安顺电能量采集系统的通信模式
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安顺电能量采集系统的通信模式张 晶1,葛成荣2,肖广钰2,王永军2(1.中国电力科学研究院,北京100085;2.安顺供电局,贵州 安顺561000)摘要:结合电力商业化运营的特点,对安顺电能量采集系统(TMR)的通信模式进行了探讨,根据现场的实际情况,对TMR系统通信信道的构成、功能、设备配置进行了详细的论述。关键词:电能量采集;通信;模式中图分类号:TN915.853文献标识码:B 文章编号:1005-7641(2004)04-0032-03收稿日期:2003-11-24作者简介:张晶(1963-),男,江苏徐州人,高级工程师,从事电力系统自动化系统的开发、规划设计及项目管理工作;葛成荣(1960-),男,贵州安顺人,高级工程师,从事电力科技及信息管理工作;肖广钰(1973-),男,贵州安顺人,工程师,从事计算机、网络及通信的运行和管理工作;王永军(1975-),男,贵州瓮安人,工程师,从事计算机、网络及通信的运行和管理工作。0 引言电能量采集与计费系统(TMR系统)的建设是随着电力商业化运营的开展和电厂出现多元化投资主体而开始的。电能量计量系统主要任务是采集、处理、存储、统计各电厂的上网电量、联络线关口点电量和各用电关口的下网电量,为计算和分析提供基本数据。按照电力商业化运营的发展趋势,TMR系统应是一个独立的系统,要满足所有关口电能计量的需要,可靠性要求较高。TMR系统与调度自动化系统SCADA相比,对通信信道的要求是不同的。SCADA的数据要求35 s进行刷新,而TMR系统是要求在电站的终端内可靠地长期地保存数据(312个月),每日上送数据即可。因此,SCADA必须要求高速的CDC信道方式,通信介质为光纤、专线或微波;而TMR系统就可以采用低速的POLLING信道方式,通常采用电力线载波、电话拨号、GSM等通信方式。今后,随着电力市场的发展,客户 代理商可以像在证券市场上买卖股票一样来买卖电力,这就对TMR的数据采集提出了实时刷新的要求。按照国电公司有关技术建议,并结合英国、澳大利亚开展电力市场网上运营的经验,数据刷新应在515 min之间完成。可以预言,我国电力市场条件下的TMR系统,其通信信道也必须像SCADA一样,采用高速CDC通信信道。当前从各省、市建设TMR系统的实践来看,如何最大限度地利用现有的通信资源,正确地选择合适的通信设备,并进行相应的通信信道参数的设置,即通信方案的设计正确与否,直接关系到TMR系统建设的成败。1 系统及通信现状安顺供电局位于贵州电网中西部,承担着1个区和7个县的供电任务,同时,安顺电网又是整个贵州电网电量输送的主要通道,承担着大量的过网电量的输送任务。根据中国电力科学研究院通信所的安顺电能量TMR系统技术方案设计,系统需要安装26个厂站终端(含3个小水电站)和2个大用户GSM终端。根据现场的调查统计,安顺TMR系统的通信信道可分成4类:一是光纤方式,这种信道主要集中在比较大的220 kV变电站或枢纽变电站,共有7个站;二是载波信道,数量最多,共有17个站,主要集中在距离较远的变电站;三是电话拨号方式,主要分布在水电站,共4个站;四是GSMGPRS方式,目前考虑在2个大用户(铁合金厂)进行试点。2 设计原则(1)先进性:在具备光纤信道的变电站,选择光端机的E1口,经转换后,通过IP网络传输厂站数据,电话拨号作为备用通信信道;(2)灵活性:厂站通信信道可以根据现场情况的改变而灵活地配置,以适应通信技术快速发展的趋势;(3)实用性:结合现场电力线载波信道多的特点,利用载波机的下音频话音通道传输厂站数据,可以充分合理地利用供电局原有的载波机信道资源;(4)开放性:通过主站通信设备及软件的配置,可以充分合理地利用现场的通信资源,支持多种规约、多厂家设备的接入,以适应未来电力市场对TMR数据采集和处理的需求。23 电 力 系 统 通 信 2004年第4期3 通信模式3.1 基于光纤的IP网络模式(1)传输描述厂站选用带以太网卡的电能量采集终端,通过转换器接入光端机的E1口。主站的情况类似,只是经过转换器后要接入网络交换机。通信信道如图1所示。图1 基于光纤的IP网络通信图2 基于光纤的拨号通信(2)技术特点利用光纤信道传输IP网络数据,传输过程稳定可靠,可以保证数据传输的安全性和实时性,是目前变电站信息传输的发展方向。光端机的E1口经转换后,可以构成当地的10 M局域网,为今后建设变电站当地管理信息平台提供了必要的网络基础架构。(3)设备配置转换器:10BTE1转换器是在光端机的E1传输通道上传送以太网数据包的协议转换设备,满足ITU2T G.703标准,可以用2.048 Mbits的速率进行数据传输;其以太网端口与IEEE 802.3协议完全兼容,支持10 Mbits传输速率。网卡(内置):网卡或称为网络协议转换器,是一块嵌入终端产品的板卡,可自适应10100 M以太网传输,将RS2232信号转换成TCPIP协议,使信息在互联网或局域网传送、共用,除了支持TCPIP,还同时支持Telnet和RTelnet。3.2 基于光纤的拨号模式(1)传输描述在厂站端,电能量采集终端经过RS2232接口连接拨号Modem,Modem的音频线直接连接光纤复用设备PCM的话路端口。主站的Modem经过RS2232与终端服务器相连接,其语音端子要接入供电局内部程控交换机,指定的小号接入PCM的话路端口。通信信道图如图2所示。(2)技术特点利用光纤信道构成的内部交换网络来传输数据,传输过程稳定可靠。通过PCM可以充分利用部分厂站有限的话路资源,是一种较为可靠而又经济的传输模式。(3)设备配置Modem:将数据信号转换为话音通道可以接收的模拟信号,传输速率为3009 600 bits。3.3 电力线载波模式(1)传输描述在厂站端,电能量采集终端经过RS2232接口连接专用Modem,Modem的音频线连接到电力线载波机的话音通道。主站的Modem经过RS2232与终端服务器相连接,其语音端子要接入供电局内部程控交换机,指定的小号接入载波机语音通道。通信信道如图3所示。图3 电力线载波通信(2)技术特点该模式主要的优点在于充分利用供电局的电力线载波通道资源,无运行费用,经济实用。缺点是部分载波机性能不稳定,导致话音通道不能稳定可靠地传输数据,另外传输速率低(300 bits),使得传输大量的数据时间较长,造成数据传输中断的可能性较大。(3)设备配置专用Modem:专用Modem将数据信号转换为话音通道可以接收的模拟信号,由于要接入载波机话音通道,所以Modem要满足窄带低速的传输要求,即频率范围为02 000 Hz。传输速率为300 bits。终端服务器:IO Lan多串口服务器是一个功能齐全的Ethernet TCPIP通信服务器,它使诸多串行设备能连到LAN(局域网)上。主站选用16口(RJ245连接)机架式。串行端口速率为50115.2 kbits,支持全双向Modem。3.4GSM/GPRS模式(1)传输描述GSMGPRS采集终端和三相多功能表构成大用户厂站端,采集终端经RS2232接口连接GSM模块,厂站的数据经调制后接入GSM网络。根据不同的应用,数据传输可以采用短信收发、GSM拨号(电路交332004年第4期 电 力 系 统 通 信 换)及GPRS(通用分组交换技术)等方式。主站可以配置GSM模块(短信方式),也可以通过电话Modem直接接入程控电话网络(GSM拨号与电话方式相同)。通信信道如图4所示。图4GPRS通信信道(2)技术特点GSM拨号实际是利用GSM语音通道,为网络运营商开通数据被叫业务,其拨号过程完全类似于电话拨号。由于是专用的数据信道,传输可靠性很高,不容易掉线,速率固定为9 600 bits。对电力公司集团大客户,通常按包月收费比较经济。GSM短信方式是一种较为经济的信息传输方式,由于每条短信的数据量有限(70汉字或140个字符),而且需要经过网络运营商的短信中心,安全性和实时性较差,目前只能作为一种辅助的数据传输方式。而GPRS技术是在GSM网络上开通的一种新的数据业务,不用拨号就能连接,具备网络特征,具有永远在线、自如切换、高速传输、按流量收费等特点。适合数据量大、需要数据主动上送的厂站。(3)设备配置GPRS模块:网关根据主站的命令随时给采集终端分配动态IP地址,并激活终端的GPRS,在终端GPRS激活的情况下,厂站数据可以及时上送到主站。传输速率为4056 kbits,支持GSM双频或单频网络,传输接口为RS2232。GPRS网关:它通常设在GSM网络运营商的数据服务中心,由数据服务器、通信工作站、网络设备构成。VPN专网:是虚拟专用网,是利用公共宽带网为客户构成专用网的一种业务。通过对网络数据的封包和加密传输,在宽带网上传输专用数据,达到专用网的安全级别。可以利用当地的公用宽带网络,也可以在GSM网络运营商和电力公司之间架设数据光纤,实现VPN专网功能。4 通信模式的实际应用结合TMR系统的现场安装调试,我们必须根据现场的实际情况,选择最适合的通信模式,才能达到TMR系统对通信信道安全、稳定、经济的要求。模式1:基于光纤的IP网络通信该模式适合于光纤信道充裕的变电站,虽然占用了光端机E1口的2 M资源,但为今后建设变电站综合管理信息系统提供了必要的网络资源,是目前TMR系统中先进的通信模式。已应用于7个变电站。模式2:基于光纤的拨号通信该模式利用了PCM所提供的一个话路接入光纤程控网络,既具备了光纤传输的安全、稳定的特点,又较为节约光纤通信资源,是一种性价比较高的通信解决方案。该模式适合于光纤信道资源紧张的变电站或开闭所。已应用于供电局的4个开闭所。模式3:电力线载波模式该模式充分利用了供电局的电力线载波通道资源,经济实用。但由于部分载波设备老化,或通道设备性能不稳定,或中间转接环节较多,导致话音通道不能稳定可靠地传输数据。已应用于15个较远的变电站(水电站)。模式4:GSMGPRS由于当地网络运营商没有完全开通GPRS业务,故对一些没有通信信道的厂站开通GSM数据业务。该模式弥补了部分站点无任何通信方式的缺陷,为一些交通不便的偏僻山区提供了可靠的数据通道,保证了部分小水电站和大用户的电能量数据能够及时上送。目前已经用于7个厂站。5 结束语中国电力科学研究院在多年从事电能量采集及电力通信的技术基础上,结合安顺供电局在自动化、信息及通信管理方面的运行经验和需求,由双方联合开发的安顺电能量采集系统已经完成厂站和通信信道的安装和调试。该TMR系统顺利地实现了利用电力线载波的话音通道传输电能量数据,充分利用了供电局的载波机信道资源,同时针对不同的现场情况,提出了多种通信模式的解决方案(光纤IP网、光纤拨号、载波拨号、GSMGPRS等),并在工程中得到了实际应用。该系统的实施,为安顺供电局今后的电力商业化运营提供了必要的技术保证。参考文献:1 于尔铿,等.电力市场M.北京:中国电力出版社,1998.2 王思彤,王长瑞.大区电网电力市场的网关及其电能计量系统J.电网技术,1999,23(6):62-64.3 张晶.面向电力市场的电能量计量系统J.电网技术,2001,52(2):52-56.4 闵涛,金午桥,余仲明.电能量计量系统接入方案及功能实施J.电网技术,2003,59(8):59-63.(下转第37页)43 电 力 系 统 通 信 2004年第4期首先,在北郊集控站和局中心,用V.35接路由器,按照NEC端口定义,连接相应的10个端子。考虑到C、D和E、H为握手信号,如果不接,路由器会以为数据没有准备好而不能正常工作,可是6067的V.35数据板不提供这些握手信号,为此,应采用人为方式提供给路由器1个信号,于是把C、D短接,E、H短接,即强行给路由器提供1个数据准备好的握手信号,使两者的握手自动建立,路由器上出现Line up的提示,传输握手成功建立。5 路由器与PCM 2 M信号的连通在局中心,将6067打包后的2 M信号与中心路由器通过2 M线相连,并进行路由设置。由于路由器采用的是共路信令,而PCM采用的是随路信令,为了将各路信号完整地从打包信号里提取出来,就必须解决随路信令和共路信令互通的问题。为了实现数字信令的互通,必须对相应信令时隙进行设置,首先考虑在进行PCM设置时,要避开信令时隙(16时隙)。即,在北郊为16时隙,西郊为712时隙,东郊为1722时隙,南郊为2328时隙。对路由器进行同样的设置后,进行实验,发现可以通信,这样便实现了不同信令的2 M信号的互通。在此基础上进行全程通信实验,发现了一个严重问题,是通道误码大。研究后发现,113为6067给路由器提供时钟,114为路由器给6067设备时钟。对此,本系统设置采用113时钟,即路由器设从时钟方式,6067各端口设从时钟方式,而全网只有1个6062设备为主时钟,使时钟实现了同步,降低了误码率。6 结论通过以上实验,可以得出以下结论:(1)数据信号进行转接时,可以采用PCM数字交叉连接设备,能节约投资、简化设备、提高传输质量和方便维护;(2)不同通信设备的同类型数据接口之间进行通信,必须正确连接握手信号;(3)数据通信误码大,很大的原因是时钟问题,要实现数据通信,首先要实现时钟同步;(4)不同的信令系统(共路信令和随路信令)可以互通,但要避开随路信令的信令时隙;(5)采用异步方式进行数据通信时,必须设定一个系统主时钟,并且必须是一个唯一的主时钟,其他相连的通信设备设为从时钟。电力通信网是一个复杂的网络,为了更好地实现电力系统各种数据信号的高质量传输,同时方便维护与管理,利用数字交叉连接设备进行PCM组网应用,不失为一个很好的选择。以上结论虽然是依据利用NEC设备进行数据通信组网应用得出的,其实具有普遍性,可应用于其他PCM设备。参考文献:1 曹宁,胡弘莽.电网通信技术M.北京:中国水利出版社,2003.2 NE6062 Data Voice Multiplexer Z.NEC Corporation,2001.3武汉NEC公司.NE DBX6067数字交叉连接设备手册Z.2002.The experiments and applications of data transmissionL IANG Zhi2xian(Xian High Power Supply Bureau,Dispatch and Communication Department,Xian 710032,China)Abstract:This paper describes a new design of Xian telecommunication networks for electricpower system by using a method of DBX toresolve the problem of data transmission.We have made a series of experiments and done a further research in application of DBX equip2ments,then we present some successful applications of the V.35 signal transmission and communication between different signalling sys2tems.Key words:telecommunication network for electric power system;DBX;experiment research;application;V.35;data transfer(上接第34页)Discussion on the communication modes for Tele Meter Reading system in AnshunZHANG Jing1,GE Cheng2rong2,XIAO Guang2yu2,WANG Yong2jun2(1.China Electric Power Research Istitute,Beijing 100085,China;2.Anshun Electric Power Bureau,Guizhou 561000,China)Abstract:According to features of commercial market for electricpower,modes of communication for Tele Meter Reading(TMR)system ofAnshun Power are discussed in thispaper.Structure,function and configuration of equipment for communication channel arepresented too.Key words:TMR;communication;mode732004年第4期 电 力 系 统 通 信 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.
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