利用電力通信環網實現集抄應用

孫長勝

( 焦作煤業( 集團) 有限責任公司 供電處，河南 焦作 454000)

由于焦作煤業(集團)有限責任公司(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，數據采集點多、數據量大、采集點分散，以及每月抄表時間的不同步造成誤差較大。隨著通信技術、計算機網絡技術及數字信號處理技術的快速發展，出現了相應的自動遠程抄表技術。同時電調自動化系統預留了可選擇的通信平臺，獨立的通信系統也為實現遠程集中抄表提供了條件。

我們利用原有電調自動化電力通訊環網通過電量采集終端系統包括后臺監視計算機(配置抄表監視管理軟件)和下屬電能量采集終端，實現對用戶電表電量數據的采集和監控。

一 電調自動化系統電力通訊環網光纖通訊

電調自動化電力通訊環網系統是把現場系統遠程測控裝置(RTU)采集的數據、電話語音信號和視頻圖象信號通過光纖傳送到電調自動化系統后臺。

1.光纖通訊原理

該公司光纖通訊網絡為環形光纖通訊系統。光纖通訊是以光波作為傳輸載體的通訊手段。光端機的發送端內含有光源，它完成將電信號轉換成光信號，并輸入光纖傳輸遠方;光端機的接收端內含有光檢測器，它完成將來自光纖信號還原成電信號，并輸入到光端機的接受端，數據可以雙向傳輸。

2.電力通訊環網通信規約

該公司調度自動化系統采用循環式規約報文式。循環式規約(CDT 規約)是一種現場RTU 按時間順序自發地不斷循環，以幀結構、信息字結構方式向后臺上報現場數據，后臺被動接收。即使發生暫時通訊失敗一些數據，當通訊恢復正常后，被丟失的數據扔有機會上傳，這樣不至于信號丟失，可以實現數據信息的實時控制。規約采用可變幀長度、多種楨類別循環傳送、變位遙信優先傳送，重要遙調量更新循環時間較短，區分循環量、隨機量和插入量采用不同形式傳送信息，以滿足電網調度安全監控系統對遠動信息的實時性和可靠性的要求。該公司調度循環式規約報文式。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;5E 表示原地址;02 表示目的地址;27 表示效驗碼。

3.電力通訊環網設計情況

該公司現有35 個變電站、3 個熱電廠和電調自動化系統后臺，38 個廠站東西分布構成集團公司的雙回路環形供電網絡系統。通訊設計是把38 個廠站劃分為3 個環網，并且3 個環網相切。其目的是當一個環網光纖斷開或光端機故障時，光端機自愈功能使數據從斷開點反向傳輸到后臺，保證該環其它廠站數據不丟失。為克服環網拓撲結構的缺點，除主環之外設置一備用環。當主環故障時，自動轉到備用環。這種故障錯容能力是其它網絡沒有的。通訊規約采用新部頒循環式方式。采用光纖中速透明傳輸，通過各自數據緩沖區實現了點對點傳輸，其傳輸速度為100Mb/s。這種設計方案網絡的物理拓撲結構是環形，而邏輯拓撲結構是總線型。

二 集抄系統設計

集抄系統分為兩部分:硬件部分和軟件部分。包括后臺監控計算機(CL7101 主站系統)和下屬電能量采集終端(CL790D 用電管理終端)，實現對各變電站電表電量數據的采集和監控。本系統主要實現以下功能:實時采集用戶當前用電量及報警情況;定時采集用戶電量;定時監測某些用戶的運行情況;即時打印報警信息;處理數據形成的多種報表和圖形;導出數據生成電子文件，供其它引用，查閱和備份。

三 CL7101 主站系統

公司集抄系統網絡構造圖如下。

CL7101 用電管理系統是具有數據自動采集、計量裝置監測、負荷控制、供電質量監測、統計分析等功能的平臺。系統以GPRS/CDMA 為主要通信通道，同時支光纖以太網、電話撥號等其他通信通道。本項目所使用的是光纖以太網通信通道。系統提供了從硬件設備到主站數據采集、數據分類統計、綜合統計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備，并提供了符合電量管理內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，如全局供用電統計、母線平衡分析、線路線損計算、臺區電量統計、配變管理等。

1.系統特點

(1)企業級應用，組網靈活、功能擴充方便。

(2)系統采用J2EE 的三層體系結構，基于中間件的系統間互聯方式，互聯方便快捷。

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

(4)支持國家電網規約、廣東電力等通信規約。

(5)系統實現電能計量管理，節省硬件投資，便于系統維護管理。

2.系統功能

電能量采集;用電監測;負荷控制;用電分析;線損分析;電量統計分析;計量故障和防竊電監測;負荷預測;Web 發布;自定義報表。

3.系統應用

CL7101 用電管理系統提供完整的解決該公司供電處電能量管理的完整方案，系統協議規約庫豐富，能夠接入各個變電站多種電能量采集管理終端。在集抄監控主站需建立一套主站系統，就可滿足供電處管理多種電能量需求的功能，大量節約了主站硬件設備的投入，同時，也減少了系統維護成本，系統可操作性更強。

四 CL790D 用電管理終端

CL790D 用電管理終端采用了微電子技術、計算機芯片技術、現代通信技術等技術，支持并采用GPRS 公用無線通信網絡技術，是實現需求側管理現代化的重要組成部分，也是電力負荷管理系統的配套終端產品，和電力負荷管理主站配合可實現負荷的監測與控制，并能夠實現自動抄表、計量設備監測和防竊電，以及各種負荷閉環控制和異常告警功能。

1.系統特點

(1)采用高速32 位ARM 和Linux 操作系統;內部嵌入高速高精度的采集模塊，實現實時高速電能計算，特別是在負荷波動大、諧波含量高的運行狀況下依然能夠保證采樣和電能計量精度。

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

(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通信協議》或《電力負荷管理系統數據傳輸規約－2005》(國家電網公司)自適應，支持TCP/UDP/SMS 傳輸模式。

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

(5)寬電壓范圍設計使其具有更高的可靠性，更加適應工作環境。

(6)全新的維護概念:具有功能強大的組態功能，可以在當地/遠方方便地修改設備參數，支持當地/遠方軟件的在線升級。

(7)具有遠方遙控功能，支持開關狀態輸入和計量箱門打開報警，與主站配合可靠地實現防竊電功能。

(8)大容量的主板FLASH 存儲芯片保證各種數據的方便存儲。

2.主要功能

數據采集;數據處理;參數設置和查詢;負荷控制;事件記錄;數據傳輸;本地功能;終端維護。

3.終端接口及規約

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據下發，一路下行RS485 接口，用于和電度表通訊。

規約:能支持各種通訊規約及地方規約或用戶提供的電表廠家的擴展規約。

4.通信信道

支持光纖以太網;通信模塊采用行業界主流廠商工業級的通信芯片，性能穩定，故障率低。

5.數據抄讀及存儲功能

抄表形式分為:自動抄表;定時上報;實時查詢。終端滿足對于多功能電表以下數據的抄讀及存儲要求:

(1)實時召測數據。總、尖、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)曲線數據。正反向有功、無功，默認數據間隔為每15分鐘一個數據，可通過主站設置數據間隔;A、B、C 各相電流、電壓曲線，默認數據間隔為每15 分鐘一個數據，可通過主站設置數據間隔;A、B、C 各相及總有功、無功功率曲線，默認數據間隔為每15 分鐘一個數據，可通過主站設置數據間隔。

(3)日數據。總、尖、峰、平、谷有功電量，默認為每日零點，可通過主站進行設置;總、尖、峰、平、谷無功電量，默認為每日零點，可通過主站進行設置;A、B、C 各相電壓的越下限、越上限累計時間、上、下限指標可通過主站設置;A、B、C 各相的失壓時間和失壓電量。

(4)月數據。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、越上限累計時間、電壓合格率;A、B、C 各相的失壓時間和失壓電量;最大需量及其發生時間。

6.對時功能

具備和主站對時的功能，終端時鐘誤差不超過±3s/d。

7.技術指標

(1)計量精度: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(根據DL/T645－1997 規約，默認1200)。

(4)掉電后數據保持時間:≥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絡。

五 項目實施過程

1.進行集抄系統主站建設，主站配置UPS 系統，兩臺IBM服務器(windows 2003 server 系統)，分別用做應用服務器和前置服務器，并可以互為主備。需借助與CGCS 光同步系統與各子站用電管理終端進行通信。綜合布線方面，由集抄系統主站布網線到遠動系統主站，通過遠動交換機和CGCS 系統連接通信。然后安裝CL7101 主站系統，里面參數需要進行錄入，將各項內容配置完畢后與子站用電管理終端通信。

2.進行子站的設備安裝。準備屏蔽雙絞線(485 線)、電源線(獨股線)、非屏蔽雙絞線、交換機、CL790D 用電管理終端等相關材料進行安裝。

3.在集抄主站CL7101 用電管理系統中錄入相應的參數，將各子站CL790D 用電管理終端采集的數據上傳至網管端，實現遠程抄表。

六 結語

本系統支持光纖以太網;通信模塊采用工業級的通信芯片，性能穩定，故障率低。為該公司線損管理、用電分析、負荷預測提供有力的技術支持。還可以實時收集和掌握電力終端用戶的用電信息和計量設備的工作狀態，集中監控用戶電力負荷，實現有序用電，保障電網供需平衡，提高服務質量。

［1］鄧大鵬.光纖通信原理［M］.北京:人民郵電出版社，2009.