基于配電區域信息系統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]指出了傳統配電領域管理信息系統的一系列問題。首先，數據不共享。變壓器終端設備屬于專業供電的信息采集設備，而集中器則屬于專業電力營銷的信息采集設備。這兩個設備是獨立的，所以采集的數據分別傳輸到各自的主站，使得數據融合無法實現。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，對交流電采樣的數據采集是重復進行的。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，促進傳統管理信息系統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、物聯網和通信的功能。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。在業務方面，數據采集和處理可以更有效，邊緣設備的實時數據共享可以更直接，從而可以更恰當地滿足和支持業務應用的要求。

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。基于智能終端的配電區域MIS的總體結構如圖1所示。

圖1 基于智能終端的配電區域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、配電區域的無功補償設備等的數據采集。 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）的數據采集 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據，最后通過向下485通訊處理配電變壓器下所有總表的數據。該集中器還具有線損計算、數據壓縮、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。

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、參數、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，以及GPRS/CDMA模塊的工作狀態。

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；電能數據在保存時提供時間刻度。

實現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、狀態量采集和直流模擬輸入采集；（可選）。

保證核心用戶的數據采集，以備在無法防止竊電時需要進行證據分析。

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個日凍結能量數據，24個月凍結功率數據，10個重點用戶10天的整點能量數據，以及31天的普通變壓器評估形式曲線數據。

它的存儲容量可以保存最近500條事件記錄，包括終端參數變化、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據傳輸功能，或數據轉發功能。

它有USB接口、以太網接口和維護用的RS-232接口，旨在進行數據備份、升級和維護。

（1）基本功能：集中器的基本功能包括數據采集、數據處理、參數配置、遠程控制、數據傳輸、HPLC的網絡管理、安全保護、操作維護。

數據采集：實現實時采集狀態量和交流模擬量，不少于2000個感知器單元。

數據處理：實現數據凍結和數據統計等功能。對于可壓縮的長數據信息，通過自我識別完成數據壓縮和傳輸，從而減少系統通信的壓力。

參數配置：通過主站實現以下一系列步驟。例如，設置和查詢通信地址、群組地址、配置參數、通信參數，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：實現自動判斷和報告，并顯示事件的記錄狀態。

數據傳輸：實現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絡管理：通過本地高效液相色譜儀通信模塊實現智能終端平臺區域的網絡拓撲識別。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，從而實現數據采集系統的各級網絡管理功能。

安全保護：通過采用單一的安全芯片和統一的密鑰，實現智能終端對電力信息采集系統主站和配電系統的安全接入。而物聯網管理中心的建成，有助于智能終端建立對物聯網管理中心的安全接入，保證了通信的安全性[8-14]。

運行維護：實現智能終端的自動識別模塊，實現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域的智能監控、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控、多樣化的負荷管理。

平臺區智能監控：實現對XMJ和配電變壓器的狀態監控，對剩余電流保護裝置和低壓用戶的用電信息進行監控和預警。

電能質量分析：實現對電能質量數據的實時監測和分析，包括電壓和功率因素等。

低壓側用電管理。實現網絡拓撲識別和監測、線損分析、平臺區域和相位識別、停電快速分析和報告、電力線路老化趨勢分析、監測電網電壓質量和負荷波動；實現基于物聯網的統一ID識別管理，實施從出廠測試到運行的全壽命周期管理，實現鄰區節點和網絡路徑的信號強度和信息監測功能。實現低壓配電網故障分析和故障救援的監測功能，分析電氣、環境、狀態等參數，對低壓配電網的設備健康狀況進行評估。

無功補償：實現對無功補償裝置狀態的監測，以便根據最新進展進行快速動態補償。

分布式電源的信息采集和監測：實現對分布式電源從接入、運行、退出的監測和控制，保證電網運行的安全性和穩定性。

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據，通過調節和控制平臺區域內充電樁的充放電活躍狀態，實現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：智能終端采用嵌入式操作系統，支持上層應用軟件的獨立開發和運行，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度。

內存管理功能：支持內存映射、頁表管理、內存分配。

設備驅動的統一架構：支持不同類型的字符設備、塊設備、網絡設備等。

統一的系統內核：支持基本的和結構性的功能。

統一的系統調用界面：支持為用戶提供最大的便利。

系統升級的功能：支持遠程和本地版本升級，在升級過程中檢查更新包的數據源是否合法和完整。

通用接口的功能模式：支持智能終端中參數和數據的存儲、管理和讀寫。

系統狀態查詢：支持監控CPU利用率、內存利用率、磁盤空間利用率、所用端口等。

訪問控制功能：支持系統用戶的本地或遠程訪問權，授予執行的最低權限。

（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。集中器支持動態調整容器所需的CPU核數、內存、存儲、接口等。集中器支持對容器的監控，包括容器重啟、CPU使用、內存使用、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）：它與操作系統解耦，支持獨立開發。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域管理信息系統，以滿足電力營銷和配電的業務需求。實踐證明，該系統解決了傳統配區管理信息系統中存在的一系列問題，如缺乏非共享數據、功能重復、沒有集中器造成的運行和維護工作量大等。