基于配電區(qū)域信息系統(tǒng)管理的智能終端研究與應用

廖暢，陳曉，袁龍，張彥嬌，陳懷藺，王聃，孫若釩

（貴州電網(wǎng)有限責任公司貴安供電局，貴州貴安，550025）

1 緒論

參考文獻[1-4]指出了傳統(tǒng)配電領域管理信息系統(tǒng)的一系列問題。首先，數(shù)據(jù)不共享。變壓器終端設備屬于專業(yè)供電的信息采集設備，而集中器則屬于專業(yè)電力營銷的信息采集設備。這兩個設備是獨立的，所以采集的數(shù)據(jù)分別傳輸?shù)礁髯缘闹髡?，使得?shù)據(jù)融合無法實現(xiàn)。功能重復。由于變壓器終端單元和集中器都安裝在配電變壓器旁，對交流電采樣的數(shù)據(jù)采集是重復進行的。在同一領域擁有這樣的兩個設備是不明智的、不合理的，也是不經(jīng)濟的。操作的工作量很大，維護費用也很高。這兩種設備都需要不時地進行檢查和維護，自然會增加人工成本。因此，促進傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)的核心功能是勢在必行和不可避免的。

基于參考文獻[5-7]的討論，本文試圖指出：信息融合對采集終端的必要性，并從操作要求、主站架構、智能終端、通信協(xié)議和安全保護等幾個方面實施。集中器和變壓器終端單元的功能被設計為通過一個組合設備來完成，該設備包含PC、物聯(lián)網(wǎng)和通信的功能。這樣一來，采購設備、運營和維護的成本就會降低，運營和維護的工作量也會減少。在業(yè)務方面，數(shù)據(jù)采集和處理可以更有效，邊緣設備的實時數(shù)據(jù)共享可以更直接，從而可以更恰當?shù)貪M足和支持業(yè)務應用的要求。

2 MIS的一般結構

2.1 MIS配置

基于智能終端的配電區(qū)域MIS包括云平臺、主站、智能終端和感知器單元。主站包括配電自動化主站和營銷自動化主站。感知器單元包括配電設備、傳感器、用戶設備和營銷安裝及設備等。智能終端包括三層：軟件層、系統(tǒng)層和硬件層。具體來說，軟件層包括配電容器和營銷容器；系統(tǒng)層包括核心、驅動等；硬件層包括主控芯片、安全芯片、存儲單元、通信單元等?；谥悄芙K端的配電區(qū)域MIS的總體結構如圖1所示。

圖1 基于智能終端的配電區(qū)域MIS的總體結構圖

2.2 通行模式

智能終端的通信范圍包括遠程和本地通信。智能終端的一般通信框架如圖2所示。智能終端的通信接口要求如表1所示。

表1 智能終端的通信接口要求

RS485 傳感器、智能電表、配電區(qū)域的無功補償設備等的數(shù)據(jù)采集。 1200bps-9600bps外（可選） 本地設備 藍牙4.0版本或更高/紅外（可選）RS232 本地設備 9600bps-115200bps M-Bus 傳感器、智能電表（水表、燃氣表等）的數(shù)據(jù)采集 600bps-4800bps藍牙/紅

圖2 智能終端的一般通信框架圖

3 智能終端

3.1 集中器

集中器安裝在低壓配電變壓器的低壓側（附近或任何方便的地方），是低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)的一種中心設備。它通過低壓電力線載波與所有用戶的電能表進行通訊，收集配電變壓器下所有用戶的電能表的數(shù)據(jù)，最后通過向下485通訊處理配電變壓器下所有總表的數(shù)據(jù)。該集中器還具有線損計算、數(shù)據(jù)壓縮、本地或遠程軟件在線升級等多種功能。總而言之，人們明智地將其應用于需要抄表的地方，例如，所有的電力公司、公共建筑和住宅區(qū)。

有三個RS485接口。一號RS485接口用于抄表，共可接入16個三相電能表；二號RS485接口可級聯(lián)四個從屬單元；三號RS485接口作為交叉采集維護端口。

160×160的漢字點陣液晶屏，保證顯示濃縮器的工作狀態(tài)、參數(shù)、事件信息和維護信息；通過按鍵或使用紅外接口，可以對濃縮器的參數(shù)和維護信息進行設置和查詢。

LED顯示集中器的工作和通信狀態(tài)，以及GPRS/CDMA模塊的工作狀態(tài)。

設計了實時電量顯示、日/月凍結電量顯示和讀表凍結電量顯示的收集；電能數(shù)據(jù)在保存時提供時間刻度。

實現(xiàn)了多樣化的采集模式，支持實時采集、自動定時采集、自動附加采集等。

可提供交流模擬輸入采集、狀態(tài)量采集和直流模擬輸入采集；（可選）。

保證核心用戶的數(shù)據(jù)采集，以備在無法防止竊電時需要進行證據(jù)分析。

大容量的存儲是有保證的。每個集中器管理不少于2000個電能表，包括16個RS485三相電能表。換句話說，它至少可以存儲62個日凍結能量數(shù)據(jù)，24個月凍結功率數(shù)據(jù)，10個重點用戶10天的整點能量數(shù)據(jù)，以及31天的普通變壓器評估形式曲線數(shù)據(jù)。

它的存儲容量可以保存最近500條事件記錄，包括終端參數(shù)變化、讀表故障、終端斷電/通電、電能表的時鐘誤差等。

它具有主站和電能表之間的數(shù)據(jù)傳輸功能，或數(shù)據(jù)轉發(fā)功能。

它有USB接口、以太網(wǎng)接口和維護用的RS-232接口，旨在進行數(shù)據(jù)備份、升級和維護。

（1）基本功能：集中器的基本功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、參數(shù)配置、遠程控制、數(shù)據(jù)傳輸、HPLC的網(wǎng)絡管理、安全保護、操作維護。

數(shù)據(jù)采集：實現(xiàn)實時采集狀態(tài)量和交流模擬量，不少于2000個感知器單元。

數(shù)據(jù)處理：實現(xiàn)數(shù)據(jù)凍結和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。對于可壓縮的長數(shù)據(jù)信息，通過自我識別完成數(shù)據(jù)壓縮和傳輸，從而減少系統(tǒng)通信的壓力。

參數(shù)配置：通過主站實現(xiàn)以下一系列步驟。例如，設置和查詢通信地址、群組地址、配置參數(shù)、通信參數(shù)，同時采集電子文件，確定終端的采集任務和采集方式等。

遙控：實現(xiàn)電能表的費率控制、分支開關的自動控制以及其他設備的遙控。

事件報告：實現(xiàn)自動判斷和報告，并顯示事件的記錄狀態(tài)。

數(shù)據(jù)傳輸：實現(xiàn)與多個主站的遠程通信，或通過本地通信訪問設備。

高效液相色譜儀的網(wǎng)絡管理：通過本地高效液相色譜儀通信模塊實現(xiàn)智能終端平臺區(qū)域的網(wǎng)絡拓撲識別。終端定期采集本地通信模塊的路由信息，向主站報告或供查詢，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡管理功能。

安全保護：通過采用單一的安全芯片和統(tǒng)一的密鑰，實現(xiàn)智能終端對電力信息采集系統(tǒng)主站和配電系統(tǒng)的安全接入。而物聯(lián)網(wǎng)管理中心的建成，有助于智能終端建立對物聯(lián)網(wǎng)管理中心的安全接入，保證了通信的安全性[8-14]。

運行維護：實現(xiàn)智能終端的自動識別模塊，實現(xiàn)自檢和自我診斷功能。一旦檢測到終端配件和功能模型的異常運行，智能終端可以立即恢復并記錄所有的異常信號。

（2）核心功能：集中器的核心功能包括平臺區(qū)域的智能監(jiān)控、電能質量分析、低壓側用電管理、無功補償、分布式電源的信息采集和監(jiān)控、多樣化的負荷管理。

平臺區(qū)智能監(jiān)控：實現(xiàn)對XMJ和配電變壓器的狀態(tài)監(jiān)控，對剩余電流保護裝置和低壓用戶的用電信息進行監(jiān)控和預警。

電能質量分析：實現(xiàn)對電能質量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，包括電壓和功率因素等。

低壓側用電管理。實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲識別和監(jiān)測、線損分析、平臺區(qū)域和相位識別、停電快速分析和報告、電力線路老化趨勢分析、監(jiān)測電網(wǎng)電壓質量和負荷波動；實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一ID識別管理，實施從出廠測試到運行的全壽命周期管理，實現(xiàn)鄰區(qū)節(jié)點和網(wǎng)絡路徑的信號強度和信息監(jiān)測功能。實現(xiàn)低壓配電網(wǎng)故障分析和故障救援的監(jiān)測功能，分析電氣、環(huán)境、狀態(tài)等參數(shù)，對低壓配電網(wǎng)的設備健康狀況進行評估。

無功補償：實現(xiàn)對無功補償裝置狀態(tài)的監(jiān)測，以便根據(jù)最新進展進行快速動態(tài)補償。

分布式電源的信息采集和監(jiān)測：實現(xiàn)對分布式電源從接入、運行、退出的監(jiān)測和控制，保證電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

多元化的負荷管理：實時采集負荷、充電樁和儲能設備的運行數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)和控制平臺區(qū)域內(nèi)充電樁的充放電活躍狀態(tài)，實現(xiàn)有序的電力設施管理。

3.2 硬件架構

智能終端的硬件架構是由主控芯片、安全芯片、存儲位置、通信模塊和擴展功能模塊等組成。智能終端的硬件結構如圖3所示。

圖3 智能終端的硬件結構圖

3.3 軟件要求

（1）操作系統(tǒng)：智能終端采用嵌入式操作系統(tǒng)，支持上層應用軟件的獨立開發(fā)和運行，并能與匹配的APP和底層硬件解耦。

流程管理功能：支持多流程管理、流程之間的通信和同步化以及流程調(diào)度。

內(nèi)存管理功能：支持內(nèi)存映射、頁表管理、內(nèi)存分配。

設備驅動的統(tǒng)一架構：支持不同類型的字符設備、塊設備、網(wǎng)絡設備等。

統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)核：支持基本的和結構性的功能。

統(tǒng)一的系統(tǒng)調(diào)用界面：支持為用戶提供最大的便利。

系統(tǒng)升級的功能：支持遠程和本地版本升級，在升級過程中檢查更新包的數(shù)據(jù)源是否合法和完整。

通用接口的功能模式：支持智能終端中參數(shù)和數(shù)據(jù)的存儲、管理和讀寫。

系統(tǒng)狀態(tài)查詢：支持監(jiān)控CPU利用率、內(nèi)存利用率、磁盤空間利用率、所用端口等。

訪問控制功能：支持系統(tǒng)用戶的本地或遠程訪問權，授予執(zhí)行的最低權限。

（2）容器。集中器支持對多個容器的管理，包括創(chuàng)建、啟動、停止、刪除等。不同容器之間的應用不應相互影響。集中器支持動態(tài)調(diào)整容器所需的CPU核數(shù)、內(nèi)存、存儲、接口等。集中器支持對容器的監(jiān)控，包括容器重啟、CPU使用、內(nèi)存使用、存儲資源超限等。在升級過程中，容器中的應用程序將自動停止運行。在升級過程中，容器中的應用程序會自動停止運行，升級后，應用程序會自動恢復運行。至少可以分配10個容器。

（3）應用程序（APP）：它與操作系統(tǒng)解耦，支持獨立開發(fā)。它支持 “一個容器，一個應用程序 “模式的部署，以及相應的 “一個容器，多個應用程序”。它支持應用狀態(tài)查詢。支持異常檢測功能，包括應用軟件重啟、CPU利用率超限、內(nèi)存使用超限等。

4 結論

本文建立了一個基于智能終端的配電區(qū)域管理信息系統(tǒng)，以滿足電力營銷和配電的業(yè)務需求。實踐證明，該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)配區(qū)管理信息系統(tǒng)中存在的一系列問題，如缺乏非共享數(shù)據(jù)、功能重復、沒有集中器造成的運行和維護工作量大等。