馬林 李峰 郭慶瑞 王旭 國網新疆電力公司電力科學研究院

用電信息采集系統(tǒng)多模集中器研究

馬林 李峰 郭慶瑞 王旭 國網新疆電力公司電力科學研究院

用電信息采集系統(tǒng)是智能電網的重要組成部分。本文通過討論現(xiàn)有的集中器存在的問題，提出一種融合多種通信模式、適應性強的多模集中器，在上行通道包含了GPRS、光纖通信、3G無線專網、3G無線公網、4G無線公網、4G無線專網等現(xiàn)有的通信模式，在下行通道包含了低壓窄帶PLC、低壓寬帶PLC、無線傳感網絡和RS485等通信模式。

用電信息采集系統(tǒng) 多模集中器

開展支持多模通信的新型集中器研究可以提高我國用電信息采集設備的技術水平，對我國用電信息采集及智能電網的建設具有一定的促進意義。

1 多模集中器研究分析

1.1 多模集中器研究的必要性

(1)因各個不同的業(yè)務對通信有不同的需求，所以單一的通信模式無法滿足各種通信業(yè)務。

(2)因各種原因通信出現(xiàn)故障，單一的通信模式一旦遭到破環(huán)，沒有備用模式作為補充，會造成用電信息采集成功率的嚴重下降。

(3)隨著新興業(yè)務的發(fā)展，對通信帶寬可靠性要求更高。

因此，采用多模集中器，充分利用各個通信模式的優(yōu)點有利于提高采集成功率以及為未來新興業(yè)務的發(fā)展提供保障。

1.2 多模集中器的總體結構

多模集中器的總體結構圖，其中包括核心板用于完成所有的數(shù)據采集、控制、數(shù)據通信、及協(xié)調其它智能模塊工作的功能；還有電源模塊、時鐘電路模塊、接口模塊、狀態(tài)指示模塊、液晶顯示模塊以及上下行通信模塊。

2 多模集中器硬件功能模塊設計

2.1 核心板

由于ARM微處理器存在很多優(yōu)點，所以本文選用ARM處理器作為核心處理器。同時由于有很多芯片生產廠家，從應用的角度出發(fā)，在選擇ARM微處理器時所應考慮的主要問題有:應具有較大容量的存儲器；應具有充足的片上資源，能滿足多模通信的功能及擴展需求；應具較快的處理速度；同時具有較強的抗干擾能力。

因此傳統(tǒng)的單片機已經不能滿足系統(tǒng)功能設計要求，應該選擇以ARM芯片作為核心處理器。

2.2 電源模塊

電源模塊由高可靠性的開關電源為各模塊提供所需的電源。將三相四線交流電源通過電源板的整流電路和穩(wěn)壓芯片分別輸出5V和12V的直流電源，將這些電壓變換后供給各個集中器的模塊，除此外，系統(tǒng)設計鋰電池作為備用電源，在外部停電的條件下供電。因為各個模塊需要不同的電壓，所以需將電源轉換為不同幅值的電壓。

2.3 時鐘電路模塊

主控單元模塊的時鐘電路管理著集中器當前的運行時間、抄表時間、凍結時間、凍結日期等與時鐘有關的參數(shù)。

時鐘電路設計主要考慮的因素包括時鐘的準確性、時鐘的電源管理及芯片的成本。

2.4 狀態(tài)指示模塊

對于各個通信模塊可將其分為電源燈、T/R燈、NET燈。

電源燈為紅色，模塊上時電燈亮；模塊失電時燈滅。

T/R燈為模塊通信指示燈，紅燈閃爍時表示接收數(shù)據，綠等閃爍是表示發(fā)送數(shù)據。

NET燈為網絡狀態(tài)指示燈，是綠色，當使用該通信模塊進行通信是NET燈亮。

2.5 液晶顯示模塊

按照國家電網公司企業(yè)標準：

（1）頂層為狀態(tài)欄顯示當前所采用的通信方式、信號強度、異常告警等；

（2）主界面顯示電壓、電流、功率因素和通信信號強度等內容；

（3）底層顯示多模集中器的運行狀態(tài)，如正在進行的任務等；

3 主要軟件功能模塊設計方案

3.1 軟件系統(tǒng)設計要求

軟件系統(tǒng)在設計時應滿足以下幾點要求：

（1）軟件系統(tǒng)需要滿足用電信息采集系統(tǒng)集中器的相關規(guī)定，滿足電力用戶的相關需求。

（2）軟件系統(tǒng)應具有可擴展性。

（3）軟件系統(tǒng)具有安全性。

（4）軟件設計簡單易用。具有經濟實用性。

3.2 主要功能模塊

3.2.1 存儲處理模塊

存儲模塊首先判斷要執(zhí)行的操作是否有效，如果是無效操作，則繼續(xù)進行等待接收的操作，如果為有效操作，再判斷是讀操作還是寫操作。如果是寫操作文件以讀寫方式打開，如果是讀操作，文件以只讀方式打開，最后進行相應的操作。

3.2.2 液晶處理模塊

液晶處理模塊主要有參數(shù)處理功能負責參數(shù)查詢和參數(shù)設計；數(shù)據處理功能負責數(shù)據查詢和數(shù)據召測；輪顯功能負責參數(shù)輪顯和數(shù)據輪顯；用戶權限功能包括管理員權限、巡檢員權限和維護人員權限。

液晶見面初始化為首界面，在有按鍵出發(fā)時，進行相應的操作，在沒有按鍵出發(fā)時界面進行輪顯，有按鍵觸發(fā)時中斷輪顯。

3.2.3 通信模塊

通信模塊包含本地通信模塊和遠程通信模塊：本地通信模塊包括低壓窄帶電力線載波、低壓寬帶電力線載波、RS485幾種模式;遠程通信模塊包括GPRS、3G公網、3G專網、4G、光纖通信幾種模式。

同時，多模集中器應根據當前的網絡狀態(tài)及所要執(zhí)行的通信業(yè)務來動態(tài)的切換通信模式，以提高不同環(huán)境和不同業(yè)務下通信的穩(wěn)定性和可靠性。

4 總結

本文介紹了多模集中器的硬件模塊和軟件模塊。據此可以在以下方面做進一步的研究，來更好的提高多模集中器的性能：

（1）對于遠程通信模式和本地通信模式的選擇，除了通過根據業(yè)務需求外，應當加入實地考察的內容，如當?shù)氐牡乩憝h(huán)境，當前的網絡狀態(tài)等。

（2）用于集中器的生產廠家眾多，應探索研究使得不同生產廠家生產的集中器具有很好的兼容性。

[1]DL/T 645-2007,多功能電能表通信協(xié)議[S].北京:國家電網公司，2009.

[2]王達.電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的集中器研制[D].中國科學院大學,2013.