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电能信息采集终端级联方案研究

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摘要:电能信息采集终端级联方案研究

1 引言

电能信息采集与管理系统是近几年全国各地电力公司都在研究和建设的热点,电能信息采集终端是电能信息采集与管理系统的重要组成部分,也是电能信息采集与管理系统中数量最多的设备,它负责各信息采集点的电能信息的采集、数据管理、数据传输以及执行或转发主站下发的控制命令。电能信息采集终端按应用场合可分为厂站采集终端、专变采集终端、公变采集终端和低压集中抄表终端(包括低压集中器、低压采集器)等类型。这些不同类型的电能信息采集终端与主站之间通讯采用的通道是有一定区别的,厂站采集终端由于主要安装在变电站或变电所中,其通讯条件较好,上行通讯通道主要采用网络、专线或电话拨号,专变采集终端和公变采集终端由于较为分散,上行通讯通道主要采用GPRS/CDMA、230M无线电台等, 低压集中抄表终端考虑到成本因素,上行通讯通道主要采用电话拨号、GPRS/CDMA等。由此可见,电能信息采集终端与主站之间的通讯有很多是依靠第三方提供的通讯通道,如GPRS/CDMA、电话拨号等。利用第三方提供的通讯通道,电力公司可以免除通讯通道的运行维护,减少运维人员的配备,同时通讯通道的质量又可以得到保证,因此在实际使用中上述除厂站采集终端由于有现成的电力专用通道可用外其余3种类型的终端采用第三方通讯通道的比例是相当高的,各地电力公司对此也已经达成一定的共识:除安全方面有特别要求外选用第三方的通讯通道是目前较好的选择。

利用第三方的通讯通道,电力公司需要每月向通讯公司支付通信费用,目前电力公司较多采用套餐的形式与通讯公司签订通信资费协议,套餐是按照各个终端单独收取的,因此终端数量越多,资费也相应增加。现场实际应用中有的地方需要安装多台终端,如果多台终端共享一个上行通讯通道与主站通讯,那么通讯费用将大幅度降低,同时只需一台终端配置通讯模块,其余终端不再需要配置通讯模块,从而也大大减少了购置终端的费用,未配置通讯模块终端的功耗减小,因此可靠性也将得到加强。级联方案就是为实现多台终端共享上行通讯通道而提出的。

2 功能需求分析

级联是终端通过彼此之间的本地接口相连,并借用其中一台终端的远程信道与主站进行数据通讯的方式。参与级联的终端可能是同一类型终端,也可能是不同类型终端(现场出现较多的是低压集中器与公变采集器级联),研究级联方案应是以最大限度地降低对参与级联的终端功能和性能的影响为目标。

(1) 实时性

主站对从终端发送的命令应是优先级最高的。这里对从终端发送的命令包括实时召测终端本身或外接电能表的电能数据、设置参数、远程拉合闸等。主终端在接收到这些命令时在判断本地总线空闲的情况下优先向从终端转发该命令。同时从终端的应答帧主终端也应在判断上行通信通道空闲的情况下优先向主站转发,从而保证了对主站命令实时响应的要求。

(2) 及时性

除主站主动向从终端发送命令外平时系统正常运行时大部分时间从终端是以主动上报数据的方式工作,主动上报的数据主要有两类定时任务数据和异常告警。其中定时任务数据包括各类电能量数据、瞬时量数据等,它们是按照设定的时间间隔(如每15分钟)定时向主站上送的;异常告警则是不定时发生,要求终端在最快时间内让主站知道现场发生的异常中。由于从终端本身不具备远程通讯通道,所以对这些数据要求实时向主站上报是不现实的,但在设计级联方案也应该有及时性的要求,一般在5分钟内完成上报转发可以满足实际应用对及时性的要求。

(3) 低压集中器抄读公变采集终端电量

由于公变采集终端在设计上具备电能计量的功能,其电能计量误差等级完全按照1级多功能电能表的要求,因此它们虽不能用于结算计费,但用于线损考核是完全可以的,因此在公用变压器若安装公变采集终端则不用再安装考核总表,公变采集终端除实现自身功能外还承担考核总线的任务。另一方面,低压集中器在设计上具备线损率的计算,从而减少主站的压力,并在线损率超标时主动向主站发送告警。低压集中器为了计算线损率需要抄读公变采集终端的电量数据。因此设计级联方案应妥善处理好共享远程通信通道和抄读公变采集终端电量数据两大功能的操作流程。

3 级联方案

3.1 原理接线

参与级联的终端采用485总线作为级联本地接口,具有远程上传通道的终端为主终端,借用主终端的远程上传通道与主站进行数据通讯的终端为从终端,从终端不具备远程上传的通道,或远程上传通道不启用。主终端和从终端可以是专变采集终端、公变采集终端或低压集中器任何一种。考虑到现场实际应用以及主终端的通讯压力,1个主终端设计成最多可级联4个从终端比较适当。级联方案原理见图1。

图1 级联方案原理图

3.2 共享远程通道方案

当主站发起的请求命令帧的目标地址是从终端时,主终端收到此命令后,判断目标地址不是主终端本身,立即将此命令转发至级联485总线。主终端设置参数中应有下挂4个从终端逻辑地址。

主终端具备主动上报的功能,而从终端由于不具备远传上行通道,主动上报功能受到限制。采用以下方式实现从终端主动上报功能:主终端在通讯空闲时,每间隔5分钟主动向级联的各从终端发起询问请求。从终端给予响应,返回应答命令。主终端接收到从终端的正常应答帧后,立即建立级联通讯,等待接收该从终端的上报数据,并立即通过远传上行通道转发给主站。在第一次发送数据完成后,发级联传输控制命令,通知从终端继续传送后续数据。

同一个级联系统中的低压集中器和公变采集终端,可以通过专门定义的指令,来交换台区总电量数据,用于低压集中器进行线损分析。该级联系统中的主终端应能够识别这样的抄读指令,并进行必要的转发工作,协助从终端完成信息交换。

为实现上述原理,需要如下几种命令:

(1) 主终端轮询(控制码C=18H)及从终端应答命令(控制码C=98H):从终端应答命令帧中应有标志位说明从终端是否有数据需要上传,以使主终端知道需要与哪些从终端建立共享远程通道的级联数据通讯。

(2) 级联传输控制命令(控制码C=28H):当级联传输用于从终端与主站通信时,主终端与从终端一旦建立级联通讯后,从终端上报的数据必须受控,否则主终端慢速的上行(如:GPRS/CDMA)通道将阻塞。主终端接收从终端的上报数据,尽快通过上行通道转发主站,发送完成后发级联传输控制命令通知从终端, 从终端接收到该帧以后才允许上报后续帧。

3.3 低压集中器抄读公变采集终端日冻结电量方案

为了计算线损,低压集中器需要从对应公变采集终端抄读日冻结电量。根据低压集中器和对应公变采集终端在级联系统中的地位不同,操作流程有所区别:

(1) 低压集中器是主终端,对应公变采集终端是从终端

低压集中器通过级联通道发送数据请求指令(控制码C=17H),要求从对应公变采集终端抄读日冻结电量,公变采集终端直接将日冻结电量数据包含在应答帧(控制码C=97H)中回复给低压集中器。请求帧和应答帧中均应同时含有低压集中器和公变采集终端地址。

(2) 低压集中器是从终端,对应公变采集终端是主终端

低压集中器等待公变采集终端的级联传输控制指令(控制码C=18H或28H)。低压集中器接收到级联传输控制指令后,通过级联通道向公变采集终端发送数据请求指令(控制码C=17H),要求从对应公变采集终端抄读日冻结电量。公变采集终端直接将日冻结电量数据包含在应答帧(控制码C=97H)中回复给低压低压集中器。

(3) 低压集中器和对应公变采集终端都不是主终端

低压集中器等待主终端的级联传输控制指令(控制码C=28H)。低压集中器接收到级联传输控制指令后,通过级联通道向公变采集终端发送数据请求指令(控制码C=17H),要求从对应公变采集终端抄读日冻结电量。公变采集终端直接将日冻结电量数据包含在应答帧(控制码C=97H)中回复给低压低压集中器(与此同时,主终端也接收到了该条数据请求指令)。低压集中器接收到应答数据,保存数据,并退出此次级联轮询流程(与此同时,主终端也接收到了该条数据请求指令,主终端识别该数据请求指令后,认为该低压集中器已经交回了级联485总线的控制权,开始准备轮询下一台从终端,或转发主站来的命令)。详细流程图如图2所示。


流程图说明如下:

(1) 主终端在发送控制码C=28H的传输控制命令通知从低压集中器开始采表之后,应有超时判断机制,超时时间默认设置为5秒。此时若有主站给从终端的命令到达主终端,主终端应该等待该超时之后,再进行命令的转发。


图2 级联方案流程图(低压集中器和对应公变采集终端都不是主终端)

(2) 在从低压集中器与其对应的公变采集终端的流程之中,主终端通过级联485总线可以实时收到所有的命令、数据帧,此时主终端应该作为监控设备,监控从终端的485总线使用情况。每当收到一个正确帧之后,就把超时计数器清零,重新计算超时;在公变采集终端应答低压集中器之后,认为低压集中器已经交回485总线的控制权,此时应当开始进行对下一台从终端的轮询工作。

(3) 流程图矩形框内的内容是一个循环执行的过程,从低压集中器只有在上报完所有数据,或没有上报数据的情况下,接收到28H控制命令后,才会发送17H命令进行采表的。

(4) 从低压集中器假如接收不到97H应答帧,应等待下一次轮询时再发出抄表命令,相当于补抄(只能在当天之内执行,因为返回帧中的电能量数据域只有当天的日数据)。

4 小结

电能信息采集终端通过级联的方式实现远程通信通道的共享,在电能信息采集与管理系统建设中有很重要的实用价值。但由于级联在现场实际应用中往往涉及很多种情形,参与级联的终端有可能不是同一个生产商的产品,也有可能不是同一类型的产品,加上级联本身流程有一定的复杂性,所以要将级联功能很好地应用于现场是有一定难度的。为此需要专门研制一套级联功能方案的测试软件,对具有级联的各种终端进行一致性自动测试,只有通过一致性测试的终端才能彼此级联在一起,只有这样才能避免终端因为级联导致产生副作用,也只有这样才能在电能信息采集与管理系统建设中真正发挥级联功能的作用。
 

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