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摘 要 通过研究分析当前电力营销系统数据通路利用率低的问题，设计一种新的系统，通过用电信息采集系统，在现有的GPRS通道上，除了采集用电信息之外，还可以复用GPRS通道采集配变数据，实现对配变的实时监测。降低了智能电网的实施成本，提高实施的效率。
关键词 智能电网、远程抄表、配变监测
1 引言
近年来，在国家电网公司构建“客户导向型”营销服务体系指引下，全国各地相继建设了远程集中抄表系统[1][2]，将远程集抄系统与营销MIS系统对接，逐步替代了人工抄表的模式。在“集抄集收”模式下，原先分散的、人工现场抄表模式，转变为集中、自动的新型远程抄表模式，由于营销系统对数据的实时性要求不高，数据采集量小，数据采集频率低，采集的间隔时间长，目前营销集抄系统多采用GPRS DTU模块[3]进行数据采集。因为数据量不大，电力营销系统建立的宝贵的GPRS数据通路大部分时间处于空闲状态。并且，随着智能电网、配网自动化工作的进一步开展，对电网终端设备的监控、预警等需求将很快提上日程。
目前，该数据通路，如果仅仅用于采集营销所需数据，将是一种极大的资源浪费。因此，研究用电信息采集系统在配变监测中的应用技术，对于智能电网的建设是一个有力的补充，可以降低智能电网的实施成本，提高实施的效率。
2 国内外相关研究
截至目前，美国、欧洲、日本等国家和地区已经在智能电网的概念、技术研究和工程实践中开展了大量工作。其中，我国智能电网的定义是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网[1] [2]。
就目前来说，电网已成为工业化、信息化社会发展的基础和重要组成部分。随着市场化改革的不断推进，智能电网[4][5]已成为现代电网技术发展的必由之路。在我国，相关智能电网安全的标准制定、技术研究和产业推进也在积极进行中。国家电网将在未来十年将投资数万亿人民币，用于推进智能电网的建设。
目前，国内的用电信息采集系统已经大规模建设并投入使用，采集系统的GPRS数据通路基本建设完成，智能电网的大规模建设正在展开。本项目作为智能电网的一部分，研究用电信息采集系统在配变监测中的应用技术，具有重要的实际意义。
3 系统的理论与实践依据
3.1传统用电信息系统工作模式
当前电力营销部门的用电信息系统的工作模式，主要是通过采集器定时采集终端用户智能电表的用电数据，再传送到集中器，集中器通过GPRS DTU模块将数据提交给主站服务器，并集中存储到数据库。现有的示范性智能配电房由于“遥控”功能高可靠性的要求，通讯以光纤传输为主。配网自动化广泛引入了EPON技术，能够有效提高光纤资源的利用率，但光纤资源需要优先满足配网自动化系统中大量的开闭所和环网柜控制的要求，难以满足数量更大的配电房监控的需要。因此，GPRS为主的窄带数据传输是智能配电房的高性价比选择。
3.2系统设计思想
本系统采用一种新的思路，通过用电信息采集系统，在现有的GPRS通道上，除了采集用电信息之外，还可以复用GPRS通道采集配变数据，实现对配变的实时监测。
系统的主要设计思想是：在集中器前端加入一套采集终端设备，该设备作为一个通讯结点接入原有的用电信息采集系统的采集总线（通常为485总线）。这样可以完全不更改现有的网络结构，仅仅在网络中加入了一个终端结点。该设备的通讯数据格式遵循DL/T645-2007规约，采用规约标识复用的方式，将设备采集到的配变监测数据提交给集中器，最终存储到数据库。新增加的这一设备将配置一个特殊的地址，该地址符合DL/T645-2007规约，但包含有特殊的字符标识作为主站的识别标识。这样，原来DL/T645-2007规约定义的规约标识的含义，将在主站进行重新定义，以识别配变监测的各种数据。
采集终端采集的主要数据有：变压器的电压、电流、有功功率、无功功率等信息；断路器、电容器投切装置动作状态监测；配变温度及风机状态监测，配电房温度、湿度、烟感、水浸等数据的监测；开关柜内环境温湿度等。这些数据的监测将通过组建无线传感器网络来实现，尽量减少现场布线。
采集终端与集中器之间采用485通讯，以有线方式接入。同时，采集终端将预留网络接口，以便于以后数据通道升级之后的无缝连接。
目前，市场上尚无同类设备，需要开发这样一套新的硬件设备，同时制订好DL/T645-2007规约的复用机制，再开发出一套后台管理软件，以便于实时监测配变数据。
4 系统结构与功能
在用电信息采集系统当中，主要采集的数据是智能电表当中的电能数据。采集器和集中器的数据格式符合DL/T645规约。为了在用电信息采集系统中监测配变相关数据，需要开发一套新的硬件设备。该设备用于采集配变监测的数据，将数据传给集中器或者采集器。该设备可以动态配置一个特殊的地址，地址格式符合DL/T645规约，但有内部特殊编码可供识别。设备数据交换格式采用DL/T645-2007规约，采用规约标识复用的方式，将配变监测数据用645协议发送给集中器，集中器将数据传给营销主站系统。主站系统根据数据地址区分配变监测数据。然后，服务器上管理软件提取这一特殊的地址数据，再根据自定义的规约复用协议，分析配变监测数据。
为此，系统总体网络结构示意图如图1所示。在不改动原有网络结构的前提下，增加一个采集终端设备，即可实现在用电信息采集系统中，同时采集配变监测的数据，在同一个GPRS通信信道上，可以传输除营销之外的其它的监测数据。这样，系统总体升级、安装、维护、维修的成本可以降到最低，效益可以最大化。 系统的硬件设备主要实现如下功能：数据采集及处理，如变压器的电压、电流、有功功率、无功功率等信息；断路器、电容器投切装置动作状态监测；配变温度及风机状态监测；环境数据采集及处理，配电房温度、湿度、烟感、水浸等数据的监测；开关柜内环境监测；支持485通信或红外通信功能，网络通信功能，支持DL/T645-2007规约，可以用户信息采集系统的采集器或者集中器进行通讯；自诊断、自恢复及本地调试功能；事件自动记录和主动上报；设备地址动态配置功能。
在中心服务器端，需要通过应用程序对终端设备提交的数据进行分析与管理，可以通过WEB方式对大批量的终端设备进行统一管理，主要实现设备基本信息管理、远程配置、状态监控等诸多功能。
采集终端的原理框图如图2所示。主要功能由嵌入式CPU完成， 内置DL/T645协议，可扩展网络协议，多个RS485接口，可以通过无线模块与外围传感器通信。电源模块可以选用电池供电。终端设计时，尽量采用免布线模式，以减少安装与维护的难度与成本。
通过服务器站的管理软件，营销与生产管理人员能够实时了解配电房的设备状态， 实时掌握设备的告警信息。
这样，通过在用电信息采集系统前端增加一套设备，复用DL/T645协议，可以在现有的有电信息采集系统中实现对配变数据有监测，有利于管理人员及时发现并处理设备故障信息。
5 总结
随着国家电网在全国各地相继建设了远程集中抄表系统，传统的人工抄表工作已逐渐被取代。然而由于营销部门的用电信息采集系统对数据要求较低，造成了目前GPRS数据通路大部分时间处于空闲状态。为了解决此问题，提高GPRS数据通路的利用率，本文通过复用GPRS通道采集配变数据，实现对配变的实时监测、对电网终端设备的监控、预警等功能，降低了智能电网的实施成本，提高实施的效率。
参考文献
[1] 赵兴勇，马小丹. 远程自动抄表系统研究[J]. 电力学报， 2000.
[2] 唐伟，张建波，范文宾. 基于GPRS 技术的远程抄表系统设计[J]. 电力系统通信， 2004.
[3] 刘教瑜，吴美玲，谭杰. GPRS DTU 的设计及研究[J]. 电力自动化设备， 2006.
[4] 陈树勇，宋书芳，李兰欣，沈杰 .智能电网技术综述[J].电网技术， 2009.
[5] 谢开，刘永奇，朱治中.于尔铿. 面向未来的智能电网[J]. 中国电力， 2008.
[6] 王成山，王守相，郭力. 我国智能配电技术展望[ J]. 南方电网技术， 2010.
关键词 智能电网、远程抄表、配变监测
1 引言
近年来，在国家电网公司构建“客户导向型”营销服务体系指引下，全国各地相继建设了远程集中抄表系统[1][2]，将远程集抄系统与营销MIS系统对接，逐步替代了人工抄表的模式。在“集抄集收”模式下，原先分散的、人工现场抄表模式，转变为集中、自动的新型远程抄表模式，由于营销系统对数据的实时性要求不高，数据采集量小，数据采集频率低，采集的间隔时间长，目前营销集抄系统多采用GPRS DTU模块[3]进行数据采集。因为数据量不大，电力营销系统建立的宝贵的GPRS数据通路大部分时间处于空闲状态。并且，随着智能电网、配网自动化工作的进一步开展，对电网终端设备的监控、预警等需求将很快提上日程。
目前，该数据通路，如果仅仅用于采集营销所需数据，将是一种极大的资源浪费。因此，研究用电信息采集系统在配变监测中的应用技术，对于智能电网的建设是一个有力的补充，可以降低智能电网的实施成本，提高实施的效率。
2 国内外相关研究
截至目前，美国、欧洲、日本等国家和地区已经在智能电网的概念、技术研究和工程实践中开展了大量工作。其中，我国智能电网的定义是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网[1] [2]。
就目前来说，电网已成为工业化、信息化社会发展的基础和重要组成部分。随着市场化改革的不断推进，智能电网[4][5]已成为现代电网技术发展的必由之路。在我国，相关智能电网安全的标准制定、技术研究和产业推进也在积极进行中。国家电网将在未来十年将投资数万亿人民币，用于推进智能电网的建设。
目前，国内的用电信息采集系统已经大规模建设并投入使用，采集系统的GPRS数据通路基本建设完成，智能电网的大规模建设正在展开。本项目作为智能电网的一部分，研究用电信息采集系统在配变监测中的应用技术，具有重要的实际意义。
3 系统的理论与实践依据
3.1传统用电信息系统工作模式
当前电力营销部门的用电信息系统的工作模式，主要是通过采集器定时采集终端用户智能电表的用电数据，再传送到集中器，集中器通过GPRS DTU模块将数据提交给主站服务器，并集中存储到数据库。现有的示范性智能配电房由于“遥控”功能高可靠性的要求，通讯以光纤传输为主。配网自动化广泛引入了EPON技术，能够有效提高光纤资源的利用率，但光纤资源需要优先满足配网自动化系统中大量的开闭所和环网柜控制的要求，难以满足数量更大的配电房监控的需要。因此，GPRS为主的窄带数据传输是智能配电房的高性价比选择。
3.2系统设计思想
本系统采用一种新的思路，通过用电信息采集系统，在现有的GPRS通道上，除了采集用电信息之外，还可以复用GPRS通道采集配变数据，实现对配变的实时监测。
系统的主要设计思想是：在集中器前端加入一套采集终端设备，该设备作为一个通讯结点接入原有的用电信息采集系统的采集总线（通常为485总线）。这样可以完全不更改现有的网络结构，仅仅在网络中加入了一个终端结点。该设备的通讯数据格式遵循DL/T645-2007规约，采用规约标识复用的方式，将设备采集到的配变监测数据提交给集中器，最终存储到数据库。新增加的这一设备将配置一个特殊的地址，该地址符合DL/T645-2007规约，但包含有特殊的字符标识作为主站的识别标识。这样，原来DL/T645-2007规约定义的规约标识的含义，将在主站进行重新定义，以识别配变监测的各种数据。
采集终端采集的主要数据有：变压器的电压、电流、有功功率、无功功率等信息；断路器、电容器投切装置动作状态监测；配变温度及风机状态监测，配电房温度、湿度、烟感、水浸等数据的监测；开关柜内环境温湿度等。这些数据的监测将通过组建无线传感器网络来实现，尽量减少现场布线。
采集终端与集中器之间采用485通讯，以有线方式接入。同时，采集终端将预留网络接口，以便于以后数据通道升级之后的无缝连接。
目前，市场上尚无同类设备，需要开发这样一套新的硬件设备，同时制订好DL/T645-2007规约的复用机制，再开发出一套后台管理软件，以便于实时监测配变数据。
4 系统结构与功能
在用电信息采集系统当中，主要采集的数据是智能电表当中的电能数据。采集器和集中器的数据格式符合DL/T645规约。为了在用电信息采集系统中监测配变相关数据，需要开发一套新的硬件设备。该设备用于采集配变监测的数据，将数据传给集中器或者采集器。该设备可以动态配置一个特殊的地址，地址格式符合DL/T645规约，但有内部特殊编码可供识别。设备数据交换格式采用DL/T645-2007规约，采用规约标识复用的方式，将配变监测数据用645协议发送给集中器，集中器将数据传给营销主站系统。主站系统根据数据地址区分配变监测数据。然后，服务器上管理软件提取这一特殊的地址数据，再根据自定义的规约复用协议，分析配变监测数据。
为此，系统总体网络结构示意图如图1所示。在不改动原有网络结构的前提下，增加一个采集终端设备，即可实现在用电信息采集系统中，同时采集配变监测的数据，在同一个GPRS通信信道上，可以传输除营销之外的其它的监测数据。这样，系统总体升级、安装、维护、维修的成本可以降到最低，效益可以最大化。 系统的硬件设备主要实现如下功能：数据采集及处理，如变压器的电压、电流、有功功率、无功功率等信息；断路器、电容器投切装置动作状态监测；配变温度及风机状态监测；环境数据采集及处理，配电房温度、湿度、烟感、水浸等数据的监测；开关柜内环境监测；支持485通信或红外通信功能，网络通信功能，支持DL/T645-2007规约，可以用户信息采集系统的采集器或者集中器进行通讯；自诊断、自恢复及本地调试功能；事件自动记录和主动上报；设备地址动态配置功能。
在中心服务器端，需要通过应用程序对终端设备提交的数据进行分析与管理，可以通过WEB方式对大批量的终端设备进行统一管理，主要实现设备基本信息管理、远程配置、状态监控等诸多功能。
采集终端的原理框图如图2所示。主要功能由嵌入式CPU完成， 内置DL/T645协议，可扩展网络协议，多个RS485接口，可以通过无线模块与外围传感器通信。电源模块可以选用电池供电。终端设计时，尽量采用免布线模式，以减少安装与维护的难度与成本。
通过服务器站的管理软件，营销与生产管理人员能够实时了解配电房的设备状态， 实时掌握设备的告警信息。
这样，通过在用电信息采集系统前端增加一套设备，复用DL/T645协议，可以在现有的有电信息采集系统中实现对配变数据有监测，有利于管理人员及时发现并处理设备故障信息。
5 总结
随着国家电网在全国各地相继建设了远程集中抄表系统，传统的人工抄表工作已逐渐被取代。然而由于营销部门的用电信息采集系统对数据要求较低，造成了目前GPRS数据通路大部分时间处于空闲状态。为了解决此问题，提高GPRS数据通路的利用率，本文通过复用GPRS通道采集配变数据，实现对配变的实时监测、对电网终端设备的监控、预警等功能，降低了智能电网的实施成本，提高实施的效率。
参考文献
[1] 赵兴勇，马小丹. 远程自动抄表系统研究[J]. 电力学报， 2000.
[2] 唐伟，张建波，范文宾. 基于GPRS 技术的远程抄表系统设计[J]. 电力系统通信， 2004.
[3] 刘教瑜，吴美玲，谭杰. GPRS DTU 的设计及研究[J]. 电力自动化设备， 2006.
[4] 陈树勇，宋书芳，李兰欣，沈杰 .智能电网技术综述[J].电网技术， 2009.
[5] 谢开，刘永奇，朱治中.于尔铿. 面向未来的智能电网[J]. 中国电力， 2008.
[6] 王成山，王守相，郭力. 我国智能配电技术展望[ J]. 南方电网技术， 2010.