用電信息采集系統(tǒng)多模集中器研究

馬林 李峰 郭慶瑞 王旭 國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院

用電信息采集系統(tǒng)多模集中器研究

馬林 李峰 郭慶瑞 王旭 國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院

用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分。本文通過討論現(xiàn)有的集中器存在的問題，提出一種融合多種通信模式、適應(yīng)性強(qiáng)的多模集中器，在上行通道包含了GPRS、光纖通信、3G無線專網(wǎng)、3G無線公網(wǎng)、4G無線公網(wǎng)、4G無線專網(wǎng)等現(xiàn)有的通信模式，在下行通道包含了低壓窄帶PLC、低壓寬帶PLC、無線傳感網(wǎng)絡(luò)和RS485等通信模式。

用電信息采集系統(tǒng) 多模集中器

開展支持多模通信的新型集中器研究可以提高我國用電信息采集設(shè)備的技術(shù)水平，對(duì)我國用電信息采集及智能電網(wǎng)的建設(shè)具有一定的促進(jìn)意義。

1 多模集中器研究分析

1.1 多模集中器研究的必要性

(1)因各個(gè)不同的業(yè)務(wù)對(duì)通信有不同的需求，所以單一的通信模式無法滿足各種通信業(yè)務(wù)。

(2)因各種原因通信出現(xiàn)故障，單一的通信模式一旦遭到破環(huán)，沒有備用模式作為補(bǔ)充，會(huì)造成用電信息采集成功率的嚴(yán)重下降。

(3)隨著新興業(yè)務(wù)的發(fā)展，對(duì)通信帶寬可靠性要求更高。

因此，采用多模集中器，充分利用各個(gè)通信模式的優(yōu)點(diǎn)有利于提高采集成功率以及為未來新興業(yè)務(wù)的發(fā)展提供保障。

1.2 多模集中器的總體結(jié)構(gòu)

多模集中器的總體結(jié)構(gòu)圖，其中包括核心板用于完成所有的數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)通信、及協(xié)調(diào)其它智能模塊工作的功能；還有電源模塊、時(shí)鐘電路模塊、接口模塊、狀態(tài)指示模塊、液晶顯示模塊以及上下行通信模塊。

2 多模集中器硬件功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 核心板

由于ARM微處理器存在很多優(yōu)點(diǎn)，所以本文選用ARM處理器作為核心處理器。同時(shí)由于有很多芯片生產(chǎn)廠家，從應(yīng)用的角度出發(fā)，在選擇ARM微處理器時(shí)所應(yīng)考慮的主要問題有:應(yīng)具有較大容量的存儲(chǔ)器；應(yīng)具有充足的片上資源，能滿足多模通信的功能及擴(kuò)展需求；應(yīng)具較快的處理速度；同時(shí)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

因此傳統(tǒng)的單片機(jī)已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該選擇以ARM芯片作為核心處理器。

2.2 電源模塊

電源模塊由高可靠性的開關(guān)電源為各模塊提供所需的電源。將三相四線交流電源通過電源板的整流電路和穩(wěn)壓芯片分別輸出5V和12V的直流電源，將這些電壓變換后供給各個(gè)集中器的模塊，除此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)鋰電池作為備用電源，在外部停電的條件下供電。因?yàn)楦鱾€(gè)模塊需要不同的電壓，所以需將電源轉(zhuǎn)換為不同幅值的電壓。

2.3 時(shí)鐘電路模塊

主控單元模塊的時(shí)鐘電路管理著集中器當(dāng)前的運(yùn)行時(shí)間、抄表時(shí)間、凍結(jié)時(shí)間、凍結(jié)日期等與時(shí)鐘有關(guān)的參數(shù)。

時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)主要考慮的因素包括時(shí)鐘的準(zhǔn)確性、時(shí)鐘的電源管理及芯片的成本。

2.4 狀態(tài)指示模塊

對(duì)于各個(gè)通信模塊可將其分為電源燈、T/R燈、NET燈。

電源燈為紅色，模塊上時(shí)電燈亮；模塊失電時(shí)燈滅。

T/R燈為模塊通信指示燈，紅燈閃爍時(shí)表示接收數(shù)據(jù)，綠等閃爍是表示發(fā)送數(shù)據(jù)。

NET燈為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示燈，是綠色，當(dāng)使用該通信模塊進(jìn)行通信是NET燈亮。

2.5 液晶顯示模塊

按照國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）頂層為狀態(tài)欄顯示當(dāng)前所采用的通信方式、信號(hào)強(qiáng)度、異常告警等；

（2）主界面顯示電壓、電流、功率因素和通信信號(hào)強(qiáng)度等內(nèi)容；

（3）底層顯示多模集中器的運(yùn)行狀態(tài)，如正在進(jìn)行的任務(wù)等；

3 主要軟件功能模塊設(shè)計(jì)方案

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

軟件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：

（1）軟件系統(tǒng)需要滿足用電信息采集系統(tǒng)集中器的相關(guān)規(guī)定，滿足電力用戶的相關(guān)需求。

（2）軟件系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性。

（3）軟件系統(tǒng)具有安全性。

（4）軟件設(shè)計(jì)簡單易用。具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

3.2 主要功能模塊

3.2.1 存儲(chǔ)處理模塊

存儲(chǔ)模塊首先判斷要執(zhí)行的操作是否有效，如果是無效操作，則繼續(xù)進(jìn)行等待接收的操作，如果為有效操作，再判斷是讀操作還是寫操作。如果是寫操作文件以讀寫方式打開，如果是讀操作，文件以只讀方式打開，最后進(jìn)行相應(yīng)的操作。

3.2.2 液晶處理模塊

液晶處理模塊主要有參數(shù)處理功能負(fù)責(zé)參數(shù)查詢和參數(shù)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)處理功能負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)召測(cè)；輪顯功能負(fù)責(zé)參數(shù)輪顯和數(shù)據(jù)輪顯；用戶權(quán)限功能包括管理員權(quán)限、巡檢員權(quán)限和維護(hù)人員權(quán)限。

液晶見面初始化為首界面，在有按鍵出發(fā)時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的操作，在沒有按鍵出發(fā)時(shí)界面進(jìn)行輪顯，有按鍵觸發(fā)時(shí)中斷輪顯。

3.2.3 通信模塊

通信模塊包含本地通信模塊和遠(yuǎn)程通信模塊：本地通信模塊包括低壓窄帶電力線載波、低壓寬帶電力線載波、RS485幾種模式;遠(yuǎn)程通信模塊包括GPRS、3G公網(wǎng)、3G專網(wǎng)、4G、光纖通信幾種模式。

同時(shí)，多模集中器應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及所要執(zhí)行的通信業(yè)務(wù)來動(dòng)態(tài)的切換通信模式，以提高不同環(huán)境和不同業(yè)務(wù)下通信的穩(wěn)定性和可靠性。

4 總結(jié)

本文介紹了多模集中器的硬件模塊和軟件模塊。據(jù)此可以在以下方面做進(jìn)一步的研究，來更好的提高多模集中器的性能：

（1）對(duì)于遠(yuǎn)程通信模式和本地通信模式的選擇，除了通過根據(jù)業(yè)務(wù)需求外，應(yīng)當(dāng)加入實(shí)地考察的內(nèi)容，如當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等。

（2）用于集中器的生產(chǎn)廠家眾多，應(yīng)探索研究使得不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的集中器具有很好的兼容性。

[1]DL/T 645-2007,多功能電能表通信協(xié)議[S].北京:國家電網(wǎng)公司，2009.

[2]王達(dá).電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的集中器研制[D].中國科學(xué)院大學(xué),2013.