农网配电、用电综合管理系统方案设计方案

农网低压台区配电、用电综合管理系统方案设计国电龙源电气有限公司二零零九年十二月PAGEII目录TOC\o"1—3”\h\z\u第1章 前言 1_Toc248330158”1.2 目的意义 1HYPERLINK\l”_Toc248330159"1。3 设计原则 2HYPERLINK\l”_Toc248330160"1.4 设计依据 3HYPERLINK\l”_Toc248330161”第2章 建设模式 4HYPERLINK\l”_Toc248330162”2.1 主站建设模式 42.1.3 系统的实施模式 5_Toc248330167"2.2。1 大型专变用户的采集模式 7_Toc248330169”2.2。3 低压单、三相工商业用户采集模式 8HYPERLINK\l”_Toc248330170”2。2.4 居民用户和公配变采集模式 8HYPERLINK\l”_Toc248330171”2。3 数据通信 112。3。1 远程通信 11HYPERLINK\l”_Toc248330173"2.3。2 本地通信 13HYPERLINK\l”_Toc248330174"第3章 系统架构 14HYPERLINK\l”_Toc248330175"3。1 系统逻辑架构 14HYPERLINK\l”_Toc248330176”3.2 系统物理架构 15HYPERLINK\l”_Toc248330177”3。3 系统安全防护 173。3。2 边界安全防护 18HYPERLINK\l”_Toc248330180”3.3.3 网络环境安全防护 18HYPERLINK\l”_Toc248330181”3。3.4 主站和终端设备安全防护 19HYPERLINK\l”_Toc248330182”3。3。5 业务应用安全防护 19HYPERLINK\l”_Toc248330183”第4章 主站设计 214。2 硬件设计 22HYPERLINK\l”_Toc248330186"4.2。1 硬件设计原则 22_Toc248330189"4.2。4 应用服务器 24_Toc248330192"4.3 软件设计 244。3.2 软件技术路线 254。4 应用功能设计 274.4。1 台区用电监测 27_Toc248330199"4.4.4 自动抄表 294.4.5 终端管理 294.5。2 与配电、用电应用系统接口 31HYPERLINK\l”_Toc248330205"4.5。3 与其它应用系统接口 32HYPERLINK\l”_Toc248330206"第5章 通信信道及接口 32HYPERLINK\l”_Toc248330207"5.1 通信信道 33HYPERLINK\l”_Toc248330208”5。2 远程通信 345.2。1 远程信道接口设计 34HYPERLINK\l”_Toc248330210”5.2。2 远程信道组网方案 35_Toc248330212”5.3.1 电力载波 40HYPERLINK\l”_Toc248330213”5。3。2 RS—485接口 41HYPERLINK\l”_Toc248330214”第6章 终端设备 416.1 终端分类 41_Toc248330217"6.2.1 专变终端 42_Toc248330220"6.3。1 专变终端 43HYPERLINK\l”_Toc248330221"6。3。2 台区多功能集抄终端 45_Toc248330223”6.4.1 专变终端应用方案 50方式，即台区多功能终端（集中器）通过电力线载波直接与具有载波通信功能的电能表通信；“台区多功能终端(集中器）—采集器-电能表”方式,即台区多功能终端(集中器）通过电力线载波与采集器通信，采集器通过RS—485总线与485电能表通信。电力载波台区多功能终端(集中器)—载波表组网方式和台区多功能终端（集中器)－采集器组网方式下图所示。台区多功能终端(集中器）-载波表组网方式示意图台区多功能终端(集中器）—采集器组网示意图RS—485接口RS—485总线方式主要是指台区多功能终端(集中器）和配电总表以及采集器和电能表的通信.终端设备本章节主要描述终端设备在农网信息采集系统中的作用,按照用户全面覆盖、信息全面采集的原则给出终端设备分类，终端设备的典型设计方案。终端分类终端设备按农网用电信息采集模式进行分类,对于大型专变用户和中小型专变用户采用专变采集终端+RS-485多功能电能表采集模式,大型专变用户选择安装带交流采样专变终端或不带交流采样专变终端，中小型专变用户选择安装不带交流采样的专变终端。对于低压三相一般工商业可选择安装远程多功能电能表,也可以是台区多功能终端（集中器)采集方式.对于低压单相一般工商业和居民用户采用台区多功能终端（集中器)+载波预付费电能表或台区多功能终端（集中器）+采集终端+载波电能表两种采集形式。对公变计量点采用台区多功能终端（集中器）+RS-485多功能电能表数据转发形式实现管。专线用户用电信息采集模式通常由厂站终端完成。远程终端与主站通信信道优先选用电力光纤专网，对于未完成光纤通道建设的各省可选用无线公网(GPRS、CDMA等）、230MHz无线专网等信道作为过渡.终端选型专变终端专变中端在使用技术条件和功能要求方面必须支持《DL/T698电能信息采集与管理系统》相关规定,专变终端按照I/O配置分可分为有交流采样模块型和不带交流采样模块的基本型终端。专变终端尽量采用模块化结构设计，通讯方式可以通过更换以太网通信模块、GPRS/CDMA模块或PSTN电话模块实现互换。根据DL/T698。31电能采集终端通用要求，专变终端类型标识、功能和适用用户见下表。终端类型及功能对照表终端型号I/O配置远程信道主要功能FKXA41组交流模拟量采样输入4路遥信信号输入两轮负荷控制输出2路RS—485接口1路本地维护维护接口上行信道为光纤网络/GPRS/CDMA等网络方式用于大型专变大用户用电现场的有序用电管理和实时负荷监测,具备控制模块,RS-485本地通信采集电表数据，两轮控制作为功率控制和紧急限电管理的辅助手段，终端具备预付费管理功能.FKXB88路遥信信号输入8路电表脉冲输入四轮负荷控制输出2路RS-485接口1路本地维护维护接口另有1路客户数据接口上行信道为光纤网络GPRS/CDMA230MHz等方式用于大型专变大用户用电现场的有序用电管理和实时负荷控制，具备控制模块，控制投入时，实时控制用户用电负荷。RS—485本地通信采集电表数据，脉冲输入采集用户实时负荷，四轮控制执行各类功率控制和电量控制以及紧急限电管理的辅助手段，终端具备预付费管理功能。FKXB44路遥信信号输入预付费控制输出2路RS-485接口1路本地维护维护接口上行信道为光纤网络GPRS/CDMA等网络方式用于中小型专变用户的用电管理,RS-485本地通信采集电表数据，具备预付费管理和计量异常事件管理等功能。注：FK—专变终端；X—信道分类;A4/B8-I/O接口配置台区多功能集抄终端集抄终端通常包含台区多功能终端（集中器）和采集器两部分，用于厂站关口电能量采集和非居民用户、居民用户用电信息采集,并对用电异常信息进行管理和监控。配变台区的居民用电信息采集组网方式主要有下列两种：台区多功能终端（集中器）与具有通信模块的电能表（载波表）直接交换数据；台区多功能终端（集中器）、采集器和电能表组成二级数据传输网络,采集器采集多个电能表电能信息，台区多功能终端(集中器）与多个采集器交换数据.实际用中可采用上述二种方式混合组网。台区多功能终端（集中器）可直接与主站连接，也可通过RS-485接口与公变采集终端连接级联，利用公变采集终端通信信道上传。台区多功能终端(集中器）和采集器的选型，在实际用中根据具体情况确定。终端设计要求专变终端结构要求整体结构采用分体设计结构，模块化设计方式，将上行通信模块独立进行设计，并在结构上能够与主机分离，除230MHZz电台终端外,外形尺寸不大于320mm×220mm×120mm.终端的其它结构和环境要求符合《DL/T698电能信息采集与管理系统》中专变终端的相关要求。交流采样装置完成两个主要功能，一是作为防窃电功能主要的一种技术支持手段，独立作为一个测量点对用户的用电信息进行测量和计量，与电能表测量的信息进行超差对比；另一方面，其测得的功率数据可以作为功率控制的依据。终端设计负控终端功能框图如下图，远程通讯模块可以按照远程通信信道的不同进行更换，可选择GPRS、CDMA、PSTNModem模块、以太网络模块或230MHz无线电台.负荷控制终端功能框图专变终端功能功能要求如下终端功能配置表序号项目有交采型无交采型1数据采集状态量采集√√电能表数据采集√√脉冲量采集√交流（电压、电流）模拟量采集√2数据处理实时和当前数据√√历史日数据√√历史月数据√√电能质量数据统计√电能表运行状况监测√√3参数设置和查询时钟召测和对时√√TA变比、TV变比及电能表脉冲常数√√限值参数√√功率控制参数√√电能量控制参数√√终端参数√√抄表参数√√费率时段等参数√√4控制功率定值闭环控制√√a电能量定值闭环控制√√保电/剔除√√遥控√√5事件记录重要事件记录√√一般事件记录√√6本地功能显示相关信息√√客户数据接口√7终端维护自检自恢复√√终端初始化√√软件远程下载√√a:FKXB4型终端无功率定值闭环控制功能专变终端的功能详细设计要求按照《DL/T698电能信息采集与系统》的要求执行。性能要求专变终端满足《DL/T698电能信息采集与管理系统》中专变终端的有关性能要求，并对电子器件的选择作出规定。终端选用的处理器(CPU）芯片、电解电容、压敏电阻、热敏电阻、晶振、片式二极管、片式电阻、片式电容、光耦、电池、RS—485芯片、变压器、通讯模块等主要元器件选择高可靠性的工业级产品。台区多功能集抄终端台区多功能终端（集中器）结构要求整体结构采用分体设计结构，模块化设计方式，将上行通信模块、下行通信模块独立进行设计,并在结构上能够与主机分离.外形尺寸外形尺寸不大于320mm×220mm×120mm终端设计台区多功能终端(集中器）功能框图如下图，整体设计采用分体式模块化设计，上行通讯模块可以按照远程通信信道的不同进行更换，可选择GPRS/CDMA模块、以太网络模块,要求接口统一定义规范，做到不同厂家不同通道的通信模块可以互换,下行信道要求做到接口统一、定义规范做到不同厂家产品、不同载波模块可以互换.台区多功能终端(集中器）软件提供软件对信道的识别能力，在信道进行切换时无需更改软件或提供软件更新功能。按键及指示灯按键及指示灯本地通信接口本地通信接口RS-485GPRS/CDMA/以太网taiwangRS-485GPRS/CDMA/以太网taiwang主控模块RS232/USB/红外实时时钟RS232/USB/红外实时时钟 电力线通信接口RS—485电力线通信接口RS—485下行通信接口台区多功能终端（集中器）功能框图台区多功能终端(集中器）的功能按照下表进行配置。台区多功能终端(集中器）的功能配置表序号项目功能要求1数据采集电能表数据采集√状态量采集√2数据管理和存储实时和当前数据√历史日数据√历史月数据√重点用户管理√电能表运行状况监测√3参数设置和查询时钟召测和对时√终端参数√抄表参数√4事件记录重要事件记录√一般事件记录√5数据传输与主站通信√中继（路由)√级联√数据转发(通信转换）√6本地功能运行状态显示√本地维护√7终端维护自检自恢复√终端初始化√软件远程下载等√性能要求台区多功能终端(集中器）满足《DL/T698电能信息采集与管理系统》中台区多功能终端（集中器）的有关性能要求，并对电子器件的选择作出规定。台区多功能终端（集中器）选用的处理器（CPU）芯片、电解电容、压敏电阻、热敏电阻、晶振、片式二极管、片式电阻、片式电容、光耦、电池、RS—485芯片、变压器、载波芯片（模块)等主要元器件选择高可靠性的工业级产品。接口设计台区多功能终端（集中器）接口分为上行通信接口、下行通信接口和本地维护接口3部分，上行通信接口是指台区多功能终端(集中器）与主站之间的通信接口；下行接口是指台区多功能终端(集中器）与采集器或直接与电表之间的本地通信接口;本地维护接口是指本地用于设备维护的接口。上行通信台区多功能终端(集中器）和主站之间的远程通信接口模块化设计，符合通信信道的接口要求。下行通信台区多功能终端（集中器）与采集器或电表之间可采用载波方式和宽带载波方式,通信芯片选用工业级产品。本地维护及级联接口台区多功能终端（集中器）具备1路RS—485通信接口以及1路RS—485级联接口，采用光电隔离等措施与内部电路电气隔离。传输速率可选用600，1200，2400bit/s或以上。台区多功能终端（集中器）红外维护接口（距离〉=3m），通信规约台区多功能终端（集中器）与主站的通信时，接收并响主站的命令，通信协议符合DL/T698.41。台区多功能终端(集中器）与采集器通信，通信协议符合DL/T698。42。台区多功能终端（集中器)与电表通信，通信规约支持DL/T645—1997及DL/T645—2007。采集器结构要求安装尺寸符合86型机械单相电能表的安装尺寸。外形尺寸不大于86型机械单相电能表的外形尺寸.终端设计按键及指示灯按键及指示灯宽窄带宽窄带电力载波主控模块RS232/红外RS232/红外实时时钟实时时钟 RS-485RS-485采集器功能框图采集器的功能按照下表进行选择配置。采集器的功能配置表序号项目基本型简易型1数据采集电能表数据采集√状态量采集2数据管理和存储实时和当前数据√历史日数据√历史月数据√重点用户管理√电能表运行状况监测3参数设置和查询时钟召测和对时√终端参数√抄表参数√4事件记录重要事件记录√一般事件记录√5数据传输与主站（或台区多功能终端（集中器））通信√中继（路由）√√级联数据转发（通信转换)√√6本地功能运行状态显示√√本地维护√7终端维护自检自恢复√√终端初始化√√软件远程下载等性能要求采集器满足《DL/T698电能信息采集与管理系统》中采集器的有关性能要求,并对电子器件的选择作出规定。采集器选用的处理器(CPU）芯片、电解电容、压敏电阻、热敏电阻、晶振、片式二极管、片式电阻、片式电容、光耦、电池、RS-485芯片、变压器、载波芯片(模块）等主要元器件选择高可靠性的工业级产品。接口设计采集器接口分为上行通信接口、下行通信接口和本地维护接口3部分，上行通信接口是指采集器与台区多功能终端（集中器）之间的通信接口;下行接口是指采集器与电表及采集器之间的通信接口；本地维护接口是指本地用于设备维护的接口.上行通信采集器与台区多功能终端（集中器）之间可采用载波方式和宽带载波方式，通信芯片选用工业级产品.下行通信采集器与电表之间的下行通信RS-485总线方式。采集器具备1路RS—485下行通信本地维护及级联接口采集器1路RS-485接口和1路红外维护接口（距离〉=3m），采用光电隔离等措施与内部电路电气隔离。传输速率可选用600，1200，2400bit/s或以上。通信规约采集器与台区多功能终端（集中器）通信，通信协议符合DL/T698。42.采集器与电表通信，通信规约支持DL/T645-1997及DL/T645—2007。终端应用方案专变终端应用方案FKXA4终端典型用方案220/380V遥控220/380V遥控遥信48510kV交流采样485主站客户监测客户接口电表开关终端防火墙FKXA4型负控终端典型用示意图本方案中，用户配置1台配电变压器，安装1块多功能电能表，并安装1套测量CT，安装两个负荷开关。选择FKXA4型负控终端作为该用户的控制和采集终端,该终端通过本地RS-485接口采集多功能电表的信息，通过交流采样的接入计算用户的用电信息，并作为功率控制的依据.终端的遥控和遥信与负荷开关的跳闸线圈和辅助触点连接，实现对开关的控制和监测。终端采用GPRS无线公网与主站连接，实现对用户的远程监视和控制。用户通过终端的本地客户接口可以获得实时用电信息，引导用户合理用电。FKXB8终端典型应用方案220/380V220/380V客户监测遥控遥信485主站10kV客户接口光纤接入设备光纤网络光纤RJ45光纤脉冲485电表电表开关终端FKXB8负控终端典型应用示意图本方案中，用户配置2台配电变压器，安装2块多功能电能表，安装4个负荷开关。选择FKXB8型负控终端作为该用户的控制和采集终端,该终端通过本地RS-485接口采集多功能电表的信息，通过接入电表的脉冲信号计算用户的负荷数据，并作为功率控制的依据。终端的遥控和遥信与负荷开关的跳闸线圈和辅助触点连接,实现对开关的控制和监测。终端采用光纤专网与主站连接,实现对用户的远程监视和控制。用户通过终端的本地客户接口可以获得实时用电信息，引导用户合理用电。FKXB4终端典型应用方案如下图所示方案，有一个三相供电的非居民用户，为其配置一台多功能电能表和一台FKXB4型负控终端，该终端可以通过RS-485接口抄收电能表信息,执行预付费控制，并能通过遥信监测开关执行情况。与主站的通信可以采用GPRS或CDMA无线公网方式。三相非居民用户三相非居民用户公用配变主站遥信预付费控制485终端485FKXB4型负控终端典型用示意图台区多功能集抄终端由于低压电力客户用电容量很小，地理分布呈分散密布形式,实现用电信息采集的合理形式是先区域相对集中，再统一远传。根据相对集中的不同方式和通信技术手段,集抄终端将由不同的构成形式.可分为台区多功能终端（集中器)+载波表模式、台区多功能终端（集中器）+采集器+RS—485表模式、宽带载波台区多功能终端(集中器)+采集器+RS-485表模式三种典型用。台区多功能终端（集中器）+载波表模式某一配变台区安装有三相四线制多功能电表一只，200个居民用户安装有载波通信模块的载波电能表，一个低压三相一般工商业用户。台区多功能终端(集中器）+载波表典型用示意图对台区多功能终端(集中器)设置如下参数:配置1只台区总表、200只单相载波表，1只三相载波表地址信息到台区多功能终端(集中器）台区多功能终端(集中器）通过RS-485方式定时采集台区总表数据并存储台区多功能终端（集中器）通过电力线载波方式定时采集200只单相载波表信息并进行存储。台区多功能终端（集中器）参数可通过主站下传及本地维护端口（RS232/红外)进行设置。主站可通过远程信道实时点抄台区多功能终端(集中器)下任意表计。本模式采用低压电力线载波作为本地区域集中的通信信道，电能表自身具备载波通信能力，在配变下配置一台台区多功能终端（集中器），实现和载波表通信、数据收集集中并远程传输到主站的功能。对于距离过远或信号较弱的电能表可通过手动设置路由或自动获取路由的方式进行抄收.适应范围：适用于用户表计分散安装、用电类型对采集间隔及时效性要求不高的环境。适用于城乡结合部、农村地区.优缺点：以配变台区进行集中，不能跨越配变台区,能清晰表征配变和其下表计的关系.台区多功能终端（集中器）到电表，现场连接关系简洁，易于管理维护，对原有表计本身需要更换，成本相对较高。一次通信成功率达不到100％，需要多次重复采集才能获取全部数据，对于全面远程控制和远程预付费方式的实现和支持不够，采集数据可用于结算。台区多功能终端（集中器）+采集器+RS-485电表模式某一配变台区安装有三相四线制多功能电表一只,200个居民用户安装有RS-485电能表，表计集中安装在10个计量表箱内。台区多功能终端（集中器）+采集器+RS—485电表模式对台区多功能终端(集中器）及采集器设置如下参数：配置1只台区总表、200只单相485表地址信息到台区多功能终端（集中器）台区多功能终端（集中器）通过RS-485方式定时采集台区总表数据并存储采集器通过RS—485方式分别定时采集200只RS-485表计信息，简易型采集器不进行数据存储，基本型表计进行信息存储。台区多功能终端(集中器）通过电力线载波方式定时采集采集器内相关信息并进行存储.对于距离过远或信号较弱的采集器可通过手动设置路由或自动获取路由的方式进行抄收。台区多功能终端（集中器）参数可通过主站下传及本地维护端口（RS232/红外）进行设置。采集器信息可由主站通过台区多功能终端（集中器）进行设置也可通过本地维护端口进行设置。主站可通过远程信道实时点抄台区多功能终端(集中器）、采集器下任意表计。本模式采用低压电力线载波作为本地区域集中的通信信道,增加采集器环节，