基于IEC 62056标准的GPRS多功能电能表

禹志辉

【摘 要】GPRS电能表就是GPRS通信技术和电能表技术的结合体，它将三相多功能电能表和GPRS通信模块相结合，形成具有无线网络通信能力的电能计量装置。本文对IEC62056标准、GPRS多功能电能表的硬件组成进行了介绍。

【关键词】IEC62056标准；多功能电能表；GPRS通讯模块

1.IEC 62056标准概述

IEC62056系列标准，即由国际电工委员会IEC制定的国际标准《电能计量——用于抄表、费率和负荷控制的数据交换》。它的出现解决了目前一些计费装置的数据采集、数据传输及系统集成等方面的问题。2007年经国家电网公司批准，黑龙江电力公司率先决定采用IEC 62056标准构建电能信息采集与管理平台，目前已进入实用化阶段，为社会积累了一定的经验，对于在全国的推广应用起到了极大的推动作用。

2.GPRS多功能电能表

GPRS多功能电能表是针对目前国内电网尤其是关键计量点对于计量精度等级要求逐步提高的要求开发的一款具有高精度并能实现主动远方上传的电能表，精度达到0.5S级，同时采用IEC 62056通讯规约采集数据。

GPRS多功能电能表用于电力系统低压台区的50KVA容量中小专变用户，部分特殊的公变用户。实现用户电量的计量并通过上行GPRS网络上传给远方的主站抄表系统。给电力系统的电量发行、线损考核、窃电报警、台区负载平衡等等功能提供实时准确的基础数据。采用IEC 62056通讯规约满足《黑龙江省电能信息采集与管理系统电能表》的要求。

GPRS多功能电能表采用三相四线、三相三线0.5级多功能表为主体、配合GPRS通讯模块实现主要功能。并能实现开箱报警、过压、欠压、断相、超负荷、失流、电流不平衡等信息异常报警、装置故障报警、计量异常报警、掉电报警等的主动上传功能。在掉电后至少保持能主动上传3次的通讯报文功能。 采用GPRS无线网络的上行信道接口，实时在线随时通讯，有灵活的远方设置各种参数的能力。

GPRS多功能电能表主要由ADC与DSP电能计量单元，MCU电能数据管理单元和GPRS通讯模块组成，系统框图见图1。其中，计量单元完成用户电能数据的采集与计量；数据管理单元完成用户电能数据的管理，同时响应主站下发的指令；GPRS通讯模块完成数据在电能表与主站之间的无线传输。

图1 系统框架图

GPRS多功能电能表采用16位ADC芯片AD73360。AD73360具有六个同时采样模拟量输入通道，所以特别适合用于三相制电力运行参数测控类应用系统，对三个相电压和三个相电流同时采样。

计量芯片采用ATT7022，ATT7022是一款多功能防窃电，高精度三相电能专用计量芯片，有功测量满足0.5S/0.2S，无功测量满足2级、3级，适用于三相三线和三相四线应用。使用该芯片设计电能计量检测系统可大大减少外围电路的元器件，并可降低成本，提高可靠性。

MCU采用STM32F101。AMR的Cortex-M3处理器是最新一代的嵌入式ARM处理器，为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减管脚数目、降低系统功耗、同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。

3.GPRS通信模块

GPRS通信模块是一个独立的模块，它为满足用户抄表系统的技术要求和传输规约，实现数据的可靠传输。GPRS通信模块与基表的下行通信满足DT/L645多功能电能表通信协议，与主站的上行通信满足《黑龙江省电能信息采集与管理系统电能表》的要求。

目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。各厂家载波芯片对比见下表。

4.GPRS多功能电能表抗干扰设计

GPRS多功能电能表很容易受到系统内、外各种电气和电磁干扰，在GPRS多功能电能表设计中EMC性能是需要考虑的一个很重要的方面，本设计采用计量部分和控制部分分开、隔离的方法，将模拟电路和数字电路的布线分隔等措施有效地降低外界噪声的影响。具体方法如下：

（1）用地线把数字区与模拟区隔离。

（2）对IC器件去耦是对抗高频传导干扰脉冲是非常必要的，去耦电容必须尽可能地靠近器件的电源盒底线引脚。

（3）晶振与DSP引脚尽量靠近，用地线网格把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。

（4）使用电源监控及看门狗电路，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

（5）在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。

【参考文献】

[1]宋晓林.IEC62056（电能计量——用于抄表、费率和负荷控制的数据交换）标准体系简介.电测与仪表，2004，（02）.

[2]张友顺，冯井岗.电能计量基础.中国计量出版社，2002.

[3]阎石.电子数字技术基础.高等教育出版社，1998.