CN105791001A - 基于配网台区测控网络的配网管理*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力配网线路的测量控制和信息管理***。配网中一台公用变压器所供电的全部范围称为一个供电台区，是供电管理的基本单元。目前对于公网低压用户和供电台区没有有效的信息管理手段。本发明是一种新型的配网信息管理***，将信息管理延伸到台区和台区的每一用户。该***由支持配网台区测控网络的配网管理监测终端和集抄集控装置、配网台区测控网络、终端与主站的通讯信道和主站组成。本***可以实现：实时测量台区的线路损耗(按功率口径或按电能口径)；远程抄收各用户电度表；防窃电到户；远程对指定的任一用户断电或恢复送电；实现负荷控制到普通用户。

Description

基于配网台区测控网络的配网管理***

技术领域

本发明专利涉及电力传输配网线路的测量控制和信息管理***。

背景技术

配网一般指10千伏和以下的电力线路，以及线路中变电、配电、保护、控制等设备、设施，是电力***中直接向最终用户供电的重要部分，承担着把电力能源输送到千家万户的重要任务。

配网中最重要的设备是变压器，通常是从10千伏变为400伏(到用户侧一般称三相380伏或单相220伏)，根据用户的不同，分为给大用户独家供电的专用变压器和给零星用户供电的公用变压器，一台公用变压器所供电的全部范围称为一个供电台区，供电台区是供电企业管理的基本单元。

目前，各市县级供电管理部门的信息化程度已比较完善，通常都有生产MIS***、营销***(含与银行连网的收费平台)、GIS***、与最终用户交互的95598***等，对10千伏及以上线路和配网专变用户(即大用户)的信息管理已经可以基本满足需要，但对于量大面广的公网低压用户和供电台区，却缺少有效的信息管理手段。

在供电***的运作过程中，配网时时刻刻产生大量的运行数据，反映种种正常或不正常的运行状况，由于缺乏有效的信息组织和信息收集、信息处理工具，在基层供电企业，仍然大量存在人工抄表、人工巡线、人工检测变压器、人工到现场对用户断电或恢复供电等等传统的运行方式，常常发生变压器过载烧毁或是老烧保险才知道这里过载之类地现象，工人劳动强度大，任务重，差错也多，到供电高峰期，往往整个基层供电企业上下动员，疲于奔命，而供电事故还是很多，用户意见还是很大。

当前在用的配网信息化管理的主要技术有：配网(配变)监测装置、负控(负荷控制)装置、集抄(集中远程抄表)装置等。

配网(配变)监测装置通常作为电力企业生产MIS***(或类似***)的远程终端设备，安装在变压器附近，能实时监测变压器的运行，收集运行数据保存在终端内或定时上报到主站，通讯手段通常是GPRS，也可采用其它通讯介质(有线、电话、无线、电力线载波等等)，完善的配网(配变)监测装置能监测变压器的全部运行参数，并自动生成各种统计报表，有紧急情况时主动上报主站(指设在供电管理单位的可以与远程装置通讯的服务器，内装能够完成规定工作任务的相关软件，下同)，供电企业可以及时掌握变压器的运行情况，但对该变压器所供电的台区情况则一无所知。

集抄装置是把一栋住宅或一个小区的各户电度表集中抄录到一台装置中，自动上报到主站或由供电企业员工到集抄装置处一次集中抄表，优点是大为减轻抄表人员的劳动强度，减少差错，缺点是只管抄表(读用户电度)，不管其它，功能单一，网络和设备的利用率低。

负控装置主要用于大用户(包括有专变或没有专变的)，装置内保存有允许用户某一时段允许使用多大功率的数据(称为负荷控制曲线，可根据不同用电时期改变功率限制的设置数值)，用户超负荷，装置会发出给用户的报警信号，超过一段规定时间，如果用户功率仍然未下降可以分几轮自动断电(先断次要负荷)，还可以把这些过程和情况上报到主站，此外，一些负控装置对该用户的用电情况、运行参数、电度表读数也可定时或应召发送到主站。通讯信道以前多用230M无线电台，现在多用GPRS。负控装置功能齐全，但设备独家使用，成本较高、信道利用率低，近几年不少地区多数大用户都已安装，要将该装置推广到广大低压用户，使用现有技术显然不可能。

由上述可见，发展一种能有效的组织和处理配网台区信息的信息***是电力行业填补管理空白、改善运营环境、减轻劳动强度、提高经济效率、实现减人增效的迫切需要。

发明内容

本发明是一种新型的配网信息管理***，以配变台区为管理单位，将信息管理延伸到台区的每一用户。

***示意图见附图1。

配网信息管理***由以下部分组成：

1.支持配网台区测控网络的配网管理监测终端；

2.配网台区测控网络；

3.支持配网台区测控网络的集抄集控装置；

4.配网管理监测终端与主站的远程通讯信道和装置；

5.带有具备相应功能软件的主站。

下面说明本***的各个组成部分：

1.支持配网台区测控网络的配网管理监测终端(以下简称配网台区终端)是本***的信息枢纽，其在***中的位置与供电网络中的配电变压器相当：配电变压器是10千伏供电***的末端，也是400伏供电***的起点；配网台区终端在电力信息管理***中，是生产MIS***(或类似***)的终端，同时又是配网台区测控网络的服务器。

传统监测终端的组成有：数据处理单元、测量部件、存贮部件、实时时钟、电源(含备用电源)、通讯部件(与主站连机)，有的还有无功补偿的控制单元和本地电表、遥讯信号连接单元，其原理和组成都属于已有技术。

与传统监测终端不同的是：配网台区终端的组成还有连接配网台区测控网络的接口部件，当然数据处理单元的程序要相应增加配网台区测控网络的驱动程序、完成相关数据转发、路由寻址、数据包解包、合并、打包等等功能的相应程序。

该接口部件与选定的网络物理信道相配套，满足物理信道的要求，有合适的隔离、屏蔽、防雷、保护、驱动放大、编码解码、调制解调等物理功能，包含全部所需的硬件电路和相关的程序。

配网台区终端除完成常规的测量、监测、统计、与主站通讯功能之外，还要完成与配网台区测控网络相关的全部工作，将主站来的有关命令转发到相关的集抄集控装置，将下级机传来的数据直接或处理后上传到主站，有些主站命令需要由配网台区终端分拆成多条命令处理后与下级机多次通信才能完成。因为具有配网台区终端承上启下、连接主站直至台区每台集抄集控装置再延伸到每个用户的能力，整个***才能成为一个整体，完成所有的***功能。

2.配网台区测控网络由配网台区终端引出，覆盖到该供电台区的每一户电力用户，范围应尽量与该配电变压器供电的用户完全一致。如果限于客观条件不能达到上述要求，本***也能够正常运行，但这时可能影响某些功能(如线损测量或线路故障检测)，可能不能使用，也可能影响准确度，其它大多数功能则不受影响。

网络拓扑结构干线以总线型为主，网络节点采用支持配网台区测控网络的集抄集控装置(以下简称集抄集控装置，已与本专利分案同时申请专利)，连接在干线上的网络节点(以下称为干线节点)允许按照总线结构或星型结构，扩展连接下一层的节点(以下称为支线节点)，以减少总线连接的复杂程度，缩短节点间的距离，也避免干线节点太多，超过总线的驱动能力的情况。

一般情况下，终端安装在变压器附近，一个干线节点可对应一栋楼房，安装在该楼房的居中单元，每一支线节点对应并安装在该楼房的其它单元。

由于一个配网台区的容量有限，还有供电经济半径的限制(距离太长，线路上的损耗就太大)，一个台区的范围不大，一般应该围绕配变，半径在几百米，合理的用户数目为几百户。总线的设计规模可以定为最大长度1000米(配网台区终端的物理位置可设定在总线中间附近)，最大户数2000户。

在台区覆盖范围大，超过网络节点间最大允许连接距离时，可以设置网络通讯中继装置，实现透明转发、增加连接距离。

网络的所有节点都是双向半双工的，即可收可发，但收发不能同时进行，正常情况下，同一瞬时全部网络干线只能有一个节点在发送。

通常由上级机发起一次通讯，配网台区终端是上级机，支线节点是下级机，干线节点是配网台区终端的下级机，又是支线节点的上级机。下级机在检测到网络空闲时也可主动上报信息即发起一次通讯，用于报警任务。上级机发送的通常是命令，下级机发送的则是上传数据或是执行上级机命令的应答。

配网台区测控网络的物理信道可选用任何现有的成熟技术。最方便的是电力线载波，一台配变下所连的全部用户正好可以自然成网，但电力线载波由于线路情况复杂，负荷变化频繁，干扰太大，通讯可靠性不好，而本***对网络互通要求很高，在目前技术未获得较大突破之前难以大量应用，尤其不能用在干线上。微功率无线通讯技术不要审批和频点占用费，但距离短，通讯速率低，易被外界影响，可靠性也难以达到要求。GPRS可靠性较好，但设备成本贵，运行费用也高。光纤通讯则成本更高。现阶段较合理的方案是数字专线，可用CAN总线(ISO11898)或485总线，CAN总线由于有完整的通讯协议，对于防碰撞、编码纠错、失效节点隔离、设备兼容性等方面都优于没有协议规定的485总线，标准化程度也优于485总线，设备成本也较低，因此是目前干线的最合理方案。

线路的敷设在新建小区没有太多困难，老区改造有时很困难，局部不便布线的地方，可以用其它信道在中间中转一下，如符合802.15.4国际标准的的无线网络。

配网台区测控网络的物理层接口必须与选定的物理信道相配套，不同物理信道可以混合使用，当然要在相关的节点对不同信道采用不同的物理层接口和处理或驱动程序。所有信道均有统一的网络协议，同一信息的内容在不同信道传输中可能有不同的封装，添加不同的前缀、后缀，但数据正文信息始终是一致的。物理层接口应该满足物理信道的要求，有诸如隔离、屏蔽、防雷、保护、驱动放大等等功能，并配有相关的处理或驱动程序。

配网台区测控网络内的干线节点、支线节点和由节点接到电力用户的地址事先分配，每一节点、每一用户在网中都有唯一的地址，可用三个字节表示：分别为干线节点、支线节点的地址(直接从干线节点接到用户的，分配特定的0地址)，由节点接到用户的用户序号，就可在网络协议中定位到每一户用户；配网台区终端也指定有唯一的地址。

网络协议包括上级机主叫、下级机主动上报或上级机广播等操作模式。上级机主叫指定到用户的操作，需指定全部3字节地址，各干线节点同时收到信息，被叫到的节点执行或再向下转发命令，其它节点不理会。上级机主叫干线节点或支线节点，则只需指定一个或两个字节的地址，工作模式同前。上级机广播命令用于不需要立即应答的操作，指定广播地址，所有节点同时接收处理。下级机主动上报通常用于报警，应检测确认总线空闲才可上报。当然发生同时传送碰撞时，需要有仲裁和自动延时重发的机制。

3.集抄集控装置(已与本专利分案同时申请专利)，只简单介绍其功能：可以与配网台区测控网络接口，与配网台区终端收发交换信息；与1户或多户供电用户连接，可以监测用户的各种状态和运行参数、抄读用户电度表，也可切断或接通用户总电源。是本***的网络节点、用户接口和测控执行部分。

4.配网管理监测终端与主站的远程通讯信道和装置：现阶段一般用GPRS，通讯使用TCP/IP方式为主，也支持短信方式。具有可靠性较好、不需维护信道的优点，但是有运行费用。在本***中起连接主站与配网台区终端的作用，与已有技术相同。

5.带有具备相应功能软件的主站：是本***的核心，由设置在供电企业的一台或连网的多台服务器配用相关软件组成，除增加对台区信息(包括每户用户信息)的处理控制功能外，与已有技术相同。

整个***按以下原则分配任务：

集抄集控装置实时监测各用户的用电状况，正常时，将运行情况分户统计，保存在集抄集控装置内，由上级机(主站或配网台区终端)召唤调用；若发现异常状况(如停电、跳闸或有窃电嫌疑等等)时主动向配网台区终端上报，终端分别不同情况或保存记录或立即上报主站。

配网台区终端实时监测配电变压器的工作状况，正常时，生成各种统计报表，保存在终端内，由主站召唤调用或按照设定时间间隔主动上报；若发现设定的异常状况(如停电、缺相或严重过载等)立即主动上报主站，并可同时向指定管理人员发送手机短信。

主站按照预先设定的工作计划定时巡测各台终端(台区)，工作人员可以随时召测任意一台或一组终端、台区、集抄集控装置或低压电力用户的各种当前或历史的数据或报表，主站随时可接收终端主动上报的报警信息。

通过本***，除传统监测***的各项功能外，还可以实现很多新的***功能：

实时测量台区的线路损耗(已分案同时申请专利)，几十秒钟可得到精确结果(按功率口径)；

远程抄收各用户电度表，同时抄到同一时间段的各用户电度、台区总电度和配变总电度，可得到当期的台区线损(按电能口径)；

防窃电到户，低压用户有窃电嫌疑立即上报到主站；

远程对指定的任意一户用户执行断电或恢复送电，与收费***连用，可实现按照预定规则在用户欠费时自动短信催费、自动断电警告，自动断电，交清欠费后自动恢复送电；

通过集抄集控装置，实现负荷控制到普通用户，负荷曲线数据可从主站向下发送，对用户的告警信息由主站通过95598***告知用户，所有操作处理过程主站均有记录，可以查询或必要时作为证据使用。

附图说明

附图1基于配网台区测控网络的配网管理***的示意图

图中：1主站

2配网管理监测终端与主站的远程通讯信道(装置)

3支持配网台区测控网络的配网管理监测终端

4配电变压器

5输电线路

6用户房屋

7配网台区测控网络干线

8干线节点(支持配网台区测控网络的集抄集控装置)

9到用户的电源/信号线路

10配网台区测控网络支线

11支线节点(支持配网台区测控网络的集抄集控装置)

除1、2外，全部内容构成一个受本***控制的供电台区。

附图2支持配网台区测控网络的配网管理监测终端组成示意图

图中：1数据处理单元(CPU)

2测量单元(包括信号调理、A/D转换、基准电压等)

3存贮器

4实时日历时钟

5与主站的远程通讯信道接口(GPRS，含SIM卡)

6其它***接口(如显示、遥信、本地232、485接口等)

7配网台区测控网络接口部件

8配网台区测控网络

UB备用电源(可充电电池)

具体实施方式

在本说明书发明内容一节已详细说明了发明的内容，结合已有的技术，同技术领域的一般技术人员应该可以实施本发明，因此这里只简单介绍具体的实施情况。

主站设置在供电企业内，通过GPRS与配网台区终端连接。

配网台区测控网络物理信道选用CAN总线，介质采用带屏蔽的双绞线，总线全长在2000米以内，两端有端接匹配电阻，减少波形反射对数据传输的影响。在每个节点都采用了悬浮供电，避免长距离共地电位差引入的共模干扰，与其它电路之间用光电耦合器隔离；每个节点都设置有防雷击的嵌位、限压、限流电路。信号是差动方式，通讯速率5000波特，可靠性满足***要求。干线可接32个干线节点，每个干线节点又扩展一段支线，可连接6个支线节点，干线节点和支线节点的集抄集控装置都可连接控制1至16户用户，可以监测这些用户的状态和运行参数，可以抄读用户电度表，可以开合用户的总开关。全台区最多可连接2000户用户。

配网台区终端的实例如下：CPU选用高速单片机C8051F124，RAM和实时时钟选用FM31256，32KB铁电不挥发RAM加实时时钟，大容量存贮器用4MBFlash；网络干线为CAN2.0，速率5000波特，从CPU总线扩展CAN协议和逻辑处理芯片SJA1000，经一对高速光耦6N137隔离，由CAN专用驱动芯片接到网络总线，驱动部分由独立电源供电，加有防雷和嵌位元件，可完成网络物理层的各项任务。遥信输入接口用CPU总线扩展，所有口线加光耦光电隔离，也用独立电源给光耦供电；功率测量利用CPU内的12位A/D转换器和基准电源，用精密采样电路和5A精密微型互感器分别完成电压、电流的交流直接采样，精密运放承担信号调理，模拟多路开关IC切换信号通道，实测测量精度可达到0.5％。有本地RS232接口和RS485接口，用于装机调试和连接本地电度表。和主站连接的信道用GPRS模块加SIM卡，支持GPRS、短信通讯方式。整机用锂离子电池作后备电源，CPU控制智能充电，停电后数据和时钟都不会丢失，GPRS可支持通讯30分钟，即使电池无电，数据也可以长期保持。软件配合硬件电路完成测量、统计、本地通讯、和主站通讯以及配网台区测控网络通讯等等所有工作任务。

目前设计定型的各种样机已正常投入实际运行，整个***已基本达到设计要求。

Claims (4)

1.一种新型的电力配网信息管理***，以配变台区为管理单位，将信息管理延伸到台区的低压用户。该***由以下部分组成：配网管理监测终端、集抄集控装置、主站、配网管理监测终端与主站的远程通讯信道和装置，其特征在于：***包含一个分级连接到各电力用户的配网台区测控网络，前述配网管理监测终端和集抄集控装置都支持配网台区测控网络，并有接口与其连接，使各种装置组成为一个完整***。

2.一种新型电力配网管理监测终端，由数据处理单元、测量部件、存贮部件、实时时钟、电源(含备用电源)、通讯部件(与主站连机)等部件组成，其特征在于：该终端支持如权利要求1所描述的配网台区测控网络，并具有连接到配网台区测控网络的接口部件。

3.如权利要求1所描述的电力配网信息管理***，其特征在于：配网台区测控网络严格连接到该供电台区的每一户电力用户，既无台区间用户的交叉，也无错误或遗漏。

4.如权利要求2所描述的电力配网管理监测终端，其特征在于它在整个***中，处于一个特定的位置，既是上层应用***的终端，同时又是配网台区测控网络的服务器。