 1 引言
電能信息采集與管理系統(tǒng)是近幾年全國各地電力公司都在研究和建設的熱點，電能信息采集終端是電能信息采集與管理系統(tǒng)的重要組成部分，也是電能信息采集與管理系統(tǒng)中數量最多的設備，它負責各信息采集點的電能信息的采集、數據管理、數據傳輸以及執(zhí)行或轉發(fā)主站下發(fā)的控制命令。電能信息采集終端按應用場合可分為廠站采集終端、專變采集終端、公變采集終端和低壓集中抄表終端(包括低壓集中器、低壓采集器)等類型。這些不同類型的電能信息采集終端與主站之間通訊采用的通道是有一定區(qū)別的，廠站采集終端由于主要安裝在變電站或變電所中，其通訊條件較好，上行通訊通道主要采用網絡、專線或電話撥號，專變采集終端和公變采集終端由于較為分散，上行通訊通道主要采用GPRS/CDMA、230M無線電臺等， 低壓集中抄表終端考慮到成本因素，上行通訊通道主要采用電話撥號、GPRS/CDMA等。由此可見，電能信息采集終端與主站之間的通訊有很多是依靠第三方提供的通訊通道，如GPRS/CDMA、電話撥號等。利用第三方提供的通訊通道，電力公司可以免除通訊通道的運行維護，減少運維人員的配備，同時通訊通道的質量又可以得到保證，因此在實際使用中上述除廠站采集終端由于有現成的電力專用通道可用外其余3種類型的終端采用第三方通訊通道的比例是相當高的，各地電力公司對此也已經達成一定的共識：除安全方面有特別要求外選用第三方的通訊通道是目前較好的選擇。
利用第三方的通訊通道，電力公司需要每月向通訊公司支付通信費用，目前電力公司較多采用套餐的形式與通訊公司簽訂通信資費協議，套餐是按照各個終端單獨收取的，因此終端數量越多，資費也相應增加?，F場實際應用中有的地方需要安裝多臺終端，如果多臺終端共享一個上行通訊通道與主站通訊，那么通訊費用將大幅度降低，同時只需一臺終端配置通訊模塊，其余終端不再需要配置通訊模塊，從而也大大減少了購置終端的費用，未配置通訊模塊終端的功耗減小，因此可靠性也將得到加強。級聯方案就是為實現多臺終端共享上行通訊通道而提出的。
2 功能需求分析
級聯是終端通過彼此之間的本地接口相連，并借用其中一臺終端的遠程信道與主站進行數據通訊的方式。參與級聯的終端可能是同一類型終端，也可能是不同類型終端(現場出現較多的是低壓集中器與公變采集器級聯)，研究級聯方案應是以最大限度地降低對參與級聯的終端功能和性能的影響為目標。
(1) 實時性
主站對從終端發(fā)送的命令應是優(yōu)先級最高的。這里對從終端發(fā)送的命令包括實時召測終端本身或外接電能表的電能數據、設置參數、遠程拉合閘等。主終端在接收到這些命令時在判斷本地總線空閑的情況下優(yōu)先向從終端轉發(fā)該命令。同時從終端的應答幀主終端也應在判斷上行通信通道空閑的情況下優(yōu)先向主站轉發(fā)，從而保證了對主站命令實時響應的要求。
(2) 及時性
除主站主動向從終端發(fā)送命令外平時系統(tǒng)正常運行時大部分時間從終端是以主動上報數據的方式工作，主動上報的數據主要有兩類定時任務數據和異常告警。其中定時任務數據包括各類電能量數據、瞬時量數據等，它們是按照設定的時間間隔(如每15分鐘)定時向主站上送的;異常告警則是不定時發(fā)生，要求終端在最快時間內讓主站知道現場發(fā)生的異常中。由于從終端本身不具備遠程通訊通道，所以對這些數據要求實時向主站上報是不現實的，但在設計級聯方案也應該有及時性的要求，一般在5分鐘內完成上報轉發(fā)可以滿足實際應用對及時性的要求。
(3) 低壓集中器抄讀公變采集終端電量
由于公變采集終端在設計上具備電能計量的功能，其電能計量誤差等級完全按照1級多功能電能表的要求，因此它們雖不能用于結算計費，但用于線損考核是完全可以的，因此在公用變壓器若安裝公變采集終端則不用再安裝考核總表，公變采集終端除實現自身功能外還承擔考核總線的任務。另一方面，低壓集中器在設計上具備線損率的計算，從而減少主站的壓力，并在線損率超標時主動向主站發(fā)送告警。低壓集中器為了計算線損率需要抄讀公變采集終端的電量數據。因此設計級聯方案應妥善處理好共享遠程通信通道和抄讀公變采集終端電量數據兩大功能的操作流程。
3 級聯方案
3.1 原理接線
參與級聯的終端采用485總線作為級聯本地接口，具有遠程上傳通道的終端為主終端，借用主終端的遠程上傳通道與主站進行數據通訊的終端為從終端，從終端不具備遠程上傳的通道，或遠程上傳通道不啟用。主終端和從終端可以是專變采集終端、公變采集終端或低壓集中器任何一種?？紤]到現場實際應用以及主終端的通訊壓力，1個主終端設計成最多可級聯4個從終端比較適當。級聯方案原理見圖1。
圖1 級聯方案原理圖
3.2 共享遠程通道方案
當主站發(fā)起的請求命令幀的目標地址是從終端時，主終端收到此命令后，判斷目標地址不是主終端本身，立即將此命令轉發(fā)至級聯485總線。主終端設置參數中應有下掛4個從終端邏輯地址。
主終端具備主動上報的功能，而從終端由于不具備遠傳上行通道，主動上報功能受到限制。采用以下方式實現從終端主動上報功能：主終端在通訊空閑時，每間隔5分鐘主動向級聯的各從終端發(fā)起詢問請求。從終端給予響應，返回應答命令。主終端接收到從終端的正常應答幀后，立即建立級聯通訊，等待接收該從終端的上報數據，并立即通過遠傳上行通道轉發(fā)給主站。在第一次發(fā)送數據完成后，發(fā)級聯傳輸控制命令，通知從終端繼續(xù)傳送后續(xù)數據。
同一個級聯系統(tǒng)中的低壓集中器和公變采集終端，可以通過專門定義的指令，來交換臺區(qū)總電量數據，用于低壓集中器進行線損分析。該級聯系統(tǒng)中的主終端應能夠識別這樣的抄讀指令，并進行必要的轉發(fā)工作，協助從終端完成信息交換。
為實現上述原理，需要如下幾種命令：
(1) 主終端輪詢(控制碼C=18H)及從終端應答命令(控制碼C=98H)：從終端應答命令幀中應有標志位說明從終端是否有數據需要上傳，以使主終端知道需要與哪些從終端建立共享遠程通道的級聯數據通訊。
(2) 級聯傳輸控制命令(控制碼C=28H)：當級聯傳輸用于從終端與主站通信時，主終端與從終端一旦建立級聯通訊后，從終端上報的數據必須受控，否則主終端慢速的上行(如：GPRS/CDMA)通道將阻塞。主終端接收從終端的上報數據，盡快通過上行通道轉發(fā)主站，發(fā)送完成后發(fā)級聯傳輸控制命令通知從終端, 從終端接收到該幀以后才允許上報后續(xù)幀。
3.3 低壓集中器抄讀公變采集終端日凍結電量方案
為了計算線損，低壓集中器需要從對應公變采集終端抄讀日凍結電量。根據低壓集中器和對應公變采集終端在級聯系統(tǒng)中的地位不同，操作流程有所區(qū)別：
(1) 低壓集中器是主終端，對應公變采集終端是從終端
低壓集中器通過級聯通道發(fā)送數據請求指令(控制碼C=17H)，要求從對應公變采集終端抄讀日凍結電量，公變采集終端直接將日凍結電量數據包含在應答幀(控制碼C=97H)中回復給低壓集中器。請求幀和應答幀中均應同時含有低壓集中器和公變采集終端地址。
(2) 低壓集中器是從終端，對應公變采集終端是主終端
低壓集中器等待公變采集終端的級聯傳輸控制指令(控制碼C=18H或28H)。低壓集中器接收到級聯傳輸控制指令后，通過級聯通道向公變采集終端發(fā)送數據請求指令(控制碼C=17H)，要求從對應公變采集終端抄讀日凍結電量。公變采集終端直接將日凍結電量數據包含在應答幀(控制碼C=97H)中回復給低壓低壓集中器。
(3) 低壓集中器和對應公變采集終端都不是主終端
低壓集中器等待主終端的級聯傳輸控制指令(控制碼C=28H)。低壓集中器接收到級聯傳輸控制指令后，通過級聯通道向公變采集終端發(fā)送數據請求指令(控制碼C=17H)，要求從對應公變采集終端抄讀日凍結電量。公變采集終端直接將日凍結電量數據包含在應答幀(控制碼C=97H)中回復給低壓低壓集中器(與此同時，主終端也接收到了該條數據請求指令)。低壓集中器接收到應答數據，保存數據，并退出此次級聯輪詢流程(與此同時，主終端也接收到了該條數據請求指令，主終端識別該數據請求指令后，認為該低壓集中器已經交回了級聯485總線的控制權，開始準備輪詢下一臺從終端，或轉發(fā)主站來的命令)。詳細流程圖如圖2所示。
流程圖說明如下：
(1) 主終端在發(fā)送控制碼C=28H的傳輸控制命令通知從低壓集中器開始采表之后，應有超時判斷機制，超時時間默認設置為5秒。此時若有主站給從終端的命令到達主終端，主終端應該等待該超時之后，再進行命令的轉發(fā)。
圖2 級聯方案流程圖(低壓集中器和對應公變采集終端都不是主終端)
(2) 在從低壓集中器與其對應的公變采集終端的流程之中，主終端通過級聯485總線可以實時收到所有的命令、數據幀，此時主終端應該作為監(jiān)控設備，監(jiān)控從終端的485總線使用情況。每當收到一個正確幀之后，就把超時計數器清零，重新計算超時;在公變采集終端應答低壓集中器之后，認為低壓集中器已經交回485總線的控制權，此時應當開始進行對下一臺從終端的輪詢工作。
(3) 流程圖矩形框內的內容是一個循環(huán)執(zhí)行的過程，從低壓集中器只有在上報完所有數據，或沒有上報數據的情況下，接收到28H控制命令后，才會發(fā)送17H命令進行采表的。
(4) 從低壓集中器假如接收不到97H應答幀，應等待下一次輪詢時再發(fā)出抄表命令，相當于補抄(只能在當天之內執(zhí)行，因為返回幀中的電能量數據域只有當天的日數據)。
4 小結
電能信息采集終端通過級聯的方式實現遠程通信通道的共享，在電能信息采集與管理系統(tǒng)建設中有很重要的實用價值。但由于級聯在現場實際應用中往往涉及很多種情形，參與級聯的終端有可能不是同一個生產商的產品，也有可能不是同一類型的產品，加上級聯本身流程有一定的復雜性，所以要將級聯功能很好地應用于現場是有一定難度的。為此需要專門研制一套級聯功能方案的測試軟件，對具有級聯的各種終端進行一致性自動測試，只有通過一致性測試的終端才能彼此級聯在一起，只有這樣才能避免終端因為級聯導致產生副作用，也只有這樣才能在電能信息采集與管理系統(tǒng)建設中真正發(fā)揮級聯功能的作用。
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