變電綜合自動(dòng)化電能量遠(yuǎn)方終端
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添加時(shí)間：2017/3/22 20:15:43
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1 電能量遠(yuǎn)方終端的發(fā)展
1.1 電能量遠(yuǎn)方終端功能需求的發(fā)展
隨著電力體制改革的深入，電力市場(chǎng)的概念也逐漸深入人心。電能量計(jì)量系統(tǒng)（TMR）也已從僅僅實(shí)現(xiàn)電量采集、網(wǎng)損分析等簡(jiǎn)單、單一的功能，發(fā)展成為需要對(duì)電能量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、遠(yuǎn)傳和存儲(chǔ)、預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)分析，以支持電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)、電費(fèi)結(jié)算、輔助服務(wù)費(fèi)用結(jié)算和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償計(jì)算等功能的電力市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)子系統(tǒng)。
以往利用SCADA系統(tǒng)獲取電能量信息的方式難以保證信息的完整性，不能作為電力市場(chǎng)計(jì)量、計(jì)費(fèi)的依據(jù)。電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)要求建立一套可靠的、相對(duì)獨(dú)立的電能量計(jì)量系統(tǒng)。
而隨著電能量計(jì)量系統(tǒng)（TMR）的發(fā)展，電能量遠(yuǎn)方終端采集的數(shù)據(jù)除應(yīng)能滿足用戶計(jì)量、考核、計(jì)費(fèi)、網(wǎng)損分析、設(shè)備監(jiān)測(cè)、負(fù)荷控制等需求外，用戶對(duì)電能量遠(yuǎn)方終端數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性，終端運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、開放性和安全性，人機(jī)界面的友好性，現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試的可操作性，易維護(hù)性以及可擴(kuò)展性等方面的要求也越來越高。
1.2 電能量遠(yuǎn)方終端實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展
1) 通用系統(tǒng)向?qū)Ｓ们度胧较到y(tǒng)的發(fā)展
a. 嵌入式系統(tǒng)一般指以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，圍繞應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視、管理等功能。
b. 嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理/控制器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。
c. 由于嵌入式系統(tǒng)通常應(yīng)用于環(huán)境比較惡劣的環(huán)境中，所以嵌入式微處理/控制器往往采用“增強(qiáng)型”通用微處理/控制器，在功能基本一樣的情況下，在工作溫度、電磁兼容性以及可靠性方面的要求較通用的標(biāo)準(zhǔn)微處理/控制器高。同時(shí)根據(jù)實(shí)際嵌入式應(yīng)用要求，將嵌入式微處理/控制器裝配在專門設(shè)計(jì)的主板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的主板功能，可以大幅度減小系統(tǒng)的體積和功耗。與直接采用PC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或PC104模塊等的通用系統(tǒng)相比，專用嵌入式系統(tǒng)具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
d. 嵌入式操作系統(tǒng)相對(duì)通用操作系統(tǒng)具備可裁減性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。
2) 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展——8位/16位微處理器向32位微控制器的發(fā)展
隨著用戶需求的發(fā)展，電能量遠(yuǎn)方終端需要實(shí)現(xiàn)的功能越來越多，性能指標(biāo)也越來越高，過去廣泛采用的8位、16位機(jī)已不堪重負(fù)，正逐步被32位機(jī)所替代。其中嵌入式微控制器一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，根據(jù)某些典型的應(yīng)用，在芯片內(nèi)部集成了各種必要功能部件和外設(shè)。不但使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，同時(shí)和嵌入式微處理器相比，微控制器的單片化使應(yīng)用系統(tǒng)的體積大大減小，從而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高，已成為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流。
3) 嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)的發(fā)展——無操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單嵌入算法向支持internet的商業(yè)化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展
a. 嵌入式操作系統(tǒng)提高提高了系統(tǒng)的可靠性；提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期；充分發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)潛力。
b. 實(shí)時(shí)性核心含義在于確定性，即在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做完應(yīng)該做的事情，并且操作系統(tǒng)的行為（執(zhí)行線索）是確定的，而不是單純的速度快。
c. 商業(yè)化保證了嵌入式操作系統(tǒng)可靠性、標(biāo)準(zhǔn)兼容性、第三方工具支持度、開發(fā)工具。
d. 支持Internet，支持TCPIP協(xié)議代表了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。
e. 嵌入式操作系統(tǒng)一般可分為兩類，一類是面向工業(yè)控制、通信、軍事、航空、航天等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX、ATI的Nucleus等；另一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這類產(chǎn)品包括個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、電子書、WebPhone等廣泛采用的WINOOWs CE、Linux等。
1.1 電能量遠(yuǎn)方終端功能需求的發(fā)展
隨著電力體制改革的深入，電力市場(chǎng)的概念也逐漸深入人心。電能量計(jì)量系統(tǒng)（TMR）也已從僅僅實(shí)現(xiàn)電量采集、網(wǎng)損分析等簡(jiǎn)單、單一的功能，發(fā)展成為需要對(duì)電能量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集、遠(yuǎn)傳和存儲(chǔ)、預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)分析，以支持電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)、電費(fèi)結(jié)算、輔助服務(wù)費(fèi)用結(jié)算和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償計(jì)算等功能的電力市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)子系統(tǒng)。
以往利用SCADA系統(tǒng)獲取電能量信息的方式難以保證信息的完整性，不能作為電力市場(chǎng)計(jì)量、計(jì)費(fèi)的依據(jù)。電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)要求建立一套可靠的、相對(duì)獨(dú)立的電能量計(jì)量系統(tǒng)。
而隨著電能量計(jì)量系統(tǒng)（TMR）的發(fā)展，電能量遠(yuǎn)方終端采集的數(shù)據(jù)除應(yīng)能滿足用戶計(jì)量、考核、計(jì)費(fèi)、網(wǎng)損分析、設(shè)備監(jiān)測(cè)、負(fù)荷控制等需求外，用戶對(duì)電能量遠(yuǎn)方終端數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性，終端運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、開放性和安全性，人機(jī)界面的友好性，現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試的可操作性，易維護(hù)性以及可擴(kuò)展性等方面的要求也越來越高。
1.2 電能量遠(yuǎn)方終端實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展
1) 通用系統(tǒng)向?qū)Ｓ们度胧较到y(tǒng)的發(fā)展
a. 嵌入式系統(tǒng)一般指以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，圍繞應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視、管理等功能。
b. 嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理/控制器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。
c. 由于嵌入式系統(tǒng)通常應(yīng)用于環(huán)境比較惡劣的環(huán)境中，所以嵌入式微處理/控制器往往采用“增強(qiáng)型”通用微處理/控制器，在功能基本一樣的情況下，在工作溫度、電磁兼容性以及可靠性方面的要求較通用的標(biāo)準(zhǔn)微處理/控制器高。同時(shí)根據(jù)實(shí)際嵌入式應(yīng)用要求，將嵌入式微處理/控制器裝配在專門設(shè)計(jì)的主板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的主板功能，可以大幅度減小系統(tǒng)的體積和功耗。與直接采用PC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或PC104模塊等的通用系統(tǒng)相比，專用嵌入式系統(tǒng)具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
d. 嵌入式操作系統(tǒng)相對(duì)通用操作系統(tǒng)具備可裁減性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。
2) 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展——8位/16位微處理器向32位微控制器的發(fā)展
隨著用戶需求的發(fā)展，電能量遠(yuǎn)方終端需要實(shí)現(xiàn)的功能越來越多，性能指標(biāo)也越來越高，過去廣泛采用的8位、16位機(jī)已不堪重負(fù)，正逐步被32位機(jī)所替代。其中嵌入式微控制器一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，根據(jù)某些典型的應(yīng)用，在芯片內(nèi)部集成了各種必要功能部件和外設(shè)。不但使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，同時(shí)和嵌入式微處理器相比，微控制器的單片化使應(yīng)用系統(tǒng)的體積大大減小，從而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高，已成為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流。
3) 嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)的發(fā)展——無操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單嵌入算法向支持internet的商業(yè)化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展
a. 嵌入式操作系統(tǒng)提高提高了系統(tǒng)的可靠性；提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期；充分發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)潛力。
b. 實(shí)時(shí)性核心含義在于確定性，即在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做完應(yīng)該做的事情，并且操作系統(tǒng)的行為（執(zhí)行線索）是確定的，而不是單純的速度快。
c. 商業(yè)化保證了嵌入式操作系統(tǒng)可靠性、標(biāo)準(zhǔn)兼容性、第三方工具支持度、開發(fā)工具。
d. 支持Internet，支持TCPIP協(xié)議代表了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向。
e. 嵌入式操作系統(tǒng)一般可分為兩類，一類是面向工業(yè)控制、通信、軍事、航空、航天等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX、ATI的Nucleus等；另一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這類產(chǎn)品包括個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、電子書、WebPhone等廣泛采用的WINOOWs CE、Linux等。
2 工作原理
電能量遠(yuǎn)方終端一般由中央處理單元(CPU及外圍電路)、接口電路（數(shù)據(jù)采集、控制接口、與主站通訊接口、人機(jī)界面接口等）、存儲(chǔ)體、電源模塊、擴(kuò)展總線等部分組成。
1. 數(shù)據(jù)采集串行接口電路一般提供RS485、電流環(huán)和RS232等幾種形式，可采集具有相應(yīng)物理接口的電能表、電壓監(jiān)測(cè)儀等智能設(shè)備的電能量計(jì)量、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
2. 數(shù)據(jù)采集脈沖接口電路用于采集脈沖表輸出脈沖。
3. 數(shù)據(jù)采集遙信接口用于采集開關(guān)、刀閘等的分合動(dòng)作信息，常用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)旁代、PT故障監(jiān)測(cè)等功能。
4. 遙控接口用于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制等功能。
5. 與主站通訊接口應(yīng)能靈活支持撥號(hào)MODEM、10/100M以太網(wǎng)絡(luò)、RS232、專線MODEM、GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)、光纖、電力線載波等多種通訊方式、通訊介質(zhì)以充分滿足各地不同通訊環(huán)境、條件的要求。
6. 人機(jī)界面應(yīng)方便、直觀、可靠，充分滿足安裝、維護(hù)和使用人員的功能要求。
7. 存儲(chǔ)體用于長(zhǎng)時(shí)間可靠存儲(chǔ)電能量數(shù)據(jù)和事項(xiàng)記錄等信息，掉電不丟失。容量應(yīng)能滿足用戶實(shí)際采集數(shù)據(jù)種類、數(shù)量和時(shí)間的要求。
8. 電源的穩(wěn)定、可靠性是終端可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，應(yīng)能支持交直流雙路供電、自動(dòng)切換，同時(shí)必須滿足現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷工作條件、電磁兼容性的要求。
9. 擴(kuò)展總線可提供良好的擴(kuò)展性，滿足用戶需求的變化。
3.1 功能要求
3.1.1 數(shù)據(jù)采集
1. 支持RS-232、RS-485、電流環(huán)等多種智能表通訊接口。
2. 支持有源、無源等多種脈沖表接口。
3. 支持多種智能表通訊規(guī)約，可靈活擴(kuò)展。只要提供規(guī)約和接口方式，進(jìn)行軟件開發(fā)均可接入。
4. 每路抄表通道可同時(shí)支持多種電表規(guī)約、通訊速率。
5. 可采集電能量、需量、瞬時(shí)量、電壓合格率、事項(xiàng)記錄、狀態(tài)告警等多種電量數(shù)據(jù)，并根據(jù)需求，不同表計(jì)可靈活選擇采集不同的數(shù)據(jù)種類和不同的采集密度。
6. 可采集遙信狀態(tài)用于判斷旁代信息。
3.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
1. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)確、可靠。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)采用帶CRC校驗(yàn)差錯(cuò)控制的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，在整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，每一條數(shù)據(jù)記錄都具有CRC校驗(yàn)差錯(cuò)控制，從而確保送往主站的電能量數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和可靠的。
2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，可靈活擴(kuò)展。
3. 數(shù)據(jù)可長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，掉電數(shù)據(jù)不丟失。
4. 對(duì)于重要數(shù)據(jù)可采用數(shù)據(jù)鏡像存儲(chǔ)技術(shù)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的可靠性。
3.1.3 上傳通信
1. 上傳通信方式靈活。可以經(jīng)公用電話網(wǎng)通過撥號(hào)MODEM、GSM/GPRS MODEM與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，也可以利用載波、微波、光纖等方式與主站進(jìn)行通信。
2. 支持DL/T 719 （等同采用IEC60870-5-102）規(guī)約、SCTM規(guī)約或其它特定規(guī)約。只要提供規(guī)約和接口方式，進(jìn)行軟件開發(fā)均可接入。
3. 具備真正的10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口，支持網(wǎng)絡(luò)通信方式、支持TCP/IP通信協(xié)議。
4. 支持便攜式抄表方式。當(dāng)通信線路故障時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，采用該方式將數(shù)據(jù)抄錄到主站。
3.1.4 人機(jī)界面
一般電能量遠(yuǎn)方終端應(yīng)具備直觀、全面的當(dāng)?shù)卦O(shè)置和查詢功能，便于現(xiàn)場(chǎng)的安裝、維護(hù)。當(dāng)終端本身不具備設(shè)置和查詢功能時(shí)，應(yīng)支持某種便攜式維護(hù)裝置，滿足現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置和維護(hù)的要求。
1. 應(yīng)能方便設(shè)置、修改各項(xiàng)終端運(yùn)行、電表管理參數(shù)。
2. 應(yīng)能準(zhǔn)確查詢終端采集到的電能量、需量、電壓、電流、事項(xiàng)記錄等電量數(shù)據(jù)。
3. 應(yīng)能方便進(jìn)行硬件模塊、運(yùn)行參數(shù)、電表狀態(tài)測(cè)試，并可查詢終端、電表、電網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)信息。
4. 應(yīng)能靈活校對(duì)終端、電表時(shí)鐘。
5. 應(yīng)能靈活設(shè)置、修改表計(jì)地址等電表通訊參數(shù)。
6. 應(yīng)具有安全訪問措施，禁止非法操作。
3.1.5 電源
1. 應(yīng)支持交流、直流雙路供電，可無縫切換。
2. 應(yīng)工作范圍寬，滿足電源不穩(wěn)定及小水電地區(qū)寬電壓輸入范圍的要求。
3. 應(yīng)具有過壓、過流和抗浪涌保護(hù)措施，抗電磁干擾性強(qiáng)。
3.1.6 可靠、穩(wěn)定
在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟硬件平臺(tái)、元器件選擇，軟件、硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等方面綜合考慮，以保證終端可靠性、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、工作環(huán)境范圍寬。
3.1.7 自檢及自恢復(fù)
1. 應(yīng)具備自檢功能，可自動(dòng)檢測(cè)各功能模塊運(yùn)行狀態(tài)是否正常。
2. 當(dāng)終端由于某種原因出現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)，應(yīng)具有自動(dòng)恢復(fù)功能。
3.1.8 活的校時(shí)方案
1. 應(yīng)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷，如系統(tǒng)權(quán)限允許，可由主站、GPS自動(dòng)校時(shí)或手動(dòng)校時(shí)，以保證時(shí)鐘的統(tǒng)一和準(zhǔn)確。
2. 終端可選擇用戶要求對(duì)智能電度表校時(shí)或產(chǎn)生越限告警事項(xiàng)。
3.1.9 詳細(xì)的事項(xiàng)記錄
可識(shí)別終端、電表、電網(wǎng)異常，生成如開關(guān)機(jī)、參數(shù)修改、通信中斷、電池電壓低、PT過壓、失壓等事項(xiàng)。
3.1.10 完善的告警方案
可識(shí)別終端、電表、電網(wǎng)異常，產(chǎn)生聲光報(bào)警，并主動(dòng)上傳告警信息。
3.1.11 安裝方便
1. 安裝方式與電能表一致，便于與電能表組屏。
2. 接線簡(jiǎn)單、方便、可靠。
3. 端口標(biāo)示清晰、規(guī)范。
3.1.12 維護(hù)方便
1. 人機(jī)界面友好，功能顯示直觀、全面。
2. 可直接由終端設(shè)置和查詢各種數(shù)據(jù)，也可通過專用維護(hù)軟件在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程進(jìn)行各種設(shè)置、查詢工作。
3. 可方便進(jìn)行硬件模塊、運(yùn)行參數(shù)、電表狀態(tài)測(cè)試，并可查詢終端、電表、電網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)信息。
4. 可在不影響終端正常運(yùn)行的情況下利用網(wǎng)絡(luò)、撥號(hào)、專線等多種方式進(jìn)行遠(yuǎn)程在線軟件升級(jí)工作。
3.1.13 可靠的安全措施
應(yīng)有口令保護(hù)、鉛封保護(hù)，防止隨意修改數(shù)據(jù)和越權(quán)操作。
3.1.14 配置、擴(kuò)展靈活
1. 各功能模塊可靈活配置、安裝、擴(kuò)展。
2. 支持終端級(jí)聯(lián)。
