利用電力通信環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集抄應(yīng)用

孫長勝

( 焦作煤業(yè)( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司 供電處，河南 焦作 454000)

由于焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司(以下簡稱該公司)所轄電力客戶多分布廣，400 多公里線路地域跨度大，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量大、采集點(diǎn)分散，以及每月抄表時(shí)間的不同步造成誤差較大。隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了相應(yīng)的自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表技術(shù)。同時(shí)電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)預(yù)留了可選擇的通信平臺，獨(dú)立的通信系統(tǒng)也為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中抄表提供了條件。

我們利用原有電調(diào)自動(dòng)化電力通訊環(huán)網(wǎng)通過電量采集終端系統(tǒng)包括后臺監(jiān)視計(jì)算機(jī)(配置抄表監(jiān)視管理軟件)和下屬電能量采集終端，實(shí)現(xiàn)對用戶電表電量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。

一 電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)電力通訊環(huán)網(wǎng)光纖通訊

電調(diào)自動(dòng)化電力通訊環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)是把現(xiàn)場系統(tǒng)遠(yuǎn)程測控裝置(RTU)采集的數(shù)據(jù)、電話語音信號和視頻圖象信號通過光纖傳送到電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)后臺。

1.光纖通訊原理

該公司光纖通訊網(wǎng)絡(luò)為環(huán)形光纖通訊系統(tǒng)。光纖通訊是以光波作為傳輸載體的通訊手段。光端機(jī)的發(fā)送端內(nèi)含有光源，它完成將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并輸入光纖傳輸遠(yuǎn)方;光端機(jī)的接收端內(nèi)含有光檢測器，它完成將來自光纖信號還原成電信號，并輸入到光端機(jī)的接受端，數(shù)據(jù)可以雙向傳輸。

2.電力通訊環(huán)網(wǎng)通信規(guī)約

該公司調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用循環(huán)式規(guī)約報(bào)文式。循環(huán)式規(guī)約(CDT 規(guī)約)是一種現(xiàn)場RTU 按時(shí)間順序自發(fā)地不斷循環(huán)，以幀結(jié)構(gòu)、信息字結(jié)構(gòu)方式向后臺上報(bào)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，后臺被動(dòng)接收。即使發(fā)生暫時(shí)通訊失敗一些數(shù)據(jù)，當(dāng)通訊恢復(fù)正常后，被丟失的數(shù)據(jù)扔有機(jī)會上傳，這樣不至于信號丟失，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)控制。規(guī)約采用可變幀長度、多種楨類別循環(huán)傳送、變位遙信優(yōu)先傳送，重要遙調(diào)量更新循環(huán)時(shí)間較短，區(qū)分循環(huán)量、隨機(jī)量和插入量采用不同形式傳送信息，以滿足電網(wǎng)調(diào)度安全監(jiān)控系統(tǒng)對遠(yuǎn)動(dòng)信息的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。該公司調(diào)度循環(huán)式規(guī)約報(bào)文式。EB 90 EB 90 EB 90 同步字表示遙信。71 F4 04 5E 02 27 表示信息字。71 表示上行;F4 表示遙信;04 表示楨長4 個(gè);5E 表示原地址;02 表示目的地址;27 表示效驗(yàn)碼。

3.電力通訊環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)情況

該公司現(xiàn)有35 個(gè)變電站、3 個(gè)熱電廠和電調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)后臺，38 個(gè)廠站東西分布構(gòu)成集團(tuán)公司的雙回路環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通訊設(shè)計(jì)是把38 個(gè)廠站劃分為3 個(gè)環(huán)網(wǎng)，并且3 個(gè)環(huán)網(wǎng)相切。其目的是當(dāng)一個(gè)環(huán)網(wǎng)光纖斷開或光端機(jī)故障時(shí)，光端機(jī)自愈功能使數(shù)據(jù)從斷開點(diǎn)反向傳輸?shù)胶笈_，保證該環(huán)其它廠站數(shù)據(jù)不丟失。為克服環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，除主環(huán)之外設(shè)置一備用環(huán)。當(dāng)主環(huán)故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用環(huán)。這種故障錯(cuò)容能力是其它網(wǎng)絡(luò)沒有的。通訊規(guī)約采用新部頒循環(huán)式方式。采用光纖中速透明傳輸，通過各自數(shù)據(jù)緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，其傳輸速度為100Mb/s。這種設(shè)計(jì)方案網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是環(huán)形，而邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線型。

二 集抄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集抄系統(tǒng)分為兩部分:硬件部分和軟件部分。包括后臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)(CL7101 主站系統(tǒng))和下屬電能量采集終端(CL790D 用電管理終端)，實(shí)現(xiàn)對各變電站電表電量數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能:實(shí)時(shí)采集用戶當(dāng)前用電量及報(bào)警情況;定時(shí)采集用戶電量;定時(shí)監(jiān)測某些用戶的運(yùn)行情況;即時(shí)打印報(bào)警信息;處理數(shù)據(jù)形成的多種報(bào)表和圖形;導(dǎo)出數(shù)據(jù)生成電子文件，供其它引用，查閱和備份。

三 CL7101 主站系統(tǒng)

公司集抄系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖如下。

CL7101 用電管理系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、計(jì)量裝置監(jiān)測、負(fù)荷控制、供電質(zhì)量監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)分析等功能的平臺。系統(tǒng)以GPRS/CDMA 為主要通信通道，同時(shí)支光纖以太網(wǎng)、電話撥號等其他通信通道。本項(xiàng)目所使用的是光纖以太網(wǎng)通信通道。系統(tǒng)提供了從硬件設(shè)備到主站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)、綜合統(tǒng)計(jì)的一攬子的解決方案。針對不同的用電對象配置不同的采集設(shè)備，并提供了符合電量管理內(nèi)在邏輯的分析手段和方法，能靈活配置、完整分析各種用電情況，如全局供用電統(tǒng)計(jì)、母線平衡分析、線路線損計(jì)算、臺區(qū)電量統(tǒng)計(jì)、配變管理等。

1.系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)企業(yè)級應(yīng)用，組網(wǎng)靈活、功能擴(kuò)充方便。

(2)系統(tǒng)采用J2EE 的三層體系結(jié)構(gòu)，基于中間件的系統(tǒng)間互聯(lián)方式，互聯(lián)方便快捷。

(3)支持3G/GPRS/CDMA/GSM、光纖以太網(wǎng)絡(luò)、電話撥號、專網(wǎng)通道等多種通信方式。

(4)支持國家電網(wǎng)規(guī)約、廣東電力等通信規(guī)約。

(5)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量管理，節(jié)省硬件投資，便于系統(tǒng)維護(hù)管理。

2.系統(tǒng)功能

電能量采集;用電監(jiān)測;負(fù)荷控制;用電分析;線損分析;電量統(tǒng)計(jì)分析;計(jì)量故障和防竊電監(jiān)測;負(fù)荷預(yù)測;Web 發(fā)布;自定義報(bào)表。

3.系統(tǒng)應(yīng)用

CL7101 用電管理系統(tǒng)提供完整的解決該公司供電處電能量管理的完整方案，系統(tǒng)協(xié)議規(guī)約庫豐富，能夠接入各個(gè)變電站多種電能量采集管理終端。在集抄監(jiān)控主站需建立一套主站系統(tǒng)，就可滿足供電處管理多種電能量需求的功能，大量節(jié)約了主站硬件設(shè)備的投入，同時(shí)，也減少了系統(tǒng)維護(hù)成本，系統(tǒng)可操作性更強(qiáng)。

四 CL790D 用電管理終端

CL790D 用電管理終端采用了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)芯片技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等技術(shù)，支持并采用GPRS 公用無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理現(xiàn)代化的重要組成部分，也是電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的配套終端產(chǎn)品，和電力負(fù)荷管理主站配合可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的監(jiān)測與控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)抄表、計(jì)量設(shè)備監(jiān)測和防竊電，以及各種負(fù)荷閉環(huán)控制和異常告警功能。

1.系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)采用高速32 位ARM 和Linux 操作系統(tǒng);內(nèi)部嵌入高速高精度的采集模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高速電能計(jì)算，特別是在負(fù)荷波動(dòng)大、諧波含量高的運(yùn)行狀況下依然能夠保證采樣和電能計(jì)量精度。

(2)終端電磁兼容性能優(yōu)良，能抵御高壓尖峰脈沖、強(qiáng)磁場、強(qiáng)靜電、雷擊浪涌的干擾、且具有較強(qiáng)的溫度自適應(yīng)能力范圍。

(3)與主站的通信支持《Q/GDW 376.1—2009 電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議》或《電力負(fù)荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約－2005》(國家電網(wǎng)公司)自適應(yīng)，支持TCP/UDP/SMS 傳輸模式。

(4)與電能表的通信支持DL/T645－1997/2007(部頒規(guī)約)、科陸、威勝、華立等多種常用表計(jì)規(guī)約;終端同時(shí)支持不少于兩種規(guī)約的電表接入，支持主站遠(yuǎn)程升級終端電表規(guī)約庫。

(5)寬電壓范圍設(shè)計(jì)使其具有更高的可靠性，更加適應(yīng)工作環(huán)境。

(6)全新的維護(hù)概念:具有功能強(qiáng)大的組態(tài)功能，可以在當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方方便地修改設(shè)備參數(shù)，支持當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方軟件的在線升級。

(7)具有遠(yuǎn)方遙控功能，支持開關(guān)狀態(tài)輸入和計(jì)量箱門打開報(bào)警，與主站配合可靠地實(shí)現(xiàn)防竊電功能。

(8)大容量的主板FLASH 存儲芯片保證各種數(shù)據(jù)的方便存儲。

2.主要功能

數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)處理;參數(shù)設(shè)置和查詢;負(fù)荷控制;事件記錄;數(shù)據(jù)傳輸;本地功能;終端維護(hù)。

3.終端接口及規(guī)約

接口:一路GPRS 接口(大客戶抄表)，用于和后臺通訊，一路測試RS485 接口用于本地測試或數(shù)據(jù)下發(fā)，一路下行RS485 接口，用于和電度表通訊。

規(guī)約:能支持各種通訊規(guī)約及地方規(guī)約或用戶提供的電表廠家的擴(kuò)展規(guī)約。

4.通信信道

支持光纖以太網(wǎng);通信模塊采用行業(yè)界主流廠商工業(yè)級的通信芯片，性能穩(wěn)定，故障率低。

5.數(shù)據(jù)抄讀及存儲功能

抄表形式分為:自動(dòng)抄表;定時(shí)上報(bào);實(shí)時(shí)查詢。終端滿足對于多功能電表以下數(shù)據(jù)的抄讀及存儲要求:

(1)實(shí)時(shí)召測數(shù)據(jù)?？偂⒓?、峰、平、谷有功電量;總、尖、峰、平、谷無功電量;A、B、C 各相電流、電壓;A、B、C 各相有功、無功功率。

(2)曲線數(shù)據(jù)。正反向有功、無功，默認(rèn)數(shù)據(jù)間隔為每15分鐘一個(gè)數(shù)據(jù)，可通過主站設(shè)置數(shù)據(jù)間隔;A、B、C 各相電流、電壓曲線，默認(rèn)數(shù)據(jù)間隔為每15 分鐘一個(gè)數(shù)據(jù)，可通過主站設(shè)置數(shù)據(jù)間隔;A、B、C 各相及總有功、無功功率曲線，默認(rèn)數(shù)據(jù)間隔為每15 分鐘一個(gè)數(shù)據(jù)，可通過主站設(shè)置數(shù)據(jù)間隔。

(3)日數(shù)據(jù)?？偂⒓?、峰、平、谷有功電量，默認(rèn)為每日零點(diǎn)，可通過主站進(jìn)行設(shè)置;總、尖、峰、平、谷無功電量，默認(rèn)為每日零點(diǎn)，可通過主站進(jìn)行設(shè)置;A、B、C 各相電壓的越下限、越上限累計(jì)時(shí)間、上、下限指標(biāo)可通過主站設(shè)置;A、B、C 各相的失壓時(shí)間和失壓電量。

(4)月數(shù)據(jù)。總、尖、峰、平、谷有功電量;總、尖、峰、平、谷無功電量;A、B、C 各相電壓的越下限、越上限累計(jì)時(shí)間、電壓合格率;A、B、C 各相的失壓時(shí)間和失壓電量;最大需量及其發(fā)生時(shí)間。

6.對時(shí)功能

具備和主站對時(shí)的功能，終端時(shí)鐘誤差不超過±3s/d。

7.技術(shù)指標(biāo)

(1)計(jì)量精度:同電表精度。

(2)采集電量正確率:99.9%。

(3)與電表通訊速率:1200、2400、9600 可設(shè)(根據(jù)DL/T645－1997 規(guī)約，默認(rèn)1200)。

(4)掉電后數(shù)據(jù)保持時(shí)間:≥20年。

(5)通信距離:電能量采集終端與電表采用RS－485 接口及屏蔽雙絞線;主站與電能量采集終端采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)。

五 項(xiàng)目實(shí)施過程

1.進(jìn)行集抄系統(tǒng)主站建設(shè)，主站配置UPS 系統(tǒng)，兩臺IBM服務(wù)器(windows 2003 server 系統(tǒng))，分別用做應(yīng)用服務(wù)器和前置服務(wù)器，并可以互為主備。需借助與CGCS 光同步系統(tǒng)與各子站用電管理終端進(jìn)行通信。綜合布線方面，由集抄系統(tǒng)主站布網(wǎng)線到遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)主站，通過遠(yuǎn)動(dòng)交換機(jī)和CGCS 系統(tǒng)連接通信。然后安裝CL7101 主站系統(tǒng)，里面參數(shù)需要進(jìn)行錄入，將各項(xiàng)內(nèi)容配置完畢后與子站用電管理終端通信。

2.進(jìn)行子站的設(shè)備安裝。準(zhǔn)備屏蔽雙絞線(485 線)、電源線(獨(dú)股線)、非屏蔽雙絞線、交換機(jī)、CL790D 用電管理終端等相關(guān)材料進(jìn)行安裝。

3.在集抄主站CL7101 用電管理系統(tǒng)中錄入相應(yīng)的參數(shù)，將各子站CL790D 用電管理終端采集的數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)管端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。

六 結(jié)語

本系統(tǒng)支持光纖以太網(wǎng);通信模塊采用工業(yè)級的通信芯片，性能穩(wěn)定，故障率低。為該公司線損管理、用電分析、負(fù)荷預(yù)測提供有力的技術(shù)支持。還可以實(shí)時(shí)收集和掌握電力終端用戶的用電信息和計(jì)量設(shè)備的工作狀態(tài)，集中監(jiān)控用戶電力負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)有序用電，保障電網(wǎng)供需平衡，提高服務(wù)質(zhì)量。

［1］鄧大鵬.光纖通信原理［M］.北京:人民郵電出版社，2009.