集中器功能檢測方法的研究

蘆嘉輝，李德偉，陳玥名

(遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110006)

按照建設堅強智能電網的總體要求，為保證智能電網建設規(guī)范有序推進，實現電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設“全覆蓋、全采集、全預付費”的總體目標，規(guī)范統(tǒng)一用電信息采集系統(tǒng)及主站、采集終端、通信單元的功能配置、型式結構、性能指標、通信協議、安全認證、檢驗方法、建設及運行管理等。在國家電網公司“電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設研究”項目研究成果基礎上，國家電網公司于2009年底制定了《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)》企業(yè)標準系列。國家電網“企業(yè)標準系列”的制定為采集系統(tǒng)的快速有序發(fā)展提供了堅實的基礎。

集中器作為電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的重要終端設備，負責采集大批電能表的電能數據。在入網前對集中器進行功能測試是必不可少的重要環(huán)節(jié)。因此，對集中器測試方案的選取就顯得尤為重要。

1 高級量測體系

高級量測體系是在用電信息采集系統(tǒng)的基礎上建設和發(fā)展起來的，是智能電網建設的基礎。智能電網建設的4個基礎工程分別是高級量測體系 (AMI)、高級配電運行 (ADO)、高級輸電運行 (ATO)和高級資產管理 (AAM)［1］。其中ADO、ATO和AAM都需要AMI的支持。AMI是未來電力事業(yè)發(fā)展的重要基礎，是智能電網的重要組成部分之一。AMI是用電信息采集系統(tǒng)的深入和發(fā)展，兩者物理架構大致相同，均由主站、通信網絡和信息采集終端3個部分組成，其網絡拓撲簡圖如圖1所示。

圖1 物理架構

主站包括通信前置機、應用服務器、數據庫和管理系統(tǒng)等。通信網絡分為上行信道和下行信道。集中器、專變終端和分布式能源監(jiān)控終端與主站的通信網絡稱為上行信道，上行信道可以采用光纖專網、GPRS/CDMA無線公網、230 MHz無線專網和中壓電力線載波專網;集中器、專變終端和分布式能源監(jiān)控終端與采集器/電能表的通信網絡稱為下行信道，下行信道可以采用低壓電力線窄帶載波、寬帶載波和RS485總線［2］。

信息采集終端包括電能表、集中器、采集器、專變終端和分布式能源監(jiān)控終端。電能表是電網企業(yè)與電力用戶的信息交換窗口，它直接面向電力用戶，負責電力用戶的用電信息采集;集中器負責主站和采集器/電能表的通信;將采集器/電能表上傳的數據進行處理和儲存并轉發(fā)給主站，將主站下發(fā)的命令傳達給采集器/電能表［3］;采集器主要功能是通信協議的轉換，集中器可以直接與具有載波通信功能的電能表通信，而對沒有載波通信功能的多功能電能表，就需要經過采集器進行RS485通信協議和載波通信協議的轉換;專變采集終端是針對采用專用變壓器供電的電力用戶進行用電信息采集的設備，可以實現電能表數據的采集、電能計量設備工況和供電電能質量監(jiān)測，以及客戶用電負荷和電能量的監(jiān)控，并對采集數據進行管理和雙向傳輸;分布式能源監(jiān)控終端是對接入公用電網的用戶側公布式能源系統(tǒng)進行監(jiān)測與控制的設備，可以實現對雙向電能計量設備的信息采集、電能質量監(jiān)測，并可接受主站命令對分布式能源系統(tǒng)接入公用電網進行控制。

集中器是AMI重要的終端設備。一般情況下，1臺集中器管轄1個小區(qū)或1臺變壓器供電范圍內的電能表［4］，其對AMI的重要程度不言而喻。

2 集中器的功能檢測

集中器的主要功能有現場監(jiān)測、數據采集、數據傳輸、數據管理存儲和控制功能。集中器是主站和電能表之間的通信接口，理論上1塊集中器最多可以采集2 046塊電能表的用電數據信息，集中器一旦發(fā)生故障影響面大，其性能的好壞直接影響整個采集系統(tǒng)的正常運行。因此，為了保證集中器的質量，必須在投入運行前對集中器進行功能檢測。

2.1 集中器功能檢測原理

集中器的檢測包括功能測試和通信信道驗證兩部分，功能測試包括對集中器的各項功能如抄表與費率參數的設置、對電能表的數據采集等功能的測試，通信信道驗證就是對物理信道和通信協議的驗證。

集中器功能檢測由檢測軟件和檢測裝置組成。為了統(tǒng)一集中器功能檢測的流程、方法和判定依據以及實現自動化測試，國家電網公司統(tǒng)一發(fā)布了用電信息采集終端的檢測規(guī)范和檢測軟件，而硬件可以采用不同廠家的檢測裝置。集中器功能檢測的原理圖如圖2所示。

圖2 集中器功能檢測原理圖

上位機軟件控制檢測裝置的電壓、電流和功率因素等參數，模擬主站與集中器進行上行信道的通信，并模擬電能表與集中器進行下行信道的通信。主站和集中器之間的通信采用Q/GDW376.1通信協議，上位機軟件模擬主站通過上行信道給集中器發(fā)送命令，并接受集中器返回的數據;集中器和電能表之間的通信采用DL/T645通信協議，集中器通過下行信道給模擬電能表發(fā)送命令，并接受模擬電能表返回的數據。集中器功能檢測的測試項目包括參數設備和查詢、數據采集、數據處理、控制、事件記錄、任務上報和數據采集 (交流采樣)7大類共57項測試項目。

2.2 集中器功能檢測方案的比較

在實驗室里對集中器進行功能檢測的目的有兩個:一是測試集中器本身的各類功能是否正常;二是采用與現場應用一致的通信信道，看其能否正常工作。而集中器本身的功能測試首先必須要合理地選擇上行信道和下行信道。因此，如何合理地選擇通信信道是確定集中器功能測試方案的關鍵。

集中器在實際運行時下行信道可以采用低壓電力線窄帶載波、寬帶載波和RS485。在實驗室里對集中器進行功能測試與現場實際運行情況稍有不同。下行信道如果采用載波通信需要實際接入16塊電能表，而目前國內的載波方案有東軟、曉程、鼎信、力合微等幾種，對采用不同載波方案的集中器需要接入采用相同載波方案的一批電能表，不適合實驗室目前的實際情況?？上壤脵z測裝置模擬電能表RS485與集中器通信以進行集中器的功能測試，功能測試合格后再實際接入電能表對載波信道進行驗證，大大提高了試驗效率。

集中器在實際運行時上行信道可以采用光纖專網、GPRS/CDMA無線公網、230 MHz無線專網和中壓電力線載波專網。在實驗室里上行信道可以采用GPRS、RS232和以太網三種方案。

方案一，上行信道選擇GPRS。該方案符合遼寧地區(qū)集中器的實際運行情況。檢測時模擬現場情況，通過中國移動的通用分組無線業(yè)務 (GPRS)和電力公司的虛擬專網VPN連接到測試計算機。

方案二，上行信道選擇 RS232。集中器的RS232通信接口一般用來作為調試接口，也可作為上行信道的通信接口，與測試裝置進行通信。

方案三，上行信道選擇以太網。以太網是物理層和數據鏈路層的通信協議，采用載波監(jiān)聽多點接入/沖突檢測機制 (CSMA/CO)，技術成熟、通信穩(wěn)定性高。一般集中器均有RJ－45接口，只有極少數的廠家生產的集中器沒有以太網功能。所有被測的集中器和上位機均接入交換機組成以太網進行通信。

經過實際測試試驗對上述三種測試方案進行了比較。上行信道采用GPRS的測試方案，由于無線通信容易受到外界的干擾，而且延時較大，測試過程的等待時間較長，對集中器的全部57項功能測試周期過長，測試效率過低;上行信道采用RS232，存在的問題是通信速率較慢，測試效率過低;上行信道采用以太網通信，測試效果最好，采用該方案對16塊集中器同時進行功能測試，測試周期大約為7.5 h，相對于前兩種方案測試效率得到了極大的提高。

根據實際測試比較最后確定集中器功能測試方案是:先選擇通信效率較高的上行以太網/下行RS485進行功能測試，全部功能測試合格后進行上行GPRS/下行載波的通信信道驗證。在功能測試階段，上行信道選用以太網，為了將外界電磁干擾降到最低，選用屏蔽雙絞線作為以太網的物理媒體，下行信道選用測試裝置的模擬電能表RS485，對全部57項功能進行測試;全部功能測試合格后進行實際通信信道驗證，上行信道選用GPRS，下行信道選用載波通信，接入與集中器載波方案相同的16塊單相電能表，選取幾個功能進行信道驗證。

經過大量的實際試驗表明此方法既進行了功能測試，又驗證了實際信道，而且測試效率高。由于縮短了集中器功能測試的周期，在對大批量的集中器進行集中測試時，此測試方案獲得了良好的效果。

3 試驗數據

集中器功能測試共7大類共57項測試項目，現以事件記錄中的電壓斷相事件的檢測過程為例來說明測試過程，其它測試項目與此類似。上位機軟件通過控制檢測裝置模擬電能表發(fā)生A相斷相事件，等待一個抄表周期后讀取集中器的終端3類數據的電壓斷相事件寄存器，若電壓斷相事件、斷相相別和發(fā)生時間等標志位均正確，說明集中器正確記錄了此次電能表的電壓斷相事件，該項功能合格;若有任一項標志位未發(fā)生改變，在排除了通信信道的原因后可以判定集中器的電壓斷相事件不合格。集中器功能檢測的所有測試項目均由軟件自動完成。

截取電壓斷相實驗報文如下:68 BA 00 BA 00 68 88 10 21 DC 41 02 OE 62 00 00 02 00 00 15 14 15 0A 1C 47 01 01 01 08 02 80 41 00 04 00 22 00 22 00 00 00 00 50 00 00 50 00 00 00 00 80 00 2B 16。

故障代碼0AH=10D，即ERC10，表示電壓回路異常;事件寄存器41H=01000001B，其中高兩位01表示斷相;低三位001表示A相異常。從該報文可以判斷發(fā)生的事件是A相斷相，說明該集中器電壓斷相事件測試合格。

4 結束語

集中器是AMI的重要終端設備，而AMI是智能電網建設的重要組成部分。對集中器功能進行檢測保證了AMI的正常運行和智能電網建設的順利進行。采用本文的集中器測試方案，先進行功能測試再進行信道驗證，功能測試時選擇上行以太網/下行RS485，實際信道測試時選擇上行GPRS/下行載波通信，既對集中器進行了功能測試，又驗證了實際運行時的通信信道。從實際的應用情況來看，大大提高了集中器的檢測效率。當有大批量的集中器需要檢測時，能夠及時對集中器進行測試，既保證了進入電網的集中器的質量，又提高了測試效率，以便各集中器生產廠家對電網的及時供貨和現場安裝。

［1］ 宗建華，閆華光，史樹冬，等．智能電能表 ［M］．北京:中國電力出版社，2010．

［2］ 中國儀器儀表學會電磁測量信息處理儀器分會．自動抄表技術的發(fā)展狀況［J］．電測與儀表，2001，38(10):5－9．

［3］ 王月志，劉伯剛．自動抄表系統(tǒng)［J］．電測與儀表，2004，41(9):48－51．

［4］ 白書橖．遠程集中自動抄表系統(tǒng) ［J］．低壓電器，2004(8):22－25．