用电信息采集系统多模集中器研究

马林 李峰 郭庆瑞 王旭 国网新疆电力公司电力科学研究院

用电信息采集系统多模集中器研究

马林 李峰 郭庆瑞 王旭 国网新疆电力公司电力科学研究院

用电信息采集系统是智能电网的重要组成部分。本文通过讨论现有的集中器存在的问题，提出一种融合多种通信模式、适应性强的多模集中器，在上行通道包含了GPRS、光纤通信、3G无线专网、3G无线公网、4G无线公网、4G无线专网等现有的通信模式，在下行通道包含了低压窄带PLC、低压宽带PLC、无线传感网络和RS485等通信模式。

用电信息采集系统 多模集中器

开展支持多模通信的新型集中器研究可以提高我国用电信息采集设备的技术水平，对我国用电信息采集及智能电网的建设具有一定的促进意义。

1 多模集中器研究分析

1.1 多模集中器研究的必要性

(1)因各个不同的业务对通信有不同的需求，所以单一的通信模式无法满足各种通信业务。

(2)因各种原因通信出现故障，单一的通信模式一旦遭到破环，没有备用模式作为补充，会造成用电信息采集成功率的严重下降。

(3)随着新兴业务的发展，对通信带宽可靠性要求更高。

因此，采用多模集中器，充分利用各个通信模式的优点有利于提高采集成功率以及为未来新兴业务的发展提供保障。

1.2 多模集中器的总体结构

多模集中器的总体结构图，其中包括核心板用于完成所有的数据采集、控制、数据通信、及协调其它智能模块工作的功能；还有电源模块、时钟电路模块、接口模块、状态指示模块、液晶显示模块以及上下行通信模块。

2 多模集中器硬件功能模块设计

2.1 核心板

由于ARM微处理器存在很多优点，所以本文选用ARM处理器作为核心处理器。同时由于有很多芯片生产厂家，从应用的角度出发，在选择ARM微处理器时所应考虑的主要问题有:应具有较大容量的存储器；应具有充足的片上资源，能满足多模通信的功能及扩展需求；应具较快的处理速度；同时具有较强的抗干扰能力。

因此传统的单片机已经不能满足系统功能设计要求，应该选择以ARM芯片作为核心处理器。

2.2 电源模块

电源模块由高可靠性的开关电源为各模块提供所需的电源。将三相四线交流电源通过电源板的整流电路和稳压芯片分别输出5V和12V的直流电源，将这些电压变换后供给各个集中器的模块，除此外，系统设计锂电池作为备用电源，在外部停电的条件下供电。因为各个模块需要不同的电压，所以需将电源转换为不同幅值的电压。

2.3 时钟电路模块

主控单元模块的时钟电路管理着集中器当前的运行时间、抄表时间、冻结时间、冻结日期等与时钟有关的参数。

时钟电路设计主要考虑的因素包括时钟的准确性、时钟的电源管理及芯片的成本。

2.4 状态指示模块

对于各个通信模块可将其分为电源灯、T/R灯、NET灯。

电源灯为红色，模块上时电灯亮；模块失电时灯灭。

T/R灯为模块通信指示灯，红灯闪烁时表示接收数据，绿等闪烁是表示发送数据。

NET灯为网络状态指示灯，是绿色，当使用该通信模块进行通信是NET灯亮。

2.5 液晶显示模块

按照国家电网公司企业标准：

（1）顶层为状态栏显示当前所采用的通信方式、信号强度、异常告警等；

（2）主界面显示电压、电流、功率因素和通信信号强度等内容；

（3）底层显示多模集中器的运行状态，如正在进行的任务等；

3 主要软件功能模块设计方案

3.1 软件系统设计要求

软件系统在设计时应满足以下几点要求：

（1）软件系统需要满足用电信息采集系统集中器的相关规定，满足电力用户的相关需求。

（2）软件系统应具有可扩展性。

（3）软件系统具有安全性。

（4）软件设计简单易用。具有经济实用性。

3.2 主要功能模块

3.2.1 存储处理模块

存储模块首先判断要执行的操作是否有效，如果是无效操作，则继续进行等待接收的操作，如果为有效操作，再判断是读操作还是写操作。如果是写操作文件以读写方式打开，如果是读操作，文件以只读方式打开，最后进行相应的操作。

3.2.2 液晶处理模块

液晶处理模块主要有参数处理功能负责参数查询和参数设计；数据处理功能负责数据查询和数据召测；轮显功能负责参数轮显和数据轮显；用户权限功能包括管理员权限、巡检员权限和维护人员权限。

液晶见面初始化为首界面，在有按键出发时，进行相应的操作，在没有按键出发时界面进行轮显，有按键触发时中断轮显。

3.2.3 通信模块

通信模块包含本地通信模块和远程通信模块：本地通信模块包括低压窄带电力线载波、低压宽带电力线载波、RS485几种模式;远程通信模块包括GPRS、3G公网、3G专网、4G、光纤通信几种模式。

同时，多模集中器应根据当前的网络状态及所要执行的通信业务来动态的切换通信模式，以提高不同环境和不同业务下通信的稳定性和可靠性。

4 总结

本文介绍了多模集中器的硬件模块和软件模块。据此可以在以下方面做进一步的研究，来更好的提高多模集中器的性能：

（1）对于远程通信模式和本地通信模式的选择，除了通过根据业务需求外，应当加入实地考察的内容，如当地的地理环境，当前的网络状态等。

（2）用于集中器的生产厂家众多，应探索研究使得不同生产厂家生产的集中器具有很好的兼容性。

[1]DL/T 645-2007,多功能电能表通信协议[S].北京:国家电网公司，2009.

[2]王达.电力用户用电信息采集系统的集中器研制[D].中国科学院大学,2013.