关口电能量采集及远传终端的应用与发展

2010-08-14吴乾坤

黑龙江水利科技 2010年3期

吴乾坤

(黑龙江太平洋科技有限公司，哈尔滨150090)

20世纪70～80年代电能量采集与管理系统仅作为SCADA/RTU系统中的单项功能之一，从20世纪90年代后期发展到现在成为具有独立主站系统，专用通信网络，专用电能量采集终端以及一系列通信规约和协议组成的专用系统。成为各级供电部门计算和统计线损、变损、站损和网损等高度自动化的信息采集与管理系统。

电能信息采集与管理系统根据应用范围不同分为厂站级、地区级和省网级系统。通常采用便于扩展的分布式网络结构，主要由主站侧的数据采集处理器、数据库服务器、数据分析处理器和分散式用户;各个分散厂站侧的电能计量装置、状态开关和电能量采集及远传终端;以及连接主站侧和厂站侧的有线和无线通信网络组成。电能量采集及远传终端(以下简称为“采集终端”)是采集、处理和传输现场数据和状态的设备装置，是整个系统获得准确、可靠和完整数据的通讯中枢，从而确定了其在整个系统中的重要地位。

1 关口采集终端技术现状

采集终端是集电子、测控、通信、计算机等技术为一体的电力系统自动化装置。关口采集终端下行采集挂载各种表计、状态开关，主要通过RS485串行通道采集电能、事件、状态等数据;上行通过内置MODEM、GPRS/CDMA模块、无线电台、以太网络等接口模块与抄表主站通信，将采集到的数据传输到电能信息采集与管理系统的主站中。目前，关口采集终端具有可靠性高、抗干扰能力强、适应性强和厂家多、应用广，主要技术状况可用以下几点概述:

1.1 外形结构

关口采集终端主要分为机架式和壁挂式两种结构。壁挂式结构便于与壁挂式关口电能表组屏;机架式主要采用标准的47.5 cm的3U机箱，适于与机架式关口电能表组屏，由于多采用模块化、全插拔式结构可热插拔、扩展性较强。

人机界面主要采用大屏幕液晶屏，显示直观、全面，通过有按键配合可设置和查询各种参数和数据，此外都具有当地服务口和状态指示灯，可通过专用软件在现场进行各种设置、查询操作。

1.2 功能特点

关口采集终端主要功能分为采集、存储、远传、状态监视及事件记录4大功能。

1)采集功能支持多种采集接口(包括CS环、RS485、脉冲等)，多种电能表规约(主要为 DL/T645、DLMS、IEC1107等);配置多路抄表通道(通常≥8路)，多种采集方案，采集数据项全面(电能、需量、变量、参变量和负荷曲线等)，四遥功能(采集遥测、遥脉、遥信信息和遥控输出)等。

2)数据存储容量大(通常≥64 MB)、可扩展，数据带时标、带校验存储，重要数据可备份，数据访问、设置具有安全访问权限措施。

3)主站通讯方式多样化(通常支持Ethernet、拨号、专线、GPRS/CDMA)，通道配置丰富(通常支持通道不少于3路)，通道配置灵活(可裁减和复用，且支持终端级联)，主站通信规约多样化(通常支持IEC870－5－102/DL/T719、SCTM和各省网规约等)。

4)内置实时时钟，硬件看门狗，声或光报警器件，完成状态监视、自检、自恢复、校时及事件记录功能。

1.3 实现方式

硬件平台由8位/16位微处理器向32位微控制器发展;软件平台由无操作系统的简单嵌入算法向商业化的实时嵌入式操作系统发展。

2 黑龙江电力关口计量系统改造中采集终端的应用

黑龙江太平洋科技有限公司针对中国电力行业的特点和国际相关技术的发展趋势，为实现电能量数据自动采集，数据远程传输设计了DT20系列采集终端。图1为该采集终端功能架构。

该采集终端通过了电力工业电力设备级仪表质量检验测试中心的全面测试，各项指标均符合DL/T743－2001电能量远方终端的标准要求[1]，主站通讯规约符合DL/T719－2000远动设备及系统第5部分:传输规约的规定[2]。获得电能量终端产品型号注册登记证。在黑龙江关口计量系统改造中得到广泛应用，该改造项目中厂站侧设备主要有关口电能表、多功能电能表、线损分析仪及采集终端、电力负控终端、网损采集终端、调度采集终端和综合自动化后台机。由于关口电能表RS485数据口有限，不能满足多台终端采集数据的需求，关口采集终端担当了数据通讯中枢的作用，实现了以关口电能表、线损分析仪、旁路开关为数据源，电力负控终端、综合自动化后台机和电能采集与管理系统等多主站采集的解决方法。图2为关口电能采集系统厂站侧现场结构图。

图1 DT20关口采集终端功能架构图

图2 关口电能采集系统厂站侧现场结构图

改造前后台机、电力负控终端通过DL/T645[3]与关口电能表直接通讯，改造后后台机、各种终端可通过关口采集器级联口，获得电能数据;远方主站通过GPRS或MODEM召测采集器获得的数据。该方案不仅满足了电能采集与管理系统对厂站侧的需求，而且不影响改造前现场的各种应用，在改造中得到全面推广。

3 关口采集终端的发展方向

考虑到电力系统政策的不断推进，采集终端应用领域必将随之拓展。根据采集终端的应用现状及关口计量、采集和传输技术手段的提高，着眼于智能电网建设和发展的需要，“模块化、标准化、网络化、智能化”将成为关口采集终端的主要方向发展。

3.1 模块化

模块化的设计技术有利于采集终端的升级、移植和扩展。模块化包括硬件模块化和软件模块化。硬件模块化是根据元器件的制造工艺、结构、质量等将技术相对成熟和标准的部分进行封装入库，形成可组合、分解、更换的相对独立的单元，模块式结构能使以后的扩展被简单集成到现有的终端结构中，使配置更加合理。软件模块化是指终端功能模块化，在硬件模块化的基础上可组合、能分解、易升级。

3.2 标准化

标准化主要是建立一套完整的、互操作性好的采集终端技术标准体系，实现数据、信息的共享和互用。主要是4个统一:功能统一、外观级接线统一、通信协议统一、应用关口类型统一。

明确定义采集终端的基本功能，可扩展功能;外观结构、安装尺寸、显示内容、接线端子布局，以及按键、通信接口、铭牌、信号输出端子和显示器参数，便于安装、使用和管理。

上行主站通信规约、下行抄表通讯规约、级联通讯规约，且各规约必须适合扩展，以满足电力不断发展的需求。针对厂站级、地区级和省网级系统对采集终端的不同需求，划分不同关口类型标准。

3.3 网络化

当前应用中，关口采集终端已经发挥数据通讯中枢的作用。今后的网络化发展方向主要表现在采集终端可具有作为系统中的一个通信网关的功能，承担电能采集管理系统网络与整个变电所应用网络之间的通信。采集终端就必须具有丰富的网络接口，提高RS485总线节点的相互独立性、无线通信的穿透力、有线通道的可靠性和抗干扰性，提高接口的适应性和组网的灵活性，达到减少安装和调试工作量，提高数据采集和传输的能力。

3.4 智能化

采集终端的智能化是在原有数据采集，存储和传输功能的基础上，具备更多的主动性和互操作性。不仅能够记录电能、开关量、谐波和故障数据，而且能够进行谐波分析、电能质量分析、用电需量分析，提供无功补偿、故障定位所需数据，记录并主动上报事件;存储PT，CT参数，线路运行参数，电力价格、费率信息和用电量趋势信息等;能够有选择的进行信息转发，实现主站对关口电能表的控制;完善升级功能，增加数据加密技术、物理防攻击措施、软件防火墙技术;增强显示、操作、报警功能。