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        基于GPRS縱向通信管控的電量采集終端調(diào)試分析

        2018-08-14 07:42:02孫國慶高習(xí)斌滿林坤薛曉明
        東北電力技術(shù) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:站端規(guī)約主站

        孫國慶,高習(xí)斌,滿林坤,祁 寧,薛曉明

        (1.國網(wǎng)本溪供電公司,遼寧 本溪 117000;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,遼寧 沈陽 110015)

        近年來,中小型發(fā)電企業(yè)技術(shù)水平不斷提升,發(fā)電量日益增大。發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電量的精確采集與管理,直接關(guān)系到供電公司的服務(wù)范圍和電力商業(yè)化運營效率。因此,提高對發(fā)電廠調(diào)度運行的管控能力是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化運維的基礎(chǔ),也是完成“三集五大”體系下集約化市場經(jīng)營管理的必要前提。

        為了進一步優(yōu)化發(fā)電廠站輸出電能數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動采集、處理及統(tǒng)計分析等功能,為供電企業(yè)提供科學(xué)的商業(yè)化、精益化、智能化輔助決策依據(jù),安裝調(diào)試電量采集終端[1]是部署、優(yōu)化電能計量方式的關(guān)鍵環(huán)節(jié),同時也是電力系統(tǒng)自動化運維的重點工作。

        1 電量采集終端概述

        隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)人工抄表模式已不能滿足調(diào)控一體化對電能數(shù)據(jù)及時性、準(zhǔn)確性的需求。電能計量系統(tǒng)(Tele-Meter Reading System,TMRS)作為電能傳輸計量與電費整定核算的智能化平臺,能夠有效解決該問題。在TMRS體系中,電量采集終端是配置于廠站端的一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能數(shù)據(jù)實時采集、中轉(zhuǎn)存儲、遠(yuǎn)端傳送的自動化裝置,其下行采集電能表動態(tài)數(shù)據(jù),上行將采集信息發(fā)送至主站SCADA,是電能計量的重要通信樞紐[2]。

        目前國內(nèi)電量采集終端的生產(chǎn)廠商主要有易迅、東方電子、華瑞杰、中科院計算科學(xué)研究所等公司[3],遼寧本溪地區(qū)小型水電站以易迅公司設(shè)備為主,為同期線損[4]、母線平衡率[5]的管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,保障發(fā)電機組及電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

        2 電能計量模型

        電能計量模型的硬件部分包括各類電力設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)及計算機硬件系統(tǒng),軟件部分包括電能計量MIS、通信規(guī)約等。

        2.1 GPRS縱向通信管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        電能計量系統(tǒng)通信模式由電量主站安全Ⅱ、Ⅲ區(qū)及廠站端3部分組成。

        主站安全Ⅱ、Ⅲ區(qū)設(shè)有電量主站SCADA及MIS,由采集服務(wù)器、人機工作站、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、安全防護設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)輔助硬件組成。廠站端由多功能電能表、計量裝置、電量采集終端及計量二次回路構(gòu)成,用于完成發(fā)電信息統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲及上送主站等功能,電能表與終端采用RS485總線拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,基于GPRS縱向通信管控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 GPRS縱向通信管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        主、廠站通過特定專線、無線或移動網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì),實現(xiàn)端對端的數(shù)據(jù)交互,同時設(shè)有正反向隔離、安全防護加密認(rèn)證裝置對相關(guān)數(shù)據(jù)進行加密處理,確保電能數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸。

        2.2 通信規(guī)約

        建立物理通道鏈接的數(shù)據(jù)通信規(guī)約分別是IEC60870-5-102和DL/T645規(guī)約[6]。

        2.2.1 IEC60870-5-102規(guī)約

        IEC60870-5-102是一種問答式規(guī)約[6],通常應(yīng)用于電量主站及電量采集終端間的非實時通信,其基于增強性能體系結(jié)構(gòu)[7](EPA)的3層參考模型,包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層,并采用ITU-T建議,能使數(shù)據(jù)保持較高的完整性,數(shù)據(jù)交互流程如圖2所示。

        圖2 IEC60870-5-102規(guī)約的數(shù)據(jù)交互問答流程

        2.2.2 DL/T645規(guī)約

        DL/T645規(guī)約[6]是實現(xiàn)多功能電能表與采集終端間下行通信數(shù)據(jù)交互的協(xié)議規(guī)范,其采用半雙工通信模式,規(guī)范了來自不同生產(chǎn)廠家電能表的通信接口。并通過設(shè)置廠站端電能表的各個地址編碼,控制終端采入的數(shù)據(jù)信息,使終端采集取代人工抄表,一定程度上提高了電能計量效率,同時提升了供/用電管理水平。本文所研究終端采集內(nèi)容涉及到的規(guī)約字信息類型如表1所示。

        表1 DL/T645規(guī)約字信息類型

        其中,狀態(tài)字記錄電表運行及故障狀態(tài)信息,特征字表示發(fā)電機組輸出的有功、無功電能變化情況,模式字為動態(tài)存儲電能及負(fù)荷狀態(tài),信息字主要保存通信故障記錄。

        3 主、廠站端調(diào)試分析

        3.1 主站配置

        主站主要配置電廠信息、TV/TA變比、上網(wǎng)線路、發(fā)電機銘牌等參數(shù)信息,通過業(yè)務(wù)間的GPRS通信專網(wǎng)接收來自廠站的電量采集終端發(fā)送的電能數(shù)據(jù),實時掌握電廠的發(fā)電情況,并對相應(yīng)的采集工況參數(shù)進行設(shè)置。

        3.2 廠站端電量采集終端調(diào)試流程

        廠站端電量采集終端調(diào)試過程分為上行通信和下行通信兩部分,上行通信的建立能夠保證終端采集的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確發(fā)送至電量主站系統(tǒng),下行通信則是建立現(xiàn)場多功能電能表與采集終端間的通信鏈路,使終端能夠及時、準(zhǔn)確采集到各時刻的電量信息,便于運維人員掌握電站的實時發(fā)電情況。

        3.2.1 上行通信

        上行通信主要構(gòu)建采集終端與主站系統(tǒng)間的通信鏈路,當(dāng)終端采集到電能數(shù)據(jù)后,通過GPRS發(fā)射天線傳送至移動通信網(wǎng)絡(luò),經(jīng)由專用數(shù)據(jù)通道傳輸?shù)街髡径?,由SCADA服務(wù)器采集并處理接收到的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)上傳至電量主站系統(tǒng)。

        建立上行通信鏈路時,技術(shù)關(guān)鍵是要準(zhǔn)確配置終端及主站的相關(guān)通信參數(shù),檢查終端IP、網(wǎng)關(guān)及子網(wǎng)掩碼是否正確配置,綁定各終端IP及其對應(yīng)的主機MAC地址,避免通信鏈路被其他終端所占用,提高通信信道的利用率。

        3.2.2 下行通信

        發(fā)電站一次設(shè)備輸出的電能量由多功能電能表采集、存儲,記錄內(nèi)容包括有功電能、無功電能、發(fā)電總量等。多功能電能表樣式較多,生產(chǎn)廠商主要有威勝、林英[2]等,電能表通常置于發(fā)電機及一次設(shè)備側(cè),遇到如雷雨等惡劣天氣時,運維人員抄表時具有一定危險性。

        為了實現(xiàn)采集終端與電能表的信息同步,保證電能數(shù)據(jù)無損傳輸,廠站端采用RS485雙絞電纜作為通信總線,采集電能表輸出的正、負(fù)兩路電量信號,并分別傳入終端的接收端口,其直流控制電壓保持在-4 V~+4 V間。由于通信速率與通信距離或線纜阻抗呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,因此為了保證信號傳輸質(zhì)量,在連接終端與表計時要盡量縮短線纜長度。

        下行通信的設(shè)備安裝調(diào)試流程如下。

        a. 參數(shù)配置。收集并整理電能表、發(fā)電機組、變壓器、上網(wǎng)線路等參數(shù)信息。

        b. 設(shè)備接線。檢查端口,連接設(shè)備、電能表節(jié)點間的信號線、電源線、傳輸天線。

        c. 通道檢驗。由RJ45網(wǎng)線連接調(diào)試PC與采集終端,命令提示符下ping終端IP,檢查網(wǎng)絡(luò)通道是否連通,確保PC已進入終端調(diào)試狀態(tài);然后在采集調(diào)試命令窗口下ping主站IP,當(dāng)響應(yīng)時間小于1 000 ms時,判定終端到主站的通信鏈路達到傳輸速率要求。

        d. 數(shù)據(jù)采集。將電站信息、上網(wǎng)線路、電能表等模型參數(shù)經(jīng)PC錄入采集終端,采集規(guī)約無特殊規(guī)定時選擇DL/T645或64507,并設(shè)置數(shù)據(jù)采集時間間隔,等待PC現(xiàn)場采集到電能表數(shù)據(jù)。

        e. 上送主站。由于電量數(shù)據(jù)是非實時的,現(xiàn)場PC采集到電能表數(shù)據(jù)后,主站會經(jīng)過一段固定時間間隔(約為15 min)后接收到采集終端上送的電量數(shù)據(jù),調(diào)試完畢。

        3.3 數(shù)據(jù)采集與故障維護

        為了便于調(diào)試下行通信采集過程,可在PC調(diào)試系統(tǒng)中將現(xiàn)場電量采集時間間隔設(shè)置為1 min,如規(guī)約及表地址等參數(shù)配置正確,則等待1 min左右即可在采樣系統(tǒng)中成功采集到多功能電能表的有功、無功電能數(shù)據(jù)。下行通信調(diào)試完畢后,將PC調(diào)試系統(tǒng)的采集時間間隔調(diào)整為5 min,方便電量主站形成數(shù)據(jù)報表,進一步等待主站端采集到電量數(shù)據(jù)即可完成電能量采集與上送的全過程。由于電能量數(shù)據(jù)為非實時參數(shù),第1次調(diào)試成功后,廠站端從采集到發(fā)送并處理,然后主站端接收到電量數(shù)據(jù)的時間延遲約為10 min,此過程并不影響變電站電量信息的監(jiān)視與報送。

        由于發(fā)電站運行現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,在電量采集終端安裝及調(diào)試完成后,可能出現(xiàn)的幾類故障及解決對策如下。

        a. 設(shè)備停機,處于離線模式。由于設(shè)備長期處于待機實時采集數(shù)據(jù)的狀態(tài),現(xiàn)場停電或電源接觸不良等情況時有發(fā)生。若設(shè)備離線,可以在廠站端重啟設(shè)備電源,初始化后設(shè)置運行模式,同時主站對處于離線模式的設(shè)備進行軟件重置,重新投運即可。

        b. 上行通信故障,無法連接主站或發(fā)送數(shù)據(jù)。上行通信故障原因可能為信號發(fā)送模塊電路板接觸不良,此時應(yīng)擰緊信號發(fā)射天線接口或打開機箱加固信號發(fā)射模塊,另一種故障情況可能是SIM卡欠費導(dǎo)致,及時查詢、補充SIM卡余額即可。

        c. 下行通信故障,終端無法采集電量數(shù)據(jù)。下行通信故障原因可能為電能表或數(shù)據(jù)傳送通道故障。電能表故障時應(yīng)及時聯(lián)系廠家進行更換,避免無法準(zhǔn)備采集發(fā)電情況,造成電站經(jīng)濟損失。數(shù)據(jù)傳送通道故障一般為RS485通信線纜或接口接觸不良,應(yīng)檢測線纜、通信接口、插頭是否存在斷裂現(xiàn)象,找出故障點并及時更換即可。

        4 結(jié)束語

        廠站端電量采集終端的安裝與調(diào)試是電力系統(tǒng)自動化運維人員必備的技能,只有掌握電能計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型及相關(guān)通信規(guī)約,才能提高對廠站端設(shè)備的維護能力,及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)、處理設(shè)備在運行中出現(xiàn)的各類故障和異常。本文詳細(xì)闡述電能計量系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)模型,歸納通信鏈路運維及管控的IEC60870-5-102、DL/T645規(guī)約,詳細(xì)提出主廠站電量設(shè)備與系統(tǒng)的配置步驟和技術(shù)方案,對電量終端設(shè)備的現(xiàn)場安裝、運維工作具有一定參考意義,同時為分析終端的通信管控故障、遠(yuǎn)端設(shè)備維護提供理論支持。

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