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融合EPON的电能信息采集系统建设

2015-07-17 00:03
科技那回事
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  随着智能电网技术在现代电网建设多个领域的应用与展开,与用户侧紧密相关的电能信息采集系统也面临着技术和管理方面的革新。智能电网中高级量测体系(AMI)将电能计量工作形成了一种系统化的概念,不仅对传统的电能计量仪表、互感器和二次回路等有更高的要求,而且将更广泛的通信技术、计算机技术及集成电路技术直接植入到电能计量方法中。

  按照中国国家电网公司“电网坚强、资产优良、服务优质、业绩优秀”的目标,适时吸收新技术,建设AMI中电能信息采集系统,实现计量装置数据的自动采集与分析处理等功能,是一种必然的趋势。

  EPON技术作为一种基于以太网的无源光网络构成的点到多点的光通信技术,在电信领域的应用中,已经实现了商业化。其高带宽(1.25Gbit/s)、长距离传输(20km)、快速服务重组、兼容现有以太网和高可靠性及较强的环境适应性等特点和优势带来了可观的经济效益。目前,光网络在35kV及以上的变电站基本具备了MSTP或SDH架构平台,配网自动化的开关和环网柜等数据传输也开始使用EPON设备,也为EPON技术融合进电能信息采集系统奠定了基础。

  本文将从对电能信息采集系统分析出发,提出几种不同的EPON技术电能信息采集应用方案,并以长沙地区台区试点建设为例,阐述融合进EPON技术的电能信息采集系统建设。

  一、电能信息采集系统概述

  电能信息采集系统一般是指利用计算机技术、通信技术、远动技术、自动化技术等手段,实施电能量信息数据远方采集、远程控制、远方监测、数据分析及高级应用的综合管理信息系统。

  作为高级量测体系(AMI)的重要组成部分,建设坚强智能电网进一步要求该系统在电网规划、经营管理和优质服务中全面应用,提供计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能,从最终实现全电网拓扑末梢的“全覆盖、全采集、全费控”。常见的电能信息采集系统结构如图1所示:

  图1电能信息采集系统结构框图

  从图上可以看出,采集系统从物理结构上可根据部署位置分为主站、通信信道和采集设备三部分。主站网络的物理结构主要由采集系统服务器,包括数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器、前置采集服务器(包括前置服务器、工作站、GPS时钟、防火墙设备)以及相关的网络设备组成。通信信道是包括指系统主站与终端之间的远程通信信道、采集设备和计量装置的本地通信信道。采集设备是指安装在现场的终端及计量设备,主要包括各类终端、具备远程通信模块的多功能电表、集中器、采集器以及电能表计等。

  二、电能信息采集系统现行通信技术

  通信信道在电能信息采集系统中是连接主站和采集终端层的纽带,也是体现采集技术方案差别的关键点。按照在采集系统中的位置,将通信信道分为远程通信信道和本地通信信道。

  2.1远程通信信道

  电能信息采集系统的远程通信主要包括:GPRS、CDMA、230M无线、3G专网、光纤等,各信道技术有其自身的特点,应用范围和环境也各不相同。

  (1)GPRS技术

  GPRS是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,是以封包(Packet)方式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。其优点在于覆盖范围广,组网方便,设备成本低,通信速度快,支持并发通信,接入终端数量大。缺点是有时会出现通道拥堵和通讯不稳定现象,需要运行费用。

  (2)CDMA技术

  CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址,是在无线通讯上使用的技术,CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz),且把其他使用者发出讯号视为杂讯,完全不必考虑到讯号碰撞(collision)问题。其优点在于覆盖范围较广,组网方便,设备成本低,通信速度快,支持并发通信,接入终端数量大,但是有时会出现通道拥堵、通讯不稳定现象,覆盖范围有死角,需要运行费用。

  (3)230M无线技术

  无线专网是基于国家无线电管理委员会分配的专用频段,由各省市的电力运营商自主架设无线通信网络平台。采集系统目前常用的230M无线频点一共有15对双工(异频收发)和10个半双工(同频收发)。优点在于通信稳定,实时性、稳定性好,无运行费用,但是抗干扰能力差,覆盖范围小,速度慢,所接终端有限,设备成本高。

  光纤通信技术

  优势在于通信稳定,抗干扰能力强,无运行费用,速度快,流量大,但是光线网络目前主要覆盖变电站,建设成本高,目前主要应用领域在变电站抄表、230M基站。

  2.2本地通信信道

  用电信息采集系统中的本地通信指采集器/采集终端和表计之间的通信,包括RS-485通信、RS-232通信、低压载波通信、小功率无线电通信、红外通信等。随着物联网技术的推广,无线传感器网络(WSN)技术如Zigbee,无线HART技术也开始应用到采集系统通信中,如图2所示。但是该技术本身尚未成熟应用,而且对许多工作环境复杂的情况效果不显著。

  图2无线传感器抄表网络模型图

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