和利用的可靠性，为电网用电稽查和负荷控制提供有力支持。