一、前言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié),其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此,本文特對中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡單的討論。
配電變壓器是將電能直接分配給低壓用戶的電力設(shè)備,其運(yùn)行數(shù)據(jù)是整個(gè)配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分。因此,對其運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測是必要的。本文討論利用GRPS作為通信手段,建立配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)。
在配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信中,可以采用數(shù)傳電臺(tái)、GSM短消息、光纖接入等方式。數(shù)傳電臺(tái)的優(yōu)勢是除了每年的頻點(diǎn)費(fèi)以外,平時(shí)運(yùn)行無需額外費(fèi)用;缺點(diǎn)是受地形、氣候的影響較大,造成系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性較差,無法主動(dòng)上報(bào)。GSM短消息方式可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)上報(bào);缺點(diǎn)是按條收費(fèi),運(yùn)行費(fèi)用高,而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時(shí)延時(shí)相當(dāng)長。光纖通信穩(wěn)定可靠,但是施工成本投入大、擴(kuò)展性差、設(shè)備維護(hù)方面不方便。而GPRS通信則避免了以上問題。
通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS 是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新無線數(shù)據(jù)傳數(shù)業(yè)務(wù),目的是給移動(dòng)用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)。 GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s,實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40~100Kbit/s,在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS采用分組交換技術(shù),每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道,同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享,資源被有效的利用。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù),而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。GPRS永遠(yuǎn)在線,按流量計(jì)費(fèi),從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、點(diǎn)多分散、中小流量的數(shù)據(jù)傳輸,也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
配電變壓器綜合管理系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)是建立一個(gè)安全可靠,能提供各種高級服務(wù),并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實(shí)施提供較強(qiáng)功能的開放式平臺(tái)和運(yùn)行在該平臺(tái)的多個(gè)相對獨(dú)立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng),成為一個(gè)符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的,分布式,開放式,模塊化,可擴(kuò)充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)?;A(chǔ)平臺(tái)除提供基本的硬件技術(shù)和操作系統(tǒng)內(nèi)核外,還提供諸如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)?;诨A(chǔ)平臺(tái)之上的各應(yīng)用子系統(tǒng)包括:配電變壓器管理,線損管理,自動(dòng)抄表,VQC功能,諧波數(shù)據(jù),購電量管理,數(shù)據(jù)查詢,自動(dòng)報(bào)表,圖表和與其他系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(OSA)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有機(jī)的橫向和縱向集成,形成一個(gè)完整的配電變壓器綜合管理信息系統(tǒng)。
GPRS配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示,系統(tǒng)分為四個(gè)部分,分別是監(jiān)控中心主站、網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端、監(jiān)控終端設(shè)備。主站主要完成人機(jī)交互工作;網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn);GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端完成信息的上送與下發(fā);監(jiān)控終端設(shè)備主要完成數(shù)字量與模擬量的采集。
本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用ADSL、LAN等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù),出于安全性考慮,監(jiān)控中心主站在局域網(wǎng)中,不直接連在INTERNET網(wǎng)上,通過網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器來負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)。GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端上電后,它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP地址或者是域名來主動(dòng)訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器,通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立TCP/IP鏈路。監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的IP地址和ID號(hào),當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控終端提出數(shù)據(jù)請求時(shí),它會(huì)根據(jù)IP地址和ID號(hào)來找到對應(yīng)的終端,將命令下發(fā)到該終端,終端響應(yīng)后通過GRPS 數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口,通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站,即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程。
以上方式是通過Internet(CMNET)實(shí)現(xiàn)的,這樣用戶的實(shí)現(xiàn)成本比較低。如需要高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。中國移動(dòng)為這種應(yīng)用提供了直接接入 GPRS網(wǎng)絡(luò)的方式。監(jiān)控中心主站通過專線方式直接接入GPRS移動(dòng)基站,并獲得一個(gè)固定的IP地址。監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)無需路由到Internet網(wǎng)絡(luò),監(jiān)測點(diǎn) DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用這種方式組成點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、安全性高的特點(diǎn),但接入費(fèi)用相對較高。
三、監(jiān)控終端
該監(jiān)測系統(tǒng)采用的配電綜合監(jiān)測儀是根據(jù)電力需求側(cè)管理技術(shù)要求和配變負(fù)荷監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造的一種高科技產(chǎn)品。它采用高精度數(shù)字采樣處理技術(shù),集數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)、通訊等多功能于一體,并可通過后臺(tái)軟件將儲(chǔ)存記錄的數(shù)據(jù)以圖表或報(bào)表的形式顯示、打印和分析。其科技領(lǐng)先,功能強(qiáng)大、可靠性高,可廣泛應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測。其主要功能有:
基本測量參數(shù):
三相電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、四象限電能、環(huán)境溫度等九類,三十多個(gè)參數(shù)。
額定技術(shù)參數(shù)
額定電壓 Un: 100V
額定電流 In: 5A
額定頻率 Fn: 50Hz
測量準(zhǔn)確度
電壓/電流/頻率: 0.2級
功率因數(shù)/有功功率/無功功率: 0.5級
有功電量/無功電量: 1.0級
內(nèi)置閃存容量
存儲(chǔ)容量:1024k字節(jié),可實(shí)現(xiàn)連續(xù)84日用電數(shù)據(jù)記錄(每15分鐘記錄一次)
精度
電壓/電流/頻率: 0.2級
功率因數(shù)/有功功率/無功功率: 0.5級
有功電量/無功電量: 1.0級
系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定
裝置的CT、PT變比
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔
系統(tǒng)時(shí)鐘
LCD對比度
過壓參數(shù)
欠壓參數(shù)
過流參數(shù)
四、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端
GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。本系統(tǒng)中采用SARO1010P GRPS DTU。該DTU功能與特點(diǎn)如下:
A、功能:
1. 標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令界面,方便程序設(shè)計(jì);
2. TCP/IP Internet 內(nèi)嵌的協(xié)議棧,輕松互連;
3. RS232接口方式,更加簡便的通訊方式;
4. 可通過串口升級程序。
B、性能:
1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器,16位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線,128KBSRAM,512KBFLASH,可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù);
2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)傳輸;
3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 協(xié)議棧;
4. 一個(gè)符合ISO7816-3IC 卡標(biāo)準(zhǔn)的SIM 卡座,支持符合GSM11.11 和GSM11.10,規(guī)范SIM 卡;
5. 簡化的接口設(shè)計(jì),使用通用的232 接口和簡單的AT 命令交互界面;
6. 供了更方便的電源接口,即可使用外掛電源。又可從串口直接取電;
7. 整機(jī)功耗小于3W;
8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號(hào),掉線自動(dòng)重啟,遠(yuǎn)程喚醒等功能;
9. 支持遠(yuǎn)程控制及動(dòng)態(tài)域名解析;
10. 同時(shí)更具嵌入式系統(tǒng)要求,可提供內(nèi)置式模塊(不帶外殼,可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連)。
11、同時(shí)還有軟硬件雙重看門狗,在DTU不能正常工作時(shí),能夠自動(dòng)斷電復(fù)位。
五、監(jiān)控中心主站
主站系統(tǒng)最里面層為操作系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件。第二層為系統(tǒng)支持軟件層,包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)采集和傳輸。電力系統(tǒng)模型主要指電力系統(tǒng)設(shè)備對象化及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌粩?shù)據(jù)庫系統(tǒng)分運(yùn)行庫、基礎(chǔ)庫、標(biāo)準(zhǔn)庫和歷史庫四部分;數(shù)據(jù)采集和傳輸就是將各種數(shù)據(jù)從不同的終端根據(jù)各種通訊協(xié)議采集過來,但并不進(jìn)行處理,再通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給需要這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第三層為基礎(chǔ)應(yīng)用層,將采集過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過各種處理,通過GUI界面顯示給用戶。第四層為高級應(yīng)用層,它所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要是供電力系統(tǒng)進(jìn)一步管理和決策用。
上位軟件主要完成以下功能:
?。?)配電變壓器SCADA系統(tǒng) 變壓器運(yùn)行監(jiān)控,變壓器異常情況監(jiān)控,數(shù)據(jù)的分析、處理和存盤,RTU的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)顯示。既能獲得配電網(wǎng)運(yùn)行的基本信息,又為功能擴(kuò)充提供很好的基礎(chǔ)。
?。?)自動(dòng)抄表系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)抄錄配電變壓器和用戶的電度數(shù)。并具有電表異常告警,跟蹤抄表記錄和操作記錄等輔助功能。
?。?)用戶購電量管理 對于信譽(yù)比較差的用戶,通過系統(tǒng)對它進(jìn)行先購電后供電,并在使用電量達(dá)到某些比例時(shí)進(jìn)行警告。
?。?)線損管理 主要是臺(tái)區(qū)線損管理和線路線損管理。
?。?)配電設(shè)備管理 主要是配電線路和配電變壓器等設(shè)備的管理。
?。?)終端錯(cuò)誤智能識(shí)別 終端錯(cuò)誤分為通訊恢復(fù),通訊中斷(某一終端連續(xù)三次召測不到),終端無線錯(cuò)誤(一天連續(xù)十次召測不到),無線中斷(連續(xù)有三十個(gè)終端召測不到)。
(7)負(fù)荷預(yù)測 通過計(jì)算主站和分站所有臺(tái)區(qū)的總有功功率總加值來初步預(yù)測下一階段的負(fù)荷情況。
?。?)電容器投切 根據(jù)電壓和功率因數(shù)就地進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)時(shí)考慮時(shí)間因素和投切次數(shù)。在就地調(diào)節(jié)失靈的情況下能夠遠(yuǎn)方監(jiān)視和遠(yuǎn)方控制。如果終端無調(diào)節(jié)投切功能,系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)方計(jì)算后控制電容器投切。
?。?)終端操作 可以遠(yuǎn)方讀取或者設(shè)置終端的參數(shù),如變壓器的整定參數(shù)等??稍O(shè)置開關(guān)合閘,開關(guān)分閘??勺x取或設(shè)置VQC參數(shù)。
?。?0)與營銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的接口 能方便地為營銷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。
(11)采集諧波數(shù)據(jù) 通過系統(tǒng)能夠采集用戶的各次諧波含量。
(12)用戶竊電管理 增加用戶電量與功率轉(zhuǎn)換為電量的比較,通過設(shè)置比例系數(shù),來進(jìn)行警告,比如當(dāng)有功功率產(chǎn)生而電量不動(dòng)時(shí),則產(chǎn)生警告。
六、結(jié)論
實(shí)現(xiàn)我國中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化,是提高供電質(zhì)量、用電可靠性和提高電力企業(yè)自身水平的需要,GPRS作為一種新的通訊手段,應(yīng)用在配電自動(dòng)化中有很多優(yōu)點(diǎn), 基于GPRS通信的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)是一個(gè)比較有應(yīng)用前景的實(shí)現(xiàn)方案。