蘆嘉輝，李德偉，陳玥名

(遼寧省電力有限公司計(jì)量中心，遼寧 沈陽 110006)

按照建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總體要求，為保證智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)范有序推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)“全覆蓋、全采集、全預(yù)付費(fèi)”的總體目標(biāo)，規(guī)范統(tǒng)一用電信息采集系統(tǒng)及主站、采集終端、通信單元的功能配置、型式結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)、通信協(xié)議、安全認(rèn)證、檢驗(yàn)方法、建設(shè)及運(yùn)行管理等。在國家電網(wǎng)公司“電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)研究”項(xiàng)目研究成果基礎(chǔ)上，國家電網(wǎng)公司于2009年底制定了《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系列。國家電網(wǎng)“企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系列”的制定為采集系統(tǒng)的快速有序發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

集中器作為電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的重要終端設(shè)備，負(fù)責(zé)采集大批電能表的電能數(shù)據(jù)。在入網(wǎng)前對集中器進(jìn)行功能測試是必不可少的重要環(huán)節(jié)。因此，對集中器測試方案的選取就顯得尤為重要。

1 高級量測體系

高級量測體系是在用電信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建設(shè)和發(fā)展起來的，是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)建設(shè)的4個(gè)基礎(chǔ)工程分別是高級量測體系 (AMI)、高級配電運(yùn)行 (ADO)、高級輸電運(yùn)行 (ATO)和高級資產(chǎn)管理 (AAM)［1］。其中ADO、ATO和AAM都需要AMI的支持。AMI是未來電力事業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是智能電網(wǎng)的重要組成部分之一。AMI是用電信息采集系統(tǒng)的深入和發(fā)展，兩者物理架構(gòu)大致相同，均由主站、通信網(wǎng)絡(luò)和信息采集終端3個(gè)部分組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唸D如圖1所示。

圖1 物理架構(gòu)

主站包括通信前置機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)等。通信網(wǎng)絡(luò)分為上行信道和下行信道。集中器、專變終端和分布式能源監(jiān)控終端與主站的通信網(wǎng)絡(luò)稱為上行信道，上行信道可以采用光纖專網(wǎng)、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)、230 MHz無線專網(wǎng)和中壓電力線載波專網(wǎng);集中器、專變終端和分布式能源監(jiān)控終端與采集器/電能表的通信網(wǎng)絡(luò)稱為下行信道，下行信道可以采用低壓電力線窄帶載波、寬帶載波和RS485總線［2］。

信息采集終端包括電能表、集中器、采集器、專變終端和分布式能源監(jiān)控終端。電能表是電網(wǎng)企業(yè)與電力用戶的信息交換窗口，它直接面向電力用戶，負(fù)責(zé)電力用戶的用電信息采集;集中器負(fù)責(zé)主站和采集器/電能表的通信;將采集器/電能表上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和儲存并轉(zhuǎn)發(fā)給主站，將主站下發(fā)的命令傳達(dá)給采集器/電能表［3］;采集器主要功能是通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，集中器可以直接與具有載波通信功能的電能表通信，而對沒有載波通信功能的多功能電能表，就需要經(jīng)過采集器進(jìn)行RS485通信協(xié)議和載波通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換;專變采集終端是針對采用專用變壓器供電的電力用戶進(jìn)行用電信息采集的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)的采集、電能計(jì)量設(shè)備工況和供電電能質(zhì)量監(jiān)測，以及客戶用電負(fù)荷和電能量的監(jiān)控，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和雙向傳輸;分布式能源監(jiān)控終端是對接入公用電網(wǎng)的用戶側(cè)公布式能源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與控制的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對雙向電能計(jì)量設(shè)備的信息采集、電能質(zhì)量監(jiān)測，并可接受主站命令對分布式能源系統(tǒng)接入公用電網(wǎng)進(jìn)行控制。

集中器是AMI重要的終端設(shè)備。一般情況下，1臺集中器管轄1個(gè)小區(qū)或1臺變壓器供電范圍內(nèi)的電能表［4］，其對AMI的重要程度不言而喻。

2 集中器的功能檢測

集中器的主要功能有現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理存儲和控制功能。集中器是主站和電能表之間的通信接口，理論上1塊集中器最多可以采集2 046塊電能表的用電數(shù)據(jù)信息，集中器一旦發(fā)生故障影響面大，其性能的好壞直接影響整個(gè)采集系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，為了保證集中器的質(zhì)量，必須在投入運(yùn)行前對集中器進(jìn)行功能檢測。

2.1 集中器功能檢測原理

集中器的檢測包括功能測試和通信信道驗(yàn)證兩部分，功能測試包括對集中器的各項(xiàng)功能如抄表與費(fèi)率參數(shù)的設(shè)置、對電能表的數(shù)據(jù)采集等功能的測試，通信信道驗(yàn)證就是對物理信道和通信協(xié)議的驗(yàn)證。

集中器功能檢測由檢測軟件和檢測裝置組成。為了統(tǒng)一集中器功能檢測的流程、方法和判定依據(jù)以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試，國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一發(fā)布了用電信息采集終端的檢測規(guī)范和檢測軟件，而硬件可以采用不同廠家的檢測裝置。集中器功能檢測的原理圖如圖2所示。

圖2 集中器功能檢測原理圖

上位機(jī)軟件控制檢測裝置的電壓、電流和功率因素等參數(shù)，模擬主站與集中器進(jìn)行上行信道的通信，并模擬電能表與集中器進(jìn)行下行信道的通信。主站和集中器之間的通信采用Q/GDW376.1通信協(xié)議，上位機(jī)軟件模擬主站通過上行信道給集中器發(fā)送命令，并接受集中器返回的數(shù)據(jù);集中器和電能表之間的通信采用DL/T645通信協(xié)議，集中器通過下行信道給模擬電能表發(fā)送命令，并接受模擬電能表返回的數(shù)據(jù)。集中器功能檢測的測試項(xiàng)目包括參數(shù)設(shè)備和查詢、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制、事件記錄、任務(wù)上報(bào)和數(shù)據(jù)采集 (交流采樣)7大類共57項(xiàng)測試項(xiàng)目。

2.2 集中器功能檢測方案的比較

在實(shí)驗(yàn)室里對集中器進(jìn)行功能檢測的目的有兩個(gè):一是測試集中器本身的各類功能是否正常;二是采用與現(xiàn)場應(yīng)用一致的通信信道，看其能否正常工作。而集中器本身的功能測試首先必須要合理地選擇上行信道和下行信道。因此，如何合理地選擇通信信道是確定集中器功能測試方案的關(guān)鍵。

集中器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)下行信道可以采用低壓電力線窄帶載波、寬帶載波和RS485。在實(shí)驗(yàn)室里對集中器進(jìn)行功能測試與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況稍有不同。下行信道如果采用載波通信需要實(shí)際接入16塊電能表，而目前國內(nèi)的載波方案有東軟、曉程、鼎信、力合微等幾種，對采用不同載波方案的集中器需要接入采用相同載波方案的一批電能表，不適合實(shí)驗(yàn)室目前的實(shí)際情況?？上壤脵z測裝置模擬電能表RS485與集中器通信以進(jìn)行集中器的功能測試，功能測試合格后再實(shí)際接入電能表對載波信道進(jìn)行驗(yàn)證，大大提高了試驗(yàn)效率。

集中器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)上行信道可以采用光纖專網(wǎng)、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)、230 MHz無線專網(wǎng)和中壓電力線載波專網(wǎng)。在實(shí)驗(yàn)室里上行信道可以采用GPRS、RS232和以太網(wǎng)三種方案。

方案一，上行信道選擇GPRS。該方案符合遼寧地區(qū)集中器的實(shí)際運(yùn)行情況。檢測時(shí)模擬現(xiàn)場情況，通過中國移動(dòng)的通用分組無線業(yè)務(wù) (GPRS)和電力公司的虛擬專網(wǎng)VPN連接到測試計(jì)算機(jī)。

方案二，上行信道選擇 RS232。集中器的RS232通信接口一般用來作為調(diào)試接口，也可作為上行信道的通信接口，與測試裝置進(jìn)行通信。

方案三，上行信道選擇以太網(wǎng)。以太網(wǎng)是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的通信協(xié)議，采用載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突檢測機(jī)制 (CSMA/CO)，技術(shù)成熟、通信穩(wěn)定性高。一般集中器均有RJ－45接口，只有極少數(shù)的廠家生產(chǎn)的集中器沒有以太網(wǎng)功能。所有被測的集中器和上位機(jī)均接入交換機(jī)組成以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

經(jīng)過實(shí)際測試試驗(yàn)對上述三種測試方案進(jìn)行了比較。上行信道采用GPRS的測試方案，由于無線通信容易受到外界的干擾，而且延時(shí)較大，測試過程的等待時(shí)間較長，對集中器的全部57項(xiàng)功能測試周期過長，測試效率過低;上行信道采用RS232，存在的問題是通信速率較慢，測試效率過低;上行信道采用以太網(wǎng)通信，測試效果最好，采用該方案對16塊集中器同時(shí)進(jìn)行功能測試，測試周期大約為7.5 h，相對于前兩種方案測試效率得到了極大的提高。

根據(jù)實(shí)際測試比較最后確定集中器功能測試方案是:先選擇通信效率較高的上行以太網(wǎng)/下行RS485進(jìn)行功能測試，全部功能測試合格后進(jìn)行上行GPRS/下行載波的通信信道驗(yàn)證。在功能測試階段，上行信道選用以太網(wǎng)，為了將外界電磁干擾降到最低，選用屏蔽雙絞線作為以太網(wǎng)的物理媒體，下行信道選用測試裝置的模擬電能表RS485，對全部57項(xiàng)功能進(jìn)行測試;全部功能測試合格后進(jìn)行實(shí)際通信信道驗(yàn)證，上行信道選用GPRS，下行信道選用載波通信，接入與集中器載波方案相同的16塊單相電能表，選取幾個(gè)功能進(jìn)行信道驗(yàn)證。

經(jīng)過大量的實(shí)際試驗(yàn)表明此方法既進(jìn)行了功能測試，又驗(yàn)證了實(shí)際信道，而且測試效率高。由于縮短了集中器功能測試的周期，在對大批量的集中器進(jìn)行集中測試時(shí)，此測試方案獲得了良好的效果。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

集中器功能測試共7大類共57項(xiàng)測試項(xiàng)目，現(xiàn)以事件記錄中的電壓斷相事件的檢測過程為例來說明測試過程，其它測試項(xiàng)目與此類似。上位機(jī)軟件通過控制檢測裝置模擬電能表發(fā)生A相斷相事件，等待一個(gè)抄表周期后讀取集中器的終端3類數(shù)據(jù)的電壓斷相事件寄存器，若電壓斷相事件、斷相相別和發(fā)生時(shí)間等標(biāo)志位均正確，說明集中器正確記錄了此次電能表的電壓斷相事件，該項(xiàng)功能合格;若有任一項(xiàng)標(biāo)志位未發(fā)生改變，在排除了通信信道的原因后可以判定集中器的電壓斷相事件不合格。集中器功能檢測的所有測試項(xiàng)目均由軟件自動(dòng)完成。

截取電壓斷相實(shí)驗(yàn)報(bào)文如下:68 BA 00 BA 00 68 88 10 21 DC 41 02 OE 62 00 00 02 00 00 15 14 15 0A 1C 47 01 01 01 08 02 80 41 00 04 00 22 00 22 00 00 00 00 50 00 00 50 00 00 00 00 80 00 2B 16。

故障代碼0AH=10D，即ERC10，表示電壓回路異常;事件寄存器41H=01000001B，其中高兩位01表示斷相;低三位001表示A相異常。從該報(bào)文可以判斷發(fā)生的事件是A相斷相，說明該集中器電壓斷相事件測試合格。

4 結(jié)束語

集中器是AMI的重要終端設(shè)備，而AMI是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。對集中器功能進(jìn)行檢測保證了AMI的正常運(yùn)行和智能電網(wǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行。采用本文的集中器測試方案，先進(jìn)行功能測試再進(jìn)行信道驗(yàn)證，功能測試時(shí)選擇上行以太網(wǎng)/下行RS485，實(shí)際信道測試時(shí)選擇上行GPRS/下行載波通信，既對集中器進(jìn)行了功能測試，又驗(yàn)證了實(shí)際運(yùn)行時(shí)的通信信道。從實(shí)際的應(yīng)用情況來看，大大提高了集中器的檢測效率。當(dāng)有大批量的集中器需要檢測時(shí)，能夠及時(shí)對集中器進(jìn)行測試，既保證了進(jìn)入電網(wǎng)的集中器的質(zhì)量，又提高了測試效率，以便各集中器生產(chǎn)廠家對電網(wǎng)的及時(shí)供貨和現(xiàn)場安裝。

［1］ 宗建華，閆華光，史樹冬，等．智能電能表 ［M］．北京:中國電力出版社，2010．

［2］ 中國儀器儀表學(xué)會電磁測量信息處理儀器分會．自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r［J］．電測與儀表，2001，38(10):5－9．

［3］ 王月志，劉伯剛．自動(dòng)抄表系統(tǒng)［J］．電測與儀表，2004，41(9):48－51．

［4］ 白書橖．遠(yuǎn)程集中自動(dòng)抄表系統(tǒng) ［J］．低壓電器，2004(8):22－25．