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电力负荷管理终端 电力负荷管理终端 摘要 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，整个社会信息化和电气化程度不断提高， 电力供应作为国民经济的基础，电力自动化就显得尤为重要。因此，电力管理部门迫切要求 电力设备集成化、综合化、自动化，希望能用科学的手段来管理配电系统。这也是电力产业 发展的新趋势。另外随着信息技术和数字技术的发展，特别是对i n t e r n e t 和多媒体通信需 求的增长，通信技术的发展主要集中在宽带通信网络和无线通信领域。而g p r s 技术又将互 联网等宽带数据网络与无线通信网络连接在一起，并开始在嵌入式系统中扮演重要的角色。 电力供给直接关系到社会的方方面面，电力负荷控制是电力系统自动化的必然趋势。它 综合应用现代电子技术、通信技术、网络技术与控制技术，对配电系统进行监视、保护和控 制。它的使用将提高供电质量、服务质量、提高企业的经济效益和管理水平，使供电企业和 用户双方均受益。 本文介绍了一种基于g p r s 网络通信的电力负荷控制系统，该系统主要由数据采集、数据 通信、数据处理分析和监控等几部分组成。利用g p r s 网络的通信功能实现数据的实时和高 速传输，系统接口遵循电力部门的通信规约，可嵌入到电力网络中。该系统可抄收现场设备 的各相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电压越上、下限时间、累计电量等， 并具有开关量状态监测、控制、电压越限报警、电流越限报警等功能。 本文首先论述了电力负荷控制系统的研究背景、研究现状及研究意义。在此基础上，作 者结合电力监控系统的特点，提出了该系统的软硬件实现方案，详细阐明了电力监控系统的 硬件和软件的实现过程。重点介绍了电力负荷控制系统的硬件构成、g p r s 通信信道的建立、 协议实现、软件架构等，并详细说明了系统实现过程中所采用的一些软件技术和策略。 作者研制的电力终端系统特点如下： 1 、接口规范。采用电力行业专用的多功能电能表通信规约和电力负荷管理系统 数据传输规约一2 0 0 5 ) ) 作为其通信规约。可与标准的监控总站进行组网和通信。 2 功能齐全。包括电力参数的测量、计算、传输和远程或本地控制等。 3 性能可靠。采用成熟的硬件体系，软硬件都实现了模块化。 随着自动化技术、通信技术和计算机技术的发展，利用g p r s 公共网络方式进行远距离 电力负荷管理终端 电力负荷控制和数据传送，成本会越来越低，通信也更加可靠，基于g p r s 的电力监控系统 将会有更加广泛的应用前景。 关键词：电力负荷控制g p r st c p i p 协议族短消息抄表 电力负荷管理终端 p o w e rl o a dc o n t r oi a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m ya n di m p r o v e m e n to ft h ep e o p l e sli v i n g s t a n d a r d s ，t h e c o n t i n u o u s i m p r o v e m e n to ft h ew h o l e s o c i a li n f o r m a t i o na n d e l e c t r i z a t i o n ，p o w e rs u p p l y ， a st h ef o u n d a t i o no fn a t i o n a le c o n o m y ， i t s a u t o m a t i z a t i o nb e c o m em o r ea n dm o r e i m p o r t a n t s ot h en a t i o n a le l e c t r i c a d m i n i s t r a t i v ed e p a r t m e n t st h i r s tf o rt h ee l e c t r i ce q u i p m e n tt ob ei n t e g r a t i v e ， i n t e l l e c t i v ea n da u t o m a t e d ，h o p i n gt om a n a g et h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mm o r es c i e n t i f i c t h a ti sa l s ot h en e wt r e n di nw h i c ht h ee l e c t r i ci n d u s t r yd e v e l o p s i nt h eo t h e r s i d e ，w i t ht h ea s t o n i s h i n gf l yo fi n f o r m a t i o na n dd i g i t a lt e c h n o l o g y ，i n c r e a s i n g m a r k e ti nt h ef i e l do fi n t e r n e ta n dm u l t i m e d i a ，w i d eb a n dc o m m u n i c a t i o nn e ta n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yw o n ar a p i dd e v e l o p m e n t w i t ht h ea b i l i t yt ob r i d g e t h eg a pb e t w e e nt h e s et w on e t ，g p r si si n c r e a s i n g l yg e t t i n gt h ep o t e n t i a lm a r k e t s i ne m b e d d i n gs y s t e m s p o w e rs u p p l yi m p a c t sa l m o s te v e r ya s p e c to fo u rs o c i e t y p o w e rl o a dc o n t r o li s t h et i d et or e a l i z et h ea u t o m a t i o no ft h ep o w e rs y s t e m i t i st h ec o m p r e h e n s i v e a d v a n c e d t e c h n o l o g yw h i c hc o n t a i n sm o d e r n e l e c t r o n i ct e c h n o l o g y ，c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ，n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dc o n t r o lt e c h n o l o g y i ts u p p o r tr e m o t er e a d ， p r o t e c ta n dc o n t r o lt h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mi nt h ec a s eo fa b n o r m a la n da c c i d e n t i t su s a g ew i l li m p r o v et h ee f f e c t i v eo fs u p p l ys e r v i c e ，l i f tt h ee n t e r p r i s e s e c o n o m i cp r o f i ta n db e n e f i tb o t hs i d e o fs u p p l ye n t e r p r i s ea n dc u s t o m e r t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e sak i n do fp o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mo nt h eb a s i so f g p r sn e t w o r k t h es y s t e mi sc o n s i s to f m e a s u r e m e n t ，c o m m u n i c a t i o n ，d a t ap r o c e s s a n dc o n t r 0 1 i tm a k e su s eo ft h eg p r sn e t w o r kt os p e e du pc o m m u n i c a t i o n i t s i n t e r f a c ec o m p l i e sw i t he l e c t r i cc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，e a s i l ye m b e d d e dt os t a n d a r d e l e c t r i cn e t w o r k s i tc a n m e a s u r ea n dr e c o r dt h e p h a s ev o l t a g e ，e l e c t r i cc u r r e n t ， a c t i v ep o w e r ，r e a c t i v ep o w e r ，p o w e rf a c t o r ，t h et i m eo fv o l t a g ee x c e e d i n gt h el i m i t ， n e tl o s ss t a t i s t i co ft h el o c a l ee q u i p m e n t i na d d i t i o n ，i ti n s p e c ta n dc o n t r o lt h e s w i t c h ，a l a r mt h ee x c e e d e dv o lr a g ea n de l e c t r i cc u r r e n te t c 电力负荷管理终端 t h eb a c k g r o u n d ，r e s e a r c hs t a t u sa n ds i g n i f i c a n c eo fp o w e rl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m a r ef i r s t l yi n t r o d u c e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fp o w e rl o a dm a n a g e m e n t ， as c h e m ei sg i v e nt oi l l u s t r a t et h ep r o j e c te l e m e n t am o r ed e t a i ls p e c i f i c a t i o n o f h a r d w a r ea n ds o f t w a r ei sb r o u g h tf o r w a r d i ts t r e s so nt h es y s t e m sc o n f i g u r a t i o n o fh a r d w a r e ，g p r sc o m m u n i c a t i o nc h a n n e l se s t a b l i s h m e n t ，p r o t o c o li m p l e m e n ta n d a r c h i t e c t u r ee t c s o m ei m p o r t a n ts o f tt e c h n i c a la n dp o l i c yi ss u p p l i e d t h es y s t e m sf u t u r ea sf o ll o w ： 1 c o m p l i e dc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e i ta d o p t sp r o t o c o lo f“m u l t i f u n c t i o n w a t t h o u rm e t e r ”a n d“p o w e rl o a d m a n a g e m e n t d a t at r a n s m i s s i o n p r o t o c o l 一2 0 0 5 ”i tc o u l db ee a s i l ye m b e d d e di n t os t a n d a r ds y s t e m 2 f u l lf u n c t i o n a l i ti n c l u d e sa l lt h en e c e s s a r ym e a s u r e m e n t ，c a l c u l a t i o n a n dr e m o t eo rl o c a lc o n t r o le t c 3 r o b u s t u t i l i z ei n d u s t r i a lh a r d w a r ea r c h i t e c t u r e m o d u l a r i z a t i o no f s o f t w a r ea n dh a r d w a r e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i ct e c h n o l o g y c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ec o s tw i l lb el o w e r ，t h ec o m m u n i c a t i o nw i l lb em o r e r e l i a b l eb yt h eu s eo fg p r sp u b l i cn e t w o r kt ot r a n s f e ra n dr e c e i v ed a t a t h ep o w e r l o a dm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng p r sw i l l h a v eap r o s p e r o u sp r o s p e c t k e y w o r d s ：p o w e ri o a dc o n t r o i g p r sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt c p i pp r o t o c o is m s e m e t e r r e a din g v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研冗成果，也不包含未获得 ( 逵! 翅塑直甚丝置要挂剔直盟 的：奎拦卫窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：闫建国签字日期：2 占年s 月z 6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：1 ： 建国 导师签字 签字日期：) 。b 年f 月工曰 签字日期：妇二年，月妇 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 电力负荷管理终端 第一章绪论 1 1 引言 电能是社会生产、人民生活所必需的最重要的能源之一。建国以后我国电力工业的发展 取得了举世瞩目的成就，尤其是改革开放以来，电力工业得到更大发展，我国发电设备装机 容量、年发电量均居世界第二位。但是国民经济的飞速发展和人民生活水平的提高加剧了对 电力供应的需求。进入2 1 世纪以来全国电力供需逐年紧张。2 0 0 2 年全国相继有1 2 个省级电 网在夏季高峰和冬季枯水期出现拉闸限电，2 0 0 3 年进一步发展到2 3 个省级电网缺电，2 0 0 4 年上半年共计有2 4 个省级电网再次出现拉闸限电，全社会用电量继续高位增长，预计全年 同比增长1 2 一1 5 。电力供求的矛盾固然可以通过新建电厂，增加装机容量来解决，但这 种方法不但需要大量投资，而且存在环境和生态问题，因此有必要寻求一种更为科学、有效 的方法解决这一矛盾。从长远看，增加电力供应是解决电力供需矛盾的根本途径，但在短期 内，挖掘系统现有资源，进行更合理的调度则是当务之急。因此必须提高系统负荷监控水平， 加强电力需求侧管理。 在2 0 0 4 年夏，部分省电力公司通过使用电力负荷控制系统，对电网进行实时监测和合 理调度，并落实不同负荷水平下的有序用电方案，取得了显著的成效。可见，建设一个更经 济高效的电力负荷控制系统，对缓解当前的用电紧张局面，并保证供电的稳定性有着积极深 远的影响。据专家分析论证：全国在不新增装机容量的情况下，只要加强用电管理，合理用 电，就能开发出6 0 的电力余量。电力负荷控制系统的主要目标是改善电网负荷曲线形状， 使电能较为均衡地使用，以提高电网运行的经济性、安全性和投资效益。6 m 1 。 电力负荷控制技术先是在欧洲得到广泛的应用。英国2 0 世纪3 0 年代就开始音频电力负 荷控制技术的研究。第二次世界大战后，这种音频电力负荷控制技术在法国、原西德、瑞士 等国家得到大量的使用。日本从6 0 年代开始研究电力负荷控制技术，并从欧洲引进制造技 术，到7 0 年代己广泛安装使用了音频脉冲控制装置。美国从7 0 年代开始重视电力负荷控制 技术的发展，不仅从西欧引进了音频电力负荷控制系统设备的制造技术，并着手研究和发展 无线电力负荷控制技术。日前世界上已经有许多国家使用了多种不同类型的电力负荷控制系 统。 我国从1 9 7 7 年底开始电力负荷控制技术的研究和应用。大致可分为3 个阶段：1 9 7 7 年 一1 9 8 6 年为探索阶段。研究了国外电力负荷控制技术所采用的各种方法，并自行研制了音频、 电力线载波和无线电控制等多种装置，同时由国外引进一批音频控制设备安装在北京、上海、 电力负荷管理终端 沈阳等地：1 9 8 7 1 9 8 9 年为有组织的试点阶段。主要试点开发国产的音频和无线电负荷控制 系统，分别在济南、石家庄、南通和郑州安装使用。1 9 8 9 年底在郑州召开了全国计划用电会 议，要求首先在全国直辖市、省会城市和主要开放城市重点推广应用，然后在所有地( 市) 级 城市中全而推广：从1 9 9 0 年开始进入了全面推广应用电力负荷控制系统阶段。 电力负荷控制不仅是配电自动化的组成部分，而且是负荷管理的技术手段。它是利用自 动控制技术，由供电公司远方控制用户用电设备开关的关断，使用户尽可能避开高峰时段用 电，移到低谷用电，起到削峰填谷作用的技术措施。进行电力负荷控制，对供电部门来说， 在保证供电和用电电量平衡的情况下，可以少装发电机组，提高现有发电设备的利用率；对 用户来说，用同样多的电量可少花钱。因此，对供、用电双方都有明显的经济效益。 另外，随着社会的不断发展，服务意识的不断提高，公共事业收费实现网络化，智能化的 呼声越来越高。将用户的电表纳入到远程集中式抄表系统( a m r s ) 中，形成智能化管理，提高管 理水平，减少劳动强度是未来发展的必然选择。随着无线通信数字网络的发展，无线远程自动 抄表已成为未来集抄系统发展的热点。g p r s 具有按数据流量计费，覆盖范围广，数据传输速度 快的特点，是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务。运用先进的远程联网抄表及 控制系统，不仅可实现抄表，统计及控制的自动化，节省大量的人力物力，降低抄表费用，而且 可以对用电信息进行统计，分析和预测，从而实现用电管理的规范化，自动化，科学化1 。 利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控，是电力系统现代化的一 个重要发展方向。移动公司建成的基于2 5 代移动通信g p r s 网络能够提供端到端的无线 分组交换数据业务，性能完全能满足配电自动化通信的要求，是一种方便、可行、廉价的通 信手段。目前g s m 和g p r s 网络的通信技术已经成熟，覆盖面广，利用g s m 和g p r s 无线 通信方式来实现电气设备参数的实时传输，无疑是对现有资源的最大利用。最重要的是g s m 和g p r s 网络是由移动运营商投资系统，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到 环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节 省了投资。信道复用技术使每一个g p r s 用户都能够实现永远在线，且不同的网络用户共享 同一组g p r s 信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源，特别适 合突发性、频繁的小流量数据传输。因此使用g p r s 实现远程传输数据是非常经济实用的 c 3 2 3 叩 电力负荷管理终端 1 2 功能简介“3 1 矧3 9 1 电力负荷控制系统是集计算机系统、通讯系统、信息管理系统、控制系统于一体，对配 电网络实施监测、控制、管理的系统。它包括变电站综合自动化、配电自动化、用户自动化 和配电管理自动化。其目的是提高供电可靠性、提高供电质量、服务质量、提高企业的经济 效益和管理水平，使供电企业和用户双方均受益。只要在负荷监控中心辅以一套符合电力系 统生产运行和电力营销管理流程的信息处理软件，就可以充分挖掘出其在用电管理上的诸多 功能。将采集到的电流、电压、功率等终端数据进行一系列处理，最终形成相关数据报表或 结果图表作为用电部门规划决策等各项管理工作的判据。其主要功能包括： 1 2 1 负荷预测 负荷预测的准确性主要取决于基础资料、预测方法、预测手段等，这其中基础资料的正 确性尤其重要。而负荷管理系统的基本功能就是数据采集，它所采集的用户侧数据是基础资 料中必不可少的一手基础资料。系统不但能够采集用户的负荷、电量、电压、电流等各类用 电数据，而且通过远程抄表功能实现电能表数据的实时或定时自动抄录，以满足负荷预测之 需要。管理中心根据以往积累的用户用电历史数据及负荷曲线，就可以对电力负荷进行短、 中、长期的预测。 1 2 2 实施远程抄表 我国现在的电力管理系统仍是采用传统的抄表方式，即人工抄取电表数据，不可避免存 在以下问题：统计数据不准确；操作难以规范化；数据采集不及时，无法实时反映系统状况； 耗费人力资源，效率低下。 随着电力企业减员增效的进一步实施，利用负荷控制装置可实现计量电能的远方抄表， 这对提高营业抄表的水平有积极的意义，也是电力营业现代化的发展方向。远程自动抄表系 统使用计算机技术、通信技术、网络技术和微电子技术相结合，通过一定的网络设备建立通 讯联系，对各种范围内电力用户实时用电量信息以及各种故障信息数据自动正确采集、传输、 统计及综合分析。具有抄收速度快、计算精度高、抄表同时性好、可直接与营业计算机联网 等突出优点。采用自动抄表系统可以降低抄表人员的劳动强度、降低人为因素造成的抄表误 差。用户的用电数据可由管理中心送往营业系统，作为电费结算依据，与人工抄表相比具有 明显的优越性。 1 23 购电制功能 先用电后付钱的传统运营管理模式，不但不适应市场经济规律，而且还出现了电费收缴 电力负荷管理终端 难的问题。为了让电力真正进入商品化经营，就应当实行购电制。利用电力负荷控制装置中 的电量控制功能，即可实现购电制。电费核算中心通过与银行的联网将该客户预付金额根据 实际电价折合成相应的电量传送给负荷管理中心，中心将该预购电量定值及超额电量定值下 发给负荷管理终端。当用户用到所购电量的9 0 时，终端将向用户发出声、光告警信号，如 用户不及时购买后续电量，则当用到所购电量的1 0 0 - 1 5 0 时，终端将自动执行跳闸功能， 停止向用户供电。 1 2 4 用户侧管理功能 直接利用负荷管理终端的语音报警和信息发布功能，可以很好地服务于客户。目前用户 的安全用电只能通过值班员的巡检来完成，有时很难发现用电安全隐患。而通过负荷管理终 端的定时上报或巡检功能，控制中心就很容易发现用户失压、断相、欠压等安全隐患，并且 可以通过终端的语音报警和液晶显示功能发布各类告警信息，提示用户进行必要的安全检 查。负荷管理终端还可通过液晶显示屏提供必要的用电信息，辅助其安全用电。 1 2 5 反窃电功能 负荷控制系统采集的各路电压，电流模拟量，可作为反窃电的重要判据。利用终端对计 量回路p t 断相的监测和对电流、功率的监测，及时判断用户计量装置的运行状况。另外远程 自动抄表功能可以实时或定时将用户电能表读数抄回，这样供电企业就可以连续获取实时客 户用电量情况，防止人为窃电。以技术手段保障用电市场的规范，减少供电企业的经济损失。 1 3 系统示意图 图1 标识了电力终端在电力负荷控制系统种的地位和作用。电力终端监测当地用电情 况，将异常信息及用电信息上报到主站及相关人员。客户可以通过现场终端、手机接收停电 通知、异常报警、用电分析等服务。管理中心可下达用电控制命令。电力终端与管理中心采 用g s m g p r s 和i n t e r n e t 网络进行通讯，并严格按照最新的国家标准、电力行业标准进行设 计，易于实现与电力局内部用电营销系统等相关系统进行数据交换。 4 电力负荷管理终端 斗圉 睽电罴辩蛳 j ” 瀚 翳剖腻 确， 酬黑 图1 系统示意图 电力负荷管理终端 第二章终端功能需求1 2 m 1 2 1 概述 终端产品的设计符合下列国家相关标准规定： d l t 6 9 8 1 9 9 9低压电力用户集中抄表系统技术条件 d l t 7 4 8 2 0 0 1 电能量远方终端 d l t 6 4 5 1 9 9 7多功能电能表通信规约 电力负荷管理系统数据传输规约- - 2 0 0 5 电力负荷管理系统通用技术条件一2 0 0 5 2 2i 0 配置 开关量输入：4 路，无源输入 模拟量输入：2 路( 8 位a d ，o - 5 v 标准输入) 控制回路：4 路跳闸输出，常开常闭非自保持输出 开关量输出：1 路报警输出，2 2 0 v 1 a 触电额定功率：可接通和开断交流2 5 0 v 5 a ，3 8 0 v 2 a 的纯电阻负载； 2 3 基本功能：终端抄表、负载控制、监测及告警功能、终端交流采样、远程 升级维护 2 3 1 终端抄表 终端应具有1 路r s 4 8 5 抄表接口，可抄读多功能电表的表底数据。 一台终端应能同时配置任意四种国内已知电表通信规约( 如国标，威胜，浩宁达卡 表，德国表等) 。终端应可抄取未知协议的全电子电能表( 通过主站配置表地址，波特率，具 体数据帧格式等) 。 2 3 1 1 实时数据 可抄取电能表任意寄存器，及谐波数据、电能表状态等。 2 3 1 2 历史数据 日数据：默认每日零点采集一次，存储最近三个月的数据，包括： ( 1 ) 脉冲有功电量，总功率： ( 2 )交流采样电流、电压、频率、功率因数、功率、正向有、无功总电量： ( 3 )日有功最大需量及时标： 电力负荷管理终端 ( 4 )e l 有功最大功率及时标： ( 5 )日峰段最大功率及时标： ( 6 )日谷段最小功率及时标： ( 7 )日过压累计时间和欠压累计时间： ( 8 ) 日总峰谷负荷率： ( 9 )e t 峰段超功率定值电量、谷段欠功率定值电量： ( 1 0 ) 日供电时间： ( 1 1 ) 日功率为零时间： ( 1 2 ) 日功控跳闸次数、电控跳闸次数、遥控跳闸次数、遥控拒动次数、终端复位次 数： ( 1 3 ) 各种电参数 正向电量：有功( 总尖峰谷需量) ；无功总电量； 反向电量：有功( 总尖峰谷平需量) ；无功总电量： 三相及总正反相有无功功率气三相及总正反相功率因数，三相电压电流 月数据：默认为每月末日零点统计的数据，可由主站下发月数据开始开始时间和终 止日终止时间，终端可保存最近3 个月的月数据，包括 ( 1 )月脉冲总电量曲线： ( 2 ) 月有功总峰谷，平电量： ( 3 )月有功最大需量及时标、月峰谷，平最大需量及时标： ( 4 )月有功最大功率及时标： ( 5 )月峰段最大功率及时标： ( 6 )月谷段最小功率及时标： ( 7 )月过压累计时间和欠压累计时间： ( 8 ) 月总峰谷负荷率： ( 9 ) 月功控跳闸次数、电控跳闸次数、遥控跳闸次数、遥控拒动次数、终端复位次 数： 2 3 2 控制功能 终端控制功能分为遥控和本地闭环控，遥控优先级要高于本地闭环控，即终端无条 件优先执行遥控命令。 电力负荷管理终端 2 3 2 2 遥控 终端能执行主站发出的遥控命令并能发出相应声光报警。 2 3 2 3 闭环控 终端具有多种本地闭环限电控功能，按优先级排列依次为购电控、临时限电、 厂休控、时段控。所有限电定值未设置时，终端有默认参数。 23 3 监测和告警信息 监测一般分为计量异常监测、运行事件监测，如有监测异常和告警信息能主动 上报。 2 3 3 1 计量异常监测功能( 软表提供数据) 通过对计量回路的监测( 需交流采样支持) 实现以下功能： 电压逆相序监测： 电流逆相序监测： p t 二次短路监测： c t 二次开路监测： 计量柜门开闭及封印异常事件监测： 2 3 3 2 终端可监测断相、失压、停电( 包括外接4 8 5 电能表和终端交流采样) 等现场运行 事件。 2 3 3 3 告警功能 终端具有开关报警和显示报警功能。当有告警发生时终端应能以告警音提示，同 时以文字方式显示告警信息。 2 3 4 信息服务 终端具备国标二级字库，能接收主站下发的中文信息并给出报警提示。终端至少能 存储最近的2 0 条信息 2 3 5 事件记录功能 终端对以下每个事件保持最近十次的记录，以备主站查询并可入库查询 停电记录 跳闸记录 遥控记录 电力负荷管理终端 拒动记录( 没有正常执行操作) 购电记录 2 3 6 交流采样测量( 软表提供数据) 测量路数： 采集1 条线路( 每条线路三相电压和三相电流) 测量内容： a )线路的三相电压、电流、功率因数、相位、频率，瞬时有功、无功、视 在功率，有功、无功电量测量，谐波。 b )统计每天和每月的最高最低电压及发生时间、最大最小电流及发生时间、 最大需量及发生时间；检测并记录缺相次数、起止时间和累计时间。 2 3 7 远程升级维护 终端应能支持系统编程( i s p ) 和在线编程( i a p ) 两种软件可再编程，有以下方式： 本地下载( 无需更换芯片) 远程下载 在系统编程是由专用终端编程器通过终端主板上的本地编程接口直接对f l a s h 编程，整个烧入过程只需几十秒。由主站通过远程通信信道，在终端正常运行的同 时对终端进行在线软件下载。主要是在终端已大量安装在现场时，需要软件更新升 级时使用。 1 0 电力负荷管理终端 第三章相关网络及协议介绍 3 1 g p r s 网络及模块介绍。”。2 2 ”8 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的英文简称，它是在g s m 的基础上引入了分组控制单元( p c u ) 、服务支持节点( s g s n ) 和网关支持节点( g g s n ) 等新部件 而构成的无线数据传输系统，目的是为用户提供分组形式的数据业务，在移动用户和数据网 络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线i p 。g p r s 与现有的g s m 最根本的区别是：g s m 是种电路交换系统，而g p r s 是一种分组交换系统。基于g p r s 的数据传输系统如图2 所示。 圈x d 蒜，、鼻垃 啪s 蚌一 ? t 一昏函 1 掌户曩避c f 6 冉稿 图2g p r s 网络 g p r s 终端通过接口从客户系统中取出用户数据； 处理后以g p r s 分组数据的形式发送到g s m 基站( b s s ) ； 分组数据经s g s n 封装后，发送到g p r si p 骨干网： 若分组数据是发送到另一g p r s 终端，则先发送到目的s g s n ，再经b s s 发送到g p r s 终端；若分组数据是发送到外部网络( 如i n t e r n e t ) ，则将分组数据包经g g s n 进行协议转换 后，发送到外部网络。 g p r s 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多 个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达1 7 1 2 k b p s 。g p r s 允许用户在端到端分 组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高 效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输， 也适用于偶尔的大数据量传输。 皇垄璺堡篁里竺塑 g p r s 数据传输的优点有：1 、利用g p r s 数据业务，可以实现资源共享，频率资源利用率 高：2 、计费合理，g p r s 网络按照用户收发数据包的数据流量来收费，极大地降低了通信使用 费用：3 、永远在线，客户随时都与网络保持联系，即使没有数据传送时，客户仍然在网上与 网络之间还保持一种连接：4 、快速登录，连接时间很快，g p r s 终端一开机，就已经与g p r s 网络建立了连接，每次登录网络，只需要一个激活过程，一般仅需1 到3 秒：5 、高速传输， 由于g p r s 网络采取了先进的分组交换技术，数据传输最高理论值可达1 7 1 2 k b p s6 、可与 外部数据网进行互联。 但在终端数量多，数据量大时，终端必须在有限的带宽中竞争，会导致终端掉线率高， 上网困难等。虽然g p r s 网络的传输速率在理论上可以达到1 7 1 2 k b i t s s ，但实际上现有 g p r s 网络的传输速度远远达不到理论值，实验最高值大约为5 0 k b i t s s 。而且，g p r s 网络存 在丢包现象，尤其在数据连续传输的情况下比较严重，如果传输层使用u d p 协议，在没有其 它措施的情况下，丢包的概率在1 0 左右。这样就必须在应用层采用一种应答式的策略，这 就进一步降低了网络的传输速度。因此，目前的g p r s 网络更适合少量数据的间断传输，这 基本上能够满足用电管理系统的要求。 目前市场上的g p r s 无线传输模块分为两种： 一种是纯粹的g p r s 通讯模块，也就是一个工作在9 0 0 、1 2 0 0 m h z 频段的无线收发m o d e m 设 备，e p g p r s m o d e m 。使用时，通常利用中国移动的网络平台进行数据传输，因此需要对其进 行拨号连接、( 网络) 在线检测和重新拨号、( t c p i p ) 协议解析和数据打包、向通讯端口进 行( a t 命令码的) 数据收发、解释、数据纠错等工作，这些工作一般都是通过m c u 或p c 编程 来完成。 另一种，称为g p r si pm o d e m ，这种模块是将单片机和g p r sm o d e m 模块结合，将上述功 能做成商品提供给使用者，使用者只需要将发送数据输入给模块或从模块中读出收到的数 据，而其他的事情有模块自己完成，实际上是一个智能移动无线收发装置。 以下是g p r s 模块的相关介绍汹儿盯1 ： 1 西门子公司的m c 3 5 i 西门子公司提供的m c 3 5 i 是新一代g s m g p r $ 双模模块，它采用紧凑型设计，完全兼 容于上一代的m c 3 5 产品，为用户提供了简单，内嵌式的无线g p r s 连接。m c 3 5 包括了 t c 3 5 的所有功能，还具备快速的g p r s 技术。m c 3 5 i 的g p r s 永久在线功能提供了最快的 数传速率。体积小巧，功耗低，能提供数据、语音、短信、传真功能，可广泛用于遥感 电力负荷管理终端 测量一记录传输、远程信息处理、电话。m c 3 5 i 作为理想解决方案的高速数据传输能广 泛应用于：p o s 终端机和扫描器、贩卖机、安全系统、远程遥测和信息处理系统、跟踪管 理系统、交通控制和导航系统、便携式控制装置、g p r sm o d e m 。 2 s i m c o m 公司的s i m l 0 0 - e s i m c o m 公司无线模块目前主要产品是i m t l 0 0 。它在硬件和软件方面工都有其突出 的特点。硬件方面，i m t l 0 0 提供6 0 脚的连接器，除了一些常用的引脚外，专门提供了5 个通用输入接口、5 个通用输出接口，这十个引脚配合使用，专门用于读取键盘输入。 此外，i m t l 0 0 提供了5 个s p i 引脚用于将模块连接到指定的l c d 模块上，在此l c d 上可 以监视模块的工作信息。从上述引脚定义不难看出这款模块的最初销售对象是无线公话。 软件方面，i m t l 0 0 提供了一组直接支持g p r s 无线上网的a t 指令，这一点十分引人注目。 适合于开发一些g s m g p r s 的无线应用产品，如移动电话、p d a ，p c m c i a 无线m o d e m 卡、 u s b 无线m o d e m 、无线p o s 机、无线抄表、无线数据传输业务，无线公用电话、无线商务 电话等系统和产品。s i m l 0 0 模块为用户提供了功能完备的系统接口，用户只需投入少量 的研发费用，在较短的研发周期内，就可集成自己的应用系统。但其在市场上还没有得 到广泛应用，产品的质量和稳定性尚需要接受市场的检验。 3 2 协议栈介绍m 1 网络协议通常分不同层次进行开发，每一层分别负责不同的通信功能。一个协议族，比 如tcp ip ，是一组不同层次上的多个协议的组合。 本系统的网络协议层次如图3 应层 1 e 输层 网络麒 数掘：链路麒 物刊j ： 电打蛙妁 电n 婕幻 t c n u d p t c r u d p 时 p p pp p p m ，r s i q 连计心o p r s 州鼍n 谊 6 p r s 6 p r s 图3 系统网络协议层次 电力负荷管理终端 借鉴网络通信o s i 的7 层标准，系统只需是以下5 层网络协议：物理层、数据链路层、网 络层，传输层和应用层。为了避开与本系统无关的g p r s 内部复杂的协议转换和数据操作流 程，图中把g p r s 服务节点和网关节点等g p r s 内部节点，简化抽象为g p r s 网络，把g p r s 内 部协议及i n t e r n e t 网关协议等协议简化抽象为g p r s 网关协议。 物理层：该系统有g p r s 网络之间的物理层通道，就是g p r s 连接。具体的c p r s 协议都已 被做在g p r sm o d e m 中，通过数据端对g p r s m o d e r n 正确的a t 指令设置后，就可以进行a t 指 令拨号连接。当收到拨号反馈应答后，l 条物理通道即g p r s 信道，就在本系统中g p r sm o d e m 和g p r s 网络之间建立起来了。 数据链路层：在物理层之上，p p p 协议作为g p r sm o d e m 在物理层之上的唯一指定的数据 链路协议，通过c r c 校验、确认等手段，将原始的g p r s 物理层改造成无差错的数据链路。 p p p 协议分为3 个子协议：链路控制子协议l c p ，用于设定、测试并建立数据链路：p a p 子协议， 保证用户的用户名和密码被用于g p r s 网关认证：网络控制协议n c p ，设为i p c p ，因为网络层 协议为i p 。p p p 协商成功后，系统将成功远程登入i n t e r n e t ，并得到g p r s 网关分配给自己 的a 类i p 。 网络层：i p 协议位于p p p 协议之上，是目前运用最为广泛的网络层协议。i p 提供最好的 传输服务，但它不能保证i p 数据包能成功到达目的地，是不可靠的连接。网间协议i p 将 i n t e r n e t 上具有不同i p 的终端联系起来。经过i p 路由选择，可以实现本系统与连在i n t e r n e t 上的任一i p 终端进行数据交流。 传输层：选择t c p u d p 作为网络层之上的传输协议，是为了弥补i p 连接不可靠的不足， 为上层数据传输提供更可靠的服务。 应用层：采用电力行业的标准协议，主要包括电力终端与多功能表进行通讯的 和电力终端与管理中心通讯的 。 以下为相关协议的简要介绍。 3 3p p p 协议删 p p p ( p o i n t t o p o i n tp r o t o c o l 点到点协议) 是为在同等单元之间传输数据包这样的简 单链路设计的链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。 p p p 由三个主要部分组成： 4 电力负荷管理终端 “高级数据链路控制”( h i g hl e v e ld a t al i n kc o n t r o l ，h d l c ) 协议，也就是在线路上 用于数据编码的协议。 “链路控制协议”c l i n kc o n t r o lp r o t o c o l ，l c p ) ，它提供了配置，建立和测试链路 的功能。l c