基于光纖復(fù)合電纜技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)

高 峰，李 洋，梁瑞娟

（朔州供電公司，山西 朔州 030006）

0 引言

智能電網(wǎng)是世界各國(guó)電力工業(yè)應(yīng)對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)的共同選擇，是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。

目前，光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入了有線通信的各個(gè)領(lǐng)域。光纖通信技術(shù)具有傳輸可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

隨著現(xiàn)代電力測(cè)量、計(jì)算機(jī)軟件及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)智能電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，設(shè)計(jì)了基于光纖復(fù)合電纜技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由采集設(shè)備、通信信道、主站系統(tǒng)三部分組成，定位于實(shí)現(xiàn)用電信息集中采集處理和簡(jiǎn)單計(jì)量結(jié)算，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息查詢，為用電信息分析提供詳實(shí)可信的數(shù)據(jù)支持，對(duì)智能電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)管理和運(yùn)行分析具有十分重要的意義，研究工作如下。

a）基于光纖復(fù)合電纜技術(shù)，綜合分析了用電信息采集系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的需求，給出系統(tǒng)的采集設(shè)備組網(wǎng)方式、物理架構(gòu)、主站軟件架構(gòu)、數(shù)據(jù)物理架構(gòu)和主站軟件應(yīng)用集成的設(shè)計(jì)。

b）論述系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，包括光纖復(fù)合電纜、光纖復(fù)合低壓電纜PFTTH（Power Fiber to the Home）解決的主要問題、虛擬集中器、光纖復(fù)合低壓電纜的主要優(yōu)點(diǎn)等。

1 用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信現(xiàn)狀

目前用電信息采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸方面通信信道分為遠(yuǎn)程信道和本地信道。遠(yuǎn)程信道有230 MHz無(wú)線專網(wǎng)、GPRSCDMA、光纖專網(wǎng)、撥號(hào)等方式。GPRSCDMA是在用電信息采集系統(tǒng)中目前使用最多的遠(yuǎn)程通信方式，已有的GPRSCDMA很難滿足將來(lái)用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。本地信道有窄帶載波、寬帶載波、RS-485、短距離無(wú)線、有線電視網(wǎng)絡(luò)等方式。目前用電信息采集本地通信主要采用的是窄帶載波、寬帶載波與RS-485混合組網(wǎng)方式。通信信號(hào)時(shí)常會(huì)受噪聲干擾而發(fā)生畸變，很難滿足用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)時(shí)性的要求。

上述通信方式雖然在一定程度上解決了現(xiàn)階段用電信息采集系統(tǒng)的通信需求，但存在的問題不可忽視，無(wú)線公網(wǎng)還受到通信技術(shù)體制、運(yùn)營(yíng)性質(zhì)和通道安全性等問題的制約，傳統(tǒng)無(wú)線230 MHz、電力線載波通信方式由于傳輸容量有限、頻率易受干擾、傳輸可靠性差，更是難以滿足采集系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性、并發(fā)性、大數(shù)據(jù)量傳輸和大量新增站點(diǎn)接入的需求。

2 基于光纖復(fù)合電纜技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 集中式物理架構(gòu)

用電信息采集系統(tǒng)包含電能表、采集設(shè)備、用電信息采集系統(tǒng)主站（以下簡(jiǎn)稱“主站”）和通信信道。在三級(jí)設(shè)備之間的是兩級(jí)通道，包括采集設(shè)備和電能表之間的數(shù)據(jù)采集通道，主站和采集設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，轉(zhuǎn)變?yōu)槿饫w的一級(jí)通道。隨著光纖復(fù)合低壓電纜的不斷推廣，光纖通信將逐步取代其他遠(yuǎn)程通信方式。

主站網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器、磁盤陣列、應(yīng)用服務(wù)器、前置通信服務(wù)器、采集服務(wù)器、GPS時(shí)鐘接收設(shè)備、虛擬集中器、工作站以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成[1]。

2.2 主站軟件架構(gòu)

主站軟件采用分布式多層技術(shù)，分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層、業(yè)務(wù)處理層、表示層。

數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、訪問，通過大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用服務(wù)層提供全局通用的消息、安全、通信等組件支持，并實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)專用的業(yè)務(wù)服務(wù)子層，為業(yè)務(wù)處理層提供通用技術(shù)支撐：一是可靠高效的通信能力，滿足應(yīng)用需要的并發(fā)訪問要求；二是統(tǒng)一的安全管理；三是標(biāo)準(zhǔn)的消息機(jī)制，滿足組件間的可靠交互；四是易于擴(kuò)展的接口支持。

業(yè)務(wù)處理層實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)邏輯，是本系統(tǒng)的核心層，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，業(yè)務(wù)處理層可分為采集子層與業(yè)務(wù)子層。

采集子層以各種通信方式接入各類采集設(shè)備，執(zhí)行業(yè)務(wù)子層的召測(cè)任務(wù)和控制命令，直接與遠(yuǎn)程設(shè)備通信，負(fù)責(zé)讀取、設(shè)置終端參數(shù)，采集終端數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理，監(jiān)測(cè)通信質(zhì)量，管理通信資源。

表示層作為統(tǒng)一的采集平臺(tái)，用電信息采集及其他應(yīng)用系統(tǒng)在提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、操作規(guī)范的同時(shí)，根據(jù)專變采集、公變采集、廠站采集、低壓集抄等不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的需求，提供不同的數(shù)據(jù)展示[1]。

2.3 集中式數(shù)據(jù)架構(gòu)

在省級(jí)營(yíng)銷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大集中的基礎(chǔ)上，按照數(shù)據(jù)大集中的處理要求，針對(duì)數(shù)據(jù)的不同技術(shù)特性，重點(diǎn)考慮全省集中的用電信息采集數(shù)據(jù)的處理性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)，以提高系統(tǒng)的整體處理能力。

針對(duì)用電信息采集系統(tǒng)通信通道及其業(yè)務(wù)特性因素，建議從省級(jí)機(jī)構(gòu)接入光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及采集設(shè)備的相關(guān)檔案參數(shù)、采集策略等直接接入省級(jí)用電信息數(shù)據(jù)庫(kù)中[2]。

2.4 應(yīng)用集成架構(gòu)

用電信息采集系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，系統(tǒng)建成后可為智能電網(wǎng)提供實(shí)時(shí)、高效、可靠的信息。以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合。

用電信息采集系統(tǒng)與電網(wǎng)六個(gè)環(huán)節(jié)管理系統(tǒng)根據(jù)不同業(yè)務(wù)類別，可以通過WebService、中間庫(kù)方式和數(shù)據(jù)中心等接口方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互[3]。

用電信息采集系統(tǒng)與其他業(yè)務(wù)交互關(guān)系見圖1。

圖1 用電信息采集系統(tǒng)與其他業(yè)務(wù)交互關(guān)系圖

圖1中的①為檔案信息、采集點(diǎn)設(shè)置信息、采集任務(wù)執(zhí)行指令、控制命令等；②為用戶用電信息、分布式能源接入信息等；③為用戶負(fù)荷信息、電能質(zhì)量信息等；④為發(fā)電上網(wǎng)信息等；⑤為電網(wǎng)負(fù)荷曲線信息等；⑥為關(guān)口電能信息等。

3 關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 光纖復(fù)合電纜

光纖復(fù)合低壓電纜技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖到戶PFTTH，（Power Fiber to the Home），徹底解決智能電網(wǎng)終端用戶接入和未來(lái)大量用電信息交互的問題。

3.2 虛擬集中器

采集器可通過光纖復(fù)合低壓電纜直接接入到主站虛擬集中器，并由虛擬集中器鏈接到主站前置機(jī)。虛擬集中器對(duì)下提供Q／GDW 376.2—2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：集中器本地通信模塊接口協(xié)議》，對(duì)上支持Q／GDW376.1—2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：主站與采集終端通信協(xié)議》，使采集器可以不通過傳統(tǒng)集中器直接鏈接主站前置機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采集器和主站前置機(jī)無(wú)縫銜接。

3.3 光纖復(fù)合低壓電纜的主要優(yōu)點(diǎn)

a）外徑小，重量輕，占用空間小（通常情況下用多根線纜才能解決的系列問題，在此可以用一根光纜來(lái)代替）。

b）集光纖和電力線于一身，避免二次布線，降低施工及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用。

c）產(chǎn)品具有良好的彎曲性能和耐側(cè)壓性能，施工方便。

d）支持多種傳輸技術(shù)，適應(yīng)性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、適用面廣。

e）可提供互聯(lián)網(wǎng)寬帶、IP電話音頻服務(wù)、IPTV視頻服務(wù)等的接入。

f）抗強(qiáng)電磁干擾、防水防潮、對(duì)外無(wú)輻射。

4 結(jié)束語(yǔ)

用電信息采集系統(tǒng)通過光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更快更準(zhǔn)確的響應(yīng)，是建立高速全面集成的雙向智能電網(wǎng)通信支撐平臺(tái)的基礎(chǔ)，是智能電網(wǎng)變成一個(gè)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)和雙向交互系統(tǒng)的核心。基于光纖復(fù)合電纜技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)智能傳感器、控制裝置、控制中心、保護(hù)系統(tǒng)提供了安全的“即插即用”的應(yīng)用環(huán)境，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶用電狀況、電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)安全狀態(tài)提供了安全、可靠、高效的通信技術(shù)。

光纖復(fù)合電纜技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖到戶，徹底解決了智能電網(wǎng)終端用戶接入和未來(lái)大量用電信息交互的問題。光纖復(fù)合電纜通信技術(shù)的應(yīng)用為用電信息采集系統(tǒng)高速、可靠的通信提供保證，為制訂并推廣全面統(tǒng)一的光纖復(fù)合電纜通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

光纖復(fù)合電纜將電力和信息通信兩大產(chǎn)業(yè)進(jìn)行集成、整合和互補(bǔ)，既能供電，又能徹底解決電網(wǎng)“最后一百米”信息化問題。通過光纖復(fù)合低壓電纜的建設(shè)和改造，發(fā)展寬帶用戶接入網(wǎng)，把目前的電力網(wǎng)升級(jí)到“四網(wǎng)合一”，可基本解決各種線纜重復(fù)布線、搶占通道、交叉跨越、搭桿掛線等矛盾。

采用光纖復(fù)合低壓電纜技術(shù)，電力客戶在獲得智能電力供應(yīng)的同時(shí)還能享受光纖上網(wǎng)，打IP電話以及遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家居智能化等高速信息服務(wù)，既方便又實(shí)惠。

［1］ 周耀義，鮑濱壽.低壓電力用戶遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，1999.

［2］ 白剛屹.電力現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009.

［3］ Q/GDW376.1-2009.電力用戶用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.