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低压配电网运行实时监测信息系统
Realtime Supervising Information System for Lowvoltage Power Distribution System
王 立，彭 琨，刘 捷，乔学军
（保定供电公司，河北保定071000）
摘 要：提出了基于全电子多功能电能表及其RS485接口和移动GPRS无线网络技术的低压配电网运行实时监测信息系统，详细介绍了系统的组成及工作原理，并对系统的软硬件做了相关说明，分析了系统特点和应用前景。
关键词：全电子多功能电能表；GPRS；实时监测
Abstract:The lowvoltage power distribution grid operation realtime supervising system based on allelectron multifunction energymeter,its RS485 interface and mobile GPRS wireless network technology is introduced,including its configuration,working principle,software and hardware,features and its application prospect.
Keywords:allelectron multifunction energymeter;GPRS;realtime supervision
由于供电网络的扩大，运行管理任务大大增加，而对低压配电网的运行管理水平却相对落后，大量依靠人工对电网运行状态进行监测和管理，效率低，效果差。因此，如何保证低压配电变压器和配电网低压线路的经济运行，保证用户的电能质量，及时掌握和调整低压线路的三相平衡，及时调整无功补偿，提高功率因数以减小线路损耗，有效防止台变计量装置窃电等，成为供电部门亟待解决的现实问题。以下提出的一种基于全电子式多功能电能表和移动GPRS无线网络技术的低压配电网实时监测系统成为解决这一问题的较好方案。
1系统构成和功能概述
1.1系统构成
该系统利用全电子式多功能电能表作为基本的数据采集单元，以GPRS无线网络和Internet作为通信通道构成低压配电网运行实时监测系统，主要由多功能电能表和数据转接单元、GPRS通讯模块、GSM公用数据网和互连网、供电所监测中心构成。系统构成如图1所示。
1.2功能介绍
1.2.1全电子式多功能电能表和数据转接单元
全电子式多功能电能表的发展与使用，不仅对正确计量、合理收费起到积极作用，同时还能提供电能量、最大需量、最大需量发生时间等多种数据及数据自动传输接口，从而可自动进行电能计量，提高用电管理水平，已成为电能计量主流产品,因此电子式多功能电能表的普及率逐年上升。目前保定市城乡接合部大多低压台变二次侧都配装了全电子式多功能电能表，这类电能表，除了提供多种费率电量数据之外，还可提供正反向有功功率、无功功率、无功电量、各相电压电流、功率因数、各相断相时间等运行参数，并可存储一定时间内电网运行的历史数据。只要充分利用这些数据即可对低压配电网实施有效的监测和控制，可是，目前国内各电能表生产厂家的通信规约互不兼容。颁布DL/T 6451997《多功能电解表通讯规程》前，各电表厂家自行制定规约，因此通信协议、握手方式、通信速率、数据项目等差别很大。DL/T 6451997规约正式执行后，各厂家新生产电能表的通讯协议均基于该规约，但又都在该规约的基础上增补了部分内容，如失压记录、负荷曲线等。目前我国现场使用的多功能电能表有数十种，主要有威胜表、恒通表、浩宁达表、许继表等，其新表都是基于DL/T 6451997规约，但老表都是自定义规约。由于通讯协议不统一，给数据自动抄收带来一定困难，其数据格式、接口命令等各不相同，对不同的多功能电能表的数据读取和处理不能使用统一接口命令和处理方法。为了解决此问题，需专门设计一个数据转接单元，该单元可适用于不同型号多功能电能表，把所需电网运行参数变为统一符合DL/T 6451997规约的形式，用统一RS485接口命令进行读取并通过RS232串口送到GPRS模块，多功能电子式电能表和数据转接单元组合起来， 构成功能强大而又便于操作的电网实时参数数据采集单元，可以为电网实时监测提供所需要的各种数据及事件报告。
1.2.2GPRS通信模块
GPRS通用无线分组业务（General Packet Radio Service）是移动通信技术和Internet技术共同发展的结晶，是基于GSM系统的无线分组交换技术，可提供端到端的广域的无线IP连接。GPRS通讯模块提供灵活方便、透明的数据传输、内嵌TCP/IP协议、动态IP地址管理等功能。数据转接单元通过RS232 串口，采用标准AT指令控制GPRS通讯模块，实现传输短信息、语音信息、数据业务等功能。系统中，GPRS通讯模块接通电源后，就拥有了一个动态IP地址，它主动向供电所监测中心发出连接申请，供电所监测中心为其建立连接，数据转接单元通过串口送给GPRS模块的数据就被发送到供电所监测中心，实现GPRS通讯模块与供电所监测中心的实时连接。
1.2.3供电所监测中心
供电所监测中心连接Internet，接收所有GPRS通讯模块的数据并进行存储，同时提供用户登录平台。如果不需要短信（SMS）方式通讯时，供电所终端可无需配加GPRS通讯模块，只需登陆Internet。供电所监测中心的网络端设置专用的防火墙，以保证系统的数据安全；并具有通道检测功能，通信失败可断开当前连接，等待GPRS模块重新申请连接。可与GPRS通讯模块进行实时通讯，对远端发送的数据进行分析与处理，也可对GPRS通讯模块下发参数与命令。
供电所监测中心具有数据存储与管理的功能，通过专用数据库（DB）与数据库管理软件（DBMS）实现，负责输入数据校验、数据存储、查询、检索、修改等处理、自动报表生成的功能。
系统中，数据转接单元利用GPRS通讯模块的Internet接入功能，通过GPRS无线网连接到Internet,与供电所监测中心进行通信。由于GPRS网络与互联网都是基于IP协议的，且互相连接，所以只要授权用户通过任意方式上网，配变监测数据就可以通过GPRS网络透明地传送到用户终端。本系统充分利用了GPRS的实时连通特性，加强了系统的实时性，采用独特的加密压缩算法，从而减少系统的通信流量，并且使得系统的安全可靠性得到了有力的保障。
2系统硬件与软件构成
2.1系统硬件
此系统由全电子多功能电能表、数据转接单元、GPRS通讯模块和供电所监测中心组成，其中数据转接单元是需要研制开发的部分。该单元应可对全电子多功能电能表的数据进行采集、存储和对GPRS通讯模块的控制。考虑当前多功能电能表现状，采用RS485通讯接口传输相关电量数据，通过RS232串口 和AT命令集来控制GPRS模块完成控制接收与数据发送。数据转接单元硬件见图2。
2.2系统软件
系统软件由几个程序模块组成，见图3。
2.2.1数据采集程序
数据采集程序运行在数据转接单元上，与全电子多功能电能表通讯采集并存储配变台区电量数据，它要适应不同多功能电能表厂家的多种通讯规约，将电量数据统一成标准数据格式。
2.2.2模块控制程序
模块控制程序运行在数据转接单元上，它通过AT指令控制GPRS通讯模块，接收供电所监测中心的命令，与其建立基于TCP/IP的连接，发送电量数据，为采集平台程序提供透明数据通道。
2.2.3数据通讯平台程序
数据通讯平台程序运行在供电所监测中心的主机上，它激活GPRS通讯模块并发送数据采集命令，等待接收模块发送回来的电量数据，再将数据传到数据库中。
2.2.4数据库（DB）及数据库管理系统（DBMS）
DB及DBMS运行在供电所监测中心的主机上，数据库采用SQL SERVER数据库系统，主要用于存储系统参数、采集平台程序接收的各种原始数据、数据处理与分析的重要衍生数据与结果。
2.2.5数据处理与分析程序
数据处理与分析程序运行在供电所监测中心的主机上，主要提供用户操作界面，包括参数设置、运行数据、系统管理3项功能。
a. 参数设置主要是设置数据库中多功能电能表的系统参数，对需要删除或修改的系统参数进行编辑管理。
b. 运行数据主要设置定时采集的参数，可实时采集历史数据和实时数据。对采集来的数据进行整理、分析，并生成曲线报表及事件报告，打印输出。
c. 系统管理对使用此系统的用户进行维护，它可以设置、修改、删除用户帐号、密码，维护用户的使用权限。
3系统特点和应用前景
该系统的构成充分利用了现有的资源，在原始数据采集部分利用现有的全电子多功能电能表，而不必重复地研制开发数据采集模块；在信号传输方面，利用较为廉价的GPRS移动梦网实现和互连网的转接，既节省信道的投资，又不占用频段资源。这些措施可使本系统具有较低的运行成本。
GPRS数字移动通讯网络真正实现无缝覆盖，克服了通讯距离短、性能不稳定的缺点，没有地区、距离限制。目前移动梦网采用按数据流量计费的方法，1 KB数据传送费用仅为0.01～0.03元，所以本系统投入运行后可使整个系统所需的通讯费用保持在较低的水平。
该系统的规模可根据供电所辖区范围内的台变数量确定，同时系统具有可扩展性，当辖区内增加新的供电变压器时，只需在计量箱内增加一套数据转接单元和一个GPRS模块，并对软件中的系统参数做适当设置即可完成对系统的扩展，很容易适应供电网络的发展。
由于该系统具有实时监测功能，不仅可完成台变多功能电能表的抄表远传工作，还可为三相负荷不平衡、无功补偿、最优台变负荷率控制等电网最佳运行状态调节提供依据，科学、有效的指导用电生产，这将大大提高低压配电网的管理水平，改善低压配电网的运行质量，还可监测台变计量装置失流、失压，并发出报警起到防窃作用，从而带来巨大的社会和经济效益。
参考文献
［1］DL/T 6451997，多功能电能表通讯规约［S］.
［2］黄乘安，张越，云怀中.基于GPRS的远程仪表监控系统［J］.电测与仪表，2003,（8）. |
