關(guān)口電能量采集及遠(yuǎn)傳終端的應(yīng)用與發(fā)展

吳乾坤

(黑龍江太平洋科技有限公司，哈爾濱150090)

20世紀(jì)70～80年代電能量采集與管理系統(tǒng)僅作為SCADA/RTU系統(tǒng)中的單項(xiàng)功能之一，從20世紀(jì)90年代后期發(fā)展到現(xiàn)在成為具有獨(dú)立主站系統(tǒng)，專用通信網(wǎng)絡(luò)，專用電能量采集終端以及一系列通信規(guī)約和協(xié)議組成的專用系統(tǒng)。成為各級(jí)供電部門計(jì)算和統(tǒng)計(jì)線損、變損、站損和網(wǎng)損等高度自動(dòng)化的信息采集與管理系統(tǒng)。

電能信息采集與管理系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用范圍不同分為廠站級(jí)、地區(qū)級(jí)和省網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)。通常采用便于擴(kuò)展的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由主站側(cè)的數(shù)據(jù)采集處理器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)分析處理器和分散式用戶;各個(gè)分散廠站側(cè)的電能計(jì)量裝置、狀態(tài)開關(guān)和電能量采集及遠(yuǎn)傳終端;以及連接主站側(cè)和廠站側(cè)的有線和無線通信網(wǎng)絡(luò)組成。電能量采集及遠(yuǎn)傳終端(以下簡(jiǎn)稱為“采集終端”)是采集、處理和傳輸現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的設(shè)備裝置，是整個(gè)系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確、可靠和完整數(shù)據(jù)的通訊中樞，從而確定了其在整個(gè)系統(tǒng)中的重要地位。

1 關(guān)口采集終端技術(shù)現(xiàn)狀

采集終端是集電子、測(cè)控、通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一體的電力系統(tǒng)自動(dòng)化裝置。關(guān)口采集終端下行采集掛載各種表計(jì)、狀態(tài)開關(guān)，主要通過RS485串行通道采集電能、事件、狀態(tài)等數(shù)據(jù);上行通過內(nèi)置MODEM、GPRS/CDMA模塊、無線電臺(tái)、以太網(wǎng)絡(luò)等接口模塊與抄表主站通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔苄畔⒉杉c管理系統(tǒng)的主站中。目前，關(guān)口采集終端具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)和廠家多、應(yīng)用廣，主要技術(shù)狀況可用以下幾點(diǎn)概述:

1.1 外形結(jié)構(gòu)

關(guān)口采集終端主要分為機(jī)架式和壁掛式兩種結(jié)構(gòu)。壁掛式結(jié)構(gòu)便于與壁掛式關(guān)口電能表組屏;機(jī)架式主要采用標(biāo)準(zhǔn)的47.5 cm的3U機(jī)箱，適于與機(jī)架式關(guān)口電能表組屏，由于多采用模塊化、全插拔式結(jié)構(gòu)可熱插拔、擴(kuò)展性較強(qiáng)。

人機(jī)界面主要采用大屏幕液晶屏，顯示直觀、全面，通過有按鍵配合可設(shè)置和查詢各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，此外都具有當(dāng)?shù)胤?wù)口和狀態(tài)指示燈，可通過專用軟件在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各種設(shè)置、查詢操作。

1.2 功能特點(diǎn)

關(guān)口采集終端主要功能分為采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳、狀態(tài)監(jiān)視及事件記錄4大功能。

1)采集功能支持多種采集接口(包括CS環(huán)、RS485、脈沖等)，多種電能表規(guī)約(主要為 DL/T645、DLMS、IEC1107等);配置多路抄表通道(通?！?路)，多種采集方案，采集數(shù)據(jù)項(xiàng)全面(電能、需量、變量、參變量和負(fù)荷曲線等)，四遙功能(采集遙測(cè)、遙脈、遙信信息和遙控輸出)等。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大(通?！?4 MB)、可擴(kuò)展，數(shù)據(jù)帶時(shí)標(biāo)、帶校驗(yàn)存儲(chǔ)，重要數(shù)據(jù)可備份，數(shù)據(jù)訪問、設(shè)置具有安全訪問權(quán)限措施。

3)主站通訊方式多樣化(通常支持Ethernet、撥號(hào)、專線、GPRS/CDMA)，通道配置豐富(通常支持通道不少于3路)，通道配置靈活(可裁減和復(fù)用，且支持終端級(jí)聯(lián))，主站通信規(guī)約多樣化(通常支持IEC870－5－102/DL/T719、SCTM和各省網(wǎng)規(guī)約等)。

4)內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，硬件看門狗，聲或光報(bào)警器件，完成狀態(tài)監(jiān)視、自檢、自恢復(fù)、校時(shí)及事件記錄功能。

1.3 實(shí)現(xiàn)方式

硬件平臺(tái)由8位/16位微處理器向32位微控制器發(fā)展;軟件平臺(tái)由無操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單嵌入算法向商業(yè)化的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展。

2 黑龍江電力關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)改造中采集終端的應(yīng)用

黑龍江太平洋科技有限公司針對(duì)中國(guó)電力行業(yè)的特點(diǎn)和國(guó)際相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)電能量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸設(shè)計(jì)了DT20系列采集終端。圖1為該采集終端功能架構(gòu)。

該采集終端通過了電力工業(yè)電力設(shè)備級(jí)儀表質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心的全面測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均符合DL/T743－2001電能量遠(yuǎn)方終端的標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，主站通訊規(guī)約符合DL/T719－2000遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分:傳輸規(guī)約的規(guī)定[2]。獲得電能量終端產(chǎn)品型號(hào)注冊(cè)登記證。在黑龍江關(guān)口計(jì)量系統(tǒng)改造中得到廣泛應(yīng)用，該改造項(xiàng)目中廠站側(cè)設(shè)備主要有關(guān)口電能表、多功能電能表、線損分析儀及采集終端、電力負(fù)控終端、網(wǎng)損采集終端、調(diào)度采集終端和綜合自動(dòng)化后臺(tái)機(jī)。由于關(guān)口電能表RS485數(shù)據(jù)口有限，不能滿足多臺(tái)終端采集數(shù)據(jù)的需求，關(guān)口采集終端擔(dān)當(dāng)了數(shù)據(jù)通訊中樞的作用，實(shí)現(xiàn)了以關(guān)口電能表、線損分析儀、旁路開關(guān)為數(shù)據(jù)源，電力負(fù)控終端、綜合自動(dòng)化后臺(tái)機(jī)和電能采集與管理系統(tǒng)等多主站采集的解決方法。圖2為關(guān)口電能采集系統(tǒng)廠站側(cè)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 DT20關(guān)口采集終端功能架構(gòu)圖

圖2 關(guān)口電能采集系統(tǒng)廠站側(cè)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖

改造前后臺(tái)機(jī)、電力負(fù)控終端通過DL/T645[3]與關(guān)口電能表直接通訊，改造后后臺(tái)機(jī)、各種終端可通過關(guān)口采集器級(jí)聯(lián)口，獲得電能數(shù)據(jù);遠(yuǎn)方主站通過GPRS或MODEM召測(cè)采集器獲得的數(shù)據(jù)。該方案不僅滿足了電能采集與管理系統(tǒng)對(duì)廠站側(cè)的需求，而且不影響改造前現(xiàn)場(chǎng)的各種應(yīng)用，在改造中得到全面推廣。

3 關(guān)口采集終端的發(fā)展方向

考慮到電力系統(tǒng)政策的不斷推進(jìn)，采集終端應(yīng)用領(lǐng)域必將隨之拓展。根據(jù)采集終端的應(yīng)用現(xiàn)狀及關(guān)口計(jì)量、采集和傳輸技術(shù)手段的提高，著眼于智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的需要，“模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”將成為關(guān)口采集終端的主要方向發(fā)展。

3.1 模塊化

模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù)有利于采集終端的升級(jí)、移植和擴(kuò)展。模塊化包括硬件模塊化和軟件模塊化。硬件模塊化是根據(jù)元器件的制造工藝、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等將技術(shù)相對(duì)成熟和標(biāo)準(zhǔn)的部分進(jìn)行封裝入庫，形成可組合、分解、更換的相對(duì)獨(dú)立的單元，模塊式結(jié)構(gòu)能使以后的擴(kuò)展被簡(jiǎn)單集成到現(xiàn)有的終端結(jié)構(gòu)中，使配置更加合理。軟件模塊化是指終端功能模塊化，在硬件模塊化的基礎(chǔ)上可組合、能分解、易升級(jí)。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化主要是建立一套完整的、互操作性好的采集終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息的共享和互用。主要是4個(gè)統(tǒng)一:功能統(tǒng)一、外觀級(jí)接線統(tǒng)一、通信協(xié)議統(tǒng)一、應(yīng)用關(guān)口類型統(tǒng)一。

明確定義采集終端的基本功能，可擴(kuò)展功能;外觀結(jié)構(gòu)、安裝尺寸、顯示內(nèi)容、接線端子布局，以及按鍵、通信接口、銘牌、信號(hào)輸出端子和顯示器參數(shù)，便于安裝、使用和管理。

上行主站通信規(guī)約、下行抄表通訊規(guī)約、級(jí)聯(lián)通訊規(guī)約，且各規(guī)約必須適合擴(kuò)展，以滿足電力不斷發(fā)展的需求。針對(duì)廠站級(jí)、地區(qū)級(jí)和省網(wǎng)級(jí)系統(tǒng)對(duì)采集終端的不同需求，劃分不同關(guān)口類型標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)前應(yīng)用中，關(guān)口采集終端已經(jīng)發(fā)揮數(shù)據(jù)通訊中樞的作用。今后的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向主要表現(xiàn)在采集終端可具有作為系統(tǒng)中的一個(gè)通信網(wǎng)關(guān)的功能，承擔(dān)電能采集管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與整個(gè)變電所應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)之間的通信。采集終端就必須具有豐富的網(wǎng)絡(luò)接口，提高RS485總線節(jié)點(diǎn)的相互獨(dú)立性、無線通信的穿透力、有線通道的可靠性和抗干擾性，提高接口的適應(yīng)性和組網(wǎng)的靈活性，達(dá)到減少安裝和調(diào)試工作量，提高數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)哪芰Α?/p>

3.4 智能化

采集終端的智能化是在原有數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)和傳輸功能的基礎(chǔ)上，具備更多的主動(dòng)性和互操作性。不僅能夠記錄電能、開關(guān)量、諧波和故障數(shù)據(jù)，而且能夠進(jìn)行諧波分析、電能質(zhì)量分析、用電需量分析，提供無功補(bǔ)償、故障定位所需數(shù)據(jù)，記錄并主動(dòng)上報(bào)事件;存儲(chǔ)PT，CT參數(shù)，線路運(yùn)行參數(shù)，電力價(jià)格、費(fèi)率信息和用電量趨勢(shì)信息等;能夠有選擇的進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)主站對(duì)關(guān)口電能表的控制;完善升級(jí)功能，增加數(shù)據(jù)加密技術(shù)、物理防攻擊措施、軟件防火墻技術(shù);增強(qiáng)顯示、操作、報(bào)警功能。

4 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的不斷提高，電能量采集及遠(yuǎn)方終端不僅是介于計(jì)量主站與電能表之間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)設(shè)備，而且正在向數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控、故障錄波、微機(jī)保護(hù)、集散控制的一體化多功能的智能采集傳輸設(shè)備方向發(fā)展。將在智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展中起到更重用的作用。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T 719－2000遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分:傳輸規(guī)約[S].北京:中國(guó)電力出版社，2000.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T 743－2001電能量遠(yuǎn)方終端[S].北京:中國(guó)電力出版社，2001.

[3]國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，中華人民共和國(guó)國(guó)家和發(fā)展改革委員會(huì).DL/T 645－2007多功能電能表通信協(xié)議[S].北京:中國(guó)電力出版社，2007.