基于配电区域信息系统管理的智能终端研究与应用

廖畅，陈晓，袁龙，张彦娇，陈怀蔺，王聃，孙若钒

（贵州电网有限责任公司贵安供电局，贵州贵安，550025）

1 绪论

参考文献[1-4]指出了传统配电领域管理信息系统的一系列问题。首先，数据不共享。变压器终端设备属于专业供电的信息采集设备，而集中器则属于专业电力营销的信息采集设备。这两个设备是独立的，所以采集的数据分别传输到各自的主站，使得数据融合无法实现。功能重复。由于变压器终端单元和集中器都安装在配电变压器旁，对交流电采样的数据采集是重复进行的。在同一领域拥有这样的两个设备是不明智的、不合理的，也是不经济的。操作的工作量很大，维护费用也很高。这两种设备都需要不时地进行检查和维护，自然会增加人工成本。因此，促进传统管理信息系统的核心功能是势在必行和不可避免的。

基于参考文献[5-7]的讨论，本文试图指出：信息融合对采集终端的必要性，并从操作要求、主站架构、智能终端、通信协议和安全保护等几个方面实施。集中器和变压器终端单元的功能被设计为通过一个组合设备来完成，该设备包含PC、物联网和通信的功能。这样一来，采购设备、运营和维护的成本就会降低，运营和维护的工作量也会减少。在业务方面，数据采集和处理可以更有效，边缘设备的实时数据共享可以更直接，从而可以更恰当地满足和支持业务应用的要求。

2 MIS的一般结构

2.1 MIS配置

基于智能终端的配电区域MIS包括云平台、主站、智能终端和感知器单元。主站包括配电自动化主站和营销自动化主站。感知器单元包括配电设备、传感器、用户设备和营销安装及设备等。智能终端包括三层：软件层、系统层和硬件层。具体来说，软件层包括配电容器和营销容器；系统层包括核心、驱动等；硬件层包括主控芯片、安全芯片、存储单元、通信单元等。基于智能终端的配电区域MIS的总体结构如图1所示。

图1 基于智能终端的配电区域MIS的总体结构图

2.2 通行模式

智能终端的通信范围包括远程和本地通信。智能终端的一般通信框架如图2所示。智能终端的通信接口要求如表1所示。

表1 智能终端的通信接口要求

RS485 传感器、智能电表、配电区域的无功补偿设备等的数据采集。 1200bps-9600bps外（可选） 本地设备 蓝牙4.0版本或更高/红外（可选）RS232 本地设备 9600bps-115200bps M-Bus 传感器、智能电表（水表、燃气表等）的数据采集 600bps-4800bps蓝牙/红

图2 智能终端的一般通信框架图

3 智能终端

3.1 集中器

集中器安装在低压配电变压器的低压侧（附近或任何方便的地方），是低压电力用户集中抄表系统的一种中心设备。它通过低压电力线载波与所有用户的电能表进行通讯，收集配电变压器下所有用户的电能表的数据，最后通过向下485通讯处理配电变压器下所有总表的数据。该集中器还具有线损计算、数据压缩、本地或远程软件在线升级等多种功能。总而言之，人们明智地将其应用于需要抄表的地方，例如，所有的电力公司、公共建筑和住宅区。

有三个RS485接口。一号RS485接口用于抄表，共可接入16个三相电能表；二号RS485接口可级联四个从属单元；三号RS485接口作为交叉采集维护端口。

160×160的汉字点阵液晶屏，保证显示浓缩器的工作状态、参数、事件信息和维护信息；通过按键或使用红外接口，可以对浓缩器的参数和维护信息进行设置和查询。

LED显示集中器的工作和通信状态，以及GPRS/CDMA模块的工作状态。

设计了实时电量显示、日/月冻结电量显示和读表冻结电量显示的收集；电能数据在保存时提供时间刻度。

实现了多样化的采集模式，支持实时采集、自动定时采集、自动附加采集等。

可提供交流模拟输入采集、状态量采集和直流模拟输入采集；（可选）。

保证核心用户的数据采集，以备在无法防止窃电时需要进行证据分析。

大容量的存储是有保证的。每个集中器管理不少于2000个电能表，包括16个RS485三相电能表。换句话说，它至少可以存储62个日冻结能量数据，24个月冻结功率数据，10个重点用户10天的整点能量数据，以及31天的普通变压器评估形式曲线数据。

它的存储容量可以保存最近500条事件记录，包括终端参数变化、读表故障、终端断电/通电、电能表的时钟误差等。

它具有主站和电能表之间的数据传输功能，或数据转发功能。

它有USB接口、以太网接口和维护用的RS-232接口，旨在进行数据备份、升级和维护。

（1）基本功能：集中器的基本功能包括数据采集、数据处理、参数配置、远程控制、数据传输、HPLC的网络管理、安全保护、操作维护。

数据采集：实现实时采集状态量和交流模拟量，不少于2000个感知器单元。

数据处理：实现数据冻结和数据统计等功能。对于可压缩的长数据信息，通过自我识别完成数据压缩和传输，从而减少系统通信的压力。

参数配置：通过主站实现以下一系列步骤。例如，设置和查询通信地址、群组地址、配置参数、通信参数，同时采集电子文件，确定终端的采集任务和采集方式等。

遥控：实现电能表的费率控制、分支开关的自动控制以及其他设备的遥控。

事件报告：实现自动判断和报告，并显示事件的记录状态。

数据传输：实现与多个主站的远程通信，或通过本地通信访问设备。

高效液相色谱仪的网络管理：通过本地高效液相色谱仪通信模块实现智能终端平台区域的网络拓扑识别。终端定期采集本地通信模块的路由信息，向主站报告或供查询，从而实现数据采集系统的各级网络管理功能。

安全保护：通过采用单一的安全芯片和统一的密钥，实现智能终端对电力信息采集系统主站和配电系统的安全接入。而物联网管理中心的建成，有助于智能终端建立对物联网管理中心的安全接入，保证了通信的安全性[8-14]。

运行维护：实现智能终端的自动识别模块，实现自检和自我诊断功能。一旦检测到终端配件和功能模型的异常运行，智能终端可以立即恢复并记录所有的异常信号。

（2）核心功能：集中器的核心功能包括平台区域的智能监控、电能质量分析、低压侧用电管理、无功补偿、分布式电源的信息采集和监控、多样化的负荷管理。

平台区智能监控：实现对XMJ和配电变压器的状态监控，对剩余电流保护装置和低压用户的用电信息进行监控和预警。

电能质量分析：实现对电能质量数据的实时监测和分析，包括电压和功率因素等。

低压侧用电管理。实现网络拓扑识别和监测、线损分析、平台区域和相位识别、停电快速分析和报告、电力线路老化趋势分析、监测电网电压质量和负荷波动；实现基于物联网的统一ID识别管理，实施从出厂测试到运行的全寿命周期管理，实现邻区节点和网络路径的信号强度和信息监测功能。实现低压配电网故障分析和故障救援的监测功能，分析电气、环境、状态等参数，对低压配电网的设备健康状况进行评估。

无功补偿：实现对无功补偿装置状态的监测，以便根据最新进展进行快速动态补偿。

分布式电源的信息采集和监测：实现对分布式电源从接入、运行、退出的监测和控制，保证电网运行的安全性和稳定性。

多元化的负荷管理：实时采集负荷、充电桩和储能设备的运行数据，通过调节和控制平台区域内充电桩的充放电活跃状态，实现有序的电力设施管理。

3.2 硬件架构

智能终端的硬件架构是由主控芯片、安全芯片、存储位置、通信模块和扩展功能模块等组成。智能终端的硬件结构如图3所示。

图3 智能终端的硬件结构图

3.3 软件要求

（1）操作系统：智能终端采用嵌入式操作系统，支持上层应用软件的独立开发和运行，并能与匹配的APP和底层硬件解耦。

流程管理功能：支持多流程管理、流程之间的通信和同步化以及流程调度。

内存管理功能：支持内存映射、页表管理、内存分配。

设备驱动的统一架构：支持不同类型的字符设备、块设备、网络设备等。

统一的系统内核：支持基本的和结构性的功能。

统一的系统调用界面：支持为用户提供最大的便利。

系统升级的功能：支持远程和本地版本升级，在升级过程中检查更新包的数据源是否合法和完整。

通用接口的功能模式：支持智能终端中参数和数据的存储、管理和读写。

系统状态查询：支持监控CPU利用率、内存利用率、磁盘空间利用率、所用端口等。

访问控制功能：支持系统用户的本地或远程访问权，授予执行的最低权限。

（2）容器。集中器支持对多个容器的管理，包括创建、启动、停止、删除等。不同容器之间的应用不应相互影响。集中器支持动态调整容器所需的CPU核数、内存、存储、接口等。集中器支持对容器的监控，包括容器重启、CPU使用、内存使用、存储资源超限等。在升级过程中，容器中的应用程序将自动停止运行。在升级过程中，容器中的应用程序会自动停止运行，升级后，应用程序会自动恢复运行。至少可以分配10个容器。

（3）应用程序（APP）：它与操作系统解耦，支持独立开发。它支持 “一个容器，一个应用程序 “模式的部署，以及相应的 “一个容器，多个应用程序”。它支持应用状态查询。支持异常检测功能，包括应用软件重启、CPU利用率超限、内存使用超限等。

4 结论

本文建立了一个基于智能终端的配电区域管理信息系统，以满足电力营销和配电的业务需求。实践证明，该系统解决了传统配区管理信息系统中存在的一系列问题，如缺乏非共享数据、功能重复、没有集中器造成的运行和维护工作量大等。