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1、基于 Mobitex 和 PLC 技术的电力营销管理系统设计_营销管理_企业管理0 0 引引 言言为了提高电力营销管理水平，电力部门需要采用自动抄表技术组建电力营 销管理系统，实时监测、计算分析电量参数。由于电力系统设备分布点多、面 广，单一通信模式不可能完全满足自动抄表需求，目前主要趋势是无线和有线 方式结合。无线通信网络的信号覆盖范围大、施工方便，但信号有盲点、无线 调制解调器价格高，需要采用 PLC 载波通信等有线方式作为补充，从而提供整 个系统的可行性、实用性和性价比。目前，电力自动抄表系统采用的无线方式 包括：230 MHz 数传电台、GSM 短信通信、GPRS 公网通信、Mobit
2、ex 无线数据专 网通信等。传统 230 MHz 数传电台受频点资源和主站所带最大电台数量的限制， 而且速率低；GSM 短信通信的时延不定、实时性差：采用 GPRS 公网进行数据通 信存在着信息安全性问题：而 Mobitex 无线数据专网，专注于高度可靠性、短 时间突发数据的实时通信，以专网专用的方式，完全满足电力系统远程无线自 动抄表的需求。Mobitex 是由爱立信等多家公司联合为企业数据采集通信而研制开发的无 线窄带蜂窝网络技术，在我国拥有合法的 800 M 频段。本文以鞍山供电公司科 技项目为基础，探讨在鞍山市铁东区初步建立以 Mobitex 通信技术为主、PLC 载波通信技术为辅的电
3、力营销管理系统。该系统覆盖鞍山市供电公司铁东分公 司四个 66 kV 变电站所属 10 kV 供电区域内 1200 个变压器，以及路灯、商户和 部分居民用户，系统通过对采集的实时信息进行计算分析，实现电能量管理和 线损管理，研究和分析配电台区三相不平衡问题，降低线损，同时可以为生产 及营销系统提供具有多种业务通信平台的功能，促进企业管理水平的提升。1 1 电力营销管理系统设计电力营销管理系统设计据统计，在鞍山市超过 20的低压线路存在不平衡度指标超标问题，配电 台区没有实现集中式自动化管理，而且 2006 年 18 月份，鞍山供电公司商业 用户、机关户、非普工业等用户共 188680 户，用电
4、量 171706 万 kWh，占售电 量的 19.2，电费 8.99 亿元，占总电费的 20.2，亟需加强对上述用户的管 理。因此，建立电力营销管理系统，实现配电台区的集中式自动化管理，有利 于电力系统的安全经济运行、增强配电台区、商户和居民用电的管理透明度， 便于管理人员掌握真实准确的电量数据，及时分析问题和解决问题，有效地降 低线损和防止窃电行为的发生。鞍山市电力营销管理系统作为一项科技项目，预计系统完工之后，通过采 用合理技术措施，理论计算后预测可有效降低配电台区线损 0.2，年损失电 量减少 400 万 kwh，增加电费收入约 200 万元，很好实现对配电台区信息实时 监测和集中式自动
5、化管理，提高企业电力营销管理水平。因此，在设计、研发 和施工中需要着重研究和解决如下问题：1)Mobitex 无线数据专网基站的架设，天线角度的测量和优化，采取必要 避雷和防雷措施，现场无线信号强度的测量和分析；基站选址时，考虑到铁东 区地处鞍山市中心，城区面积 35.58 平方公里，而 Mobitex 基站城区覆盖半径 8 公里，根据蜂窝网的频率复用原则，在鞍山架设 4 台基站，信号覆盖范围和 信号强度满足要求。2)Mobitex 电能量管理终端(即：Mobitex 无线抄表器)和 PLC 载波抄表终端 的研制，Mobitex 电能量管理终端内置 Mobitex 无线调制解调器和 PLC 载
6、波抄 表集中器，通过无线网络与中心站通讯，接收中心站下发的控制指令，通过电 力线载波控制载波抄表终端，接受载波抄表终端上传的居民电表的电量数据。 载波抄表终端安装在居民电表附近，通过电力线与载波抄表集中器通讯，接收 载波抄表集中器下发的控制指令，通过 RS485 接口或脉冲接口，定时自动抄取 居民电表电量数据，并通过电力线载波数据通讯方式向上传给三相载波抄表集 中器。3)建立电力营销管理中心，包括 Mobitex 无线网络管理中心和电力营销应 用软件管理中心。Mobitex 网管中心对整个网络进行配置、操作和控制，可远 程配置和管理网络设备，统计网络报警和通讯等信息。电力系统应用软件管理 中心
7、负责处理和管理电能量管理终端上传的实时电量数据，整体上对配电网进 行监控，分析配电网的运行状态，实现线损分析、用电管理等功能，同时可与 SCADA、MIS 等其它系统交换信息，实现数据共享。电力营销应用软件针对电力 行业特点，采用先进的计算机软件编程技术开发的专业电力组态软件，具有实 用、专业、美观的人机界面，强大的图形、报表、曲线棒图、统计分析、事 件报警记录等功能。4)通信服务器 CS(Communication Server)软件和电力营销应用软件的研制 和开发。由于工程选取线路多、终端数量大，为了保障系统运行效率和可靠性， 工程采用基站通过以太网交换机与中心站服务器有线连接，而基站和电
8、能量管 理终端之间采用无线连接，电能量管理终端和 PLC 载波抄表终端之间通过低压 电力线连接，考虑到无线网络和有线网络协议的不同，中心站需要配备交换机 和通信服务器。通信服务器设计应符合 Mobitex 网络传输特点、满足电力系统 需求，依托 Mobitex 网络和以太网软硬件设施进行自主研发，很好地协调远程 终端和中心站之间的数据传输、控制和管理。电力营销应用软件处理原始数据 基于变压器 380 V 低压侧，通过换算取得高压侧数据，进而对高压侧三相不平 衡度、电压合格率和线损等指标进行评估。5)电力营销管理系统通信规约的研究和制定。1.11.1 电力营销管理系统结构电力营销管理系统结构基于
9、 Mobitex 和 PLC 载波技术的电力营销管理系统中心站设有 Mobitex 网 络管理服务器、电力营销应用软件服务器、通信服务器、以太网交换机等设备， 外部连接基站、电能量管理终端、PLC 载波抄表终端等设备，系统结构如图 1 所示。图 1 电力营销管理系统结构在图 1 中，电能量管理终端通过内置的 Mobitex 无线调制解调器与 Mobitex 基站通信，而中心站的各种服务器(包括 Mobitex 网管服务器、通信服 务器、电力营销应用管理软件服务器等)以 TCMP 方式与以太网交换机相连，使 得 Mobitex 协议包可以在 IP 网络畅通无阻，保证现有应用服务器系统运用于 Mo
10、bitex 网络环境。各类终端采集的数据经过打包，发送到 Mobitex 基站，经 过交换到达通信服务器，由通信服务器处理后进入数据库，经过电力营销应用 管理软件的统计、分析和计算，最终以图表等形式提交给最终用户，供后者决 策、调度之用，同时，营销管理中心发布的各类监控和调度指令以相反的过程， 通过 Mobitex 网络到达终端，执行相应的数据采集等控制。网络中终端和 Mobitex 基站之间采用无线连接，而各个基站通过交换机连 接，基站与交换机连接可采用电话网络、以太网网络等方式，考虑到电力系统 网络实际情况，基站与交换机连接采用以太网网络连接、遵循以太网 TCMP 协议， 经济、方便、快捷
11、地利用电力系统现有资源。在以太网接入方式中，只需配置 一台路由器，路由器至少有一个以太网接口，用于连接交换机，一个 X25 接 口用于连接基站。连接形式如图 2 所示。图 2 基站和交换机之间连接图1.21.2 通信服务器通信服务器Mobitex 作为电力营销管理系统数据采集的无线网络通信平台，需要将终 端采集到的数据以无线方式传送到中心站，供中心站工作人员进行数据的统计、 计算和分析，实现过对远程终端的控制和管理，实时监控电网的运行状态。为 了更好地发挥 Mobitex 网络优势，提高传输速率、增强网络安全性，实现智能 化网络管理，需要设计一款符合 Mobitex 网络传输特点、满足电力系统
12、需求的 通信服务器，从而很好地协调远程终端和中心站之间的数据传输、控制和管理。 因此，在分析和掌握现有网络通信产品的技术优点的基础上，提出了通信服务 器的概念模型，并依托 Mobitex 网络和以太网软硬件设施，进行了自主研发。 通信服务器采用 TCP/IP 协议，通过以太网连接数据库、中心站和 Mobitex 网络， 是整个系统的通信枢纽。1.2.11.2.1 实时数据采集功能实时数据采集功能通信服务器最主要的功能是完成数据的实时采集任务，及时更新数据库中 的数据，与电能量管理终端内的数据保持同步。1)上行链路终端至通信服务器数据流程现场终端设备将采集到的数据 (遵守制定的电力营销管理系统通
13、信规约)通过 Mob 他 x 无线网络发送到基站， 基站接收数据并通过 MPAK(Mobitex packet)协议转发给以太网交换机，交换机 根据 MPAK 包中目的地址中的 MAN(Mobitex Address Number)号，将 MPAK 包重 新封装为 MDoT(MPAKDatagram Over TCP，IP)包，并通过以太网发送到通信服 务器，通信服务器解析后重新得到 MPAK 包，并提取 MP：AK 包中的采集数据存 储到数据库，中心站应用管理软件根据需要读取数据库里的相关数据，通过计 算、分析生成直观的数据、图表和曲线等。2)下行链路通信服务器至终端数据流程中心站下发指令后
14、，通信服务 器检测到通信要求，通信服务器检测终端编码和终端 MAN 号的对应关系，查找 在线终端的 MAN 号，看是否有指定的要通信的终端；如果指定的终端在线，通 信服务器通过交换机将用户发出的命令或其它通信要求传递给终端，终端解析 MPAK 包中的数据指令后产生动作。1.2.21.2.2 协议转换与传输协议转换与传输数据通信的关键是协议，以太网交换机将 MPAK 封装为 MDOT 并通过以太网 将数据发送到通信服务器，通信服务器通过 T朋 P 协议接收来自交换机的数 据包，拆封数据包得到数据，存储到数据库为中心站分析管理软件提供透明的 数据服务；交换机通过 TCP 仃 P 协议接收来自通信服
15、务器通的管理指令，并将 其封装成 MPAK 包，发送到无线终端，无线终端取出制定规约数据执行相应操作。1.2.31.2.3 数据存储、维护和备份数据存储、维护和备份通信服务器和数据库通信，将采集到的数据存储到数据库，为中心站系统 工作人员能分时段、分日、分月、分年进行电能统计和计算，生成各种报表提供安全可靠的数据源。通信服务器不但能够把数据存储到数据库中，而且能够 备份关键数据，发生灾难时能够将数据恢复。1.2.41.2.4 流量控制、故障报警和处理流量控制、故障报警和处理通信服务器通过监视终端和网络状态，能够实时处理终端故障和控制网络 流量，调整数据采集时问间隔，保障终端和网络安全、可靠的工
16、作。1.2.51.2.5 安全控制安全控制根据行业客户的要求，可以在通信服务器上加装 RAD 砌 S 服务器，为中心 站分析管理软件提供 AAA 认证和 IP 绑定功能。1.31.3 中心站中心站中心站是整个系统监控和管理的核心，实现 Mobitex 网络的管理，并采用 电力系统应用软件处理和管理电能量管理终端上传的实时电量数据，对整个配 电网络进行有效监控和管理，明确配电网的运行状态。1.3.11.3.1 MobitexMobitex 网络管理中心网络管理中心Mobitex 网络网管中心对整个无线网络进行配置、操作和控制，可远程配 置和管理网络的各部分设备，统计网络报警、通讯等信息。网管服务器又分为 服务器端和客户端，分别采用 Solaries 9 和 OpenVMS 操作系统。1.3.21.3.2 电力营销应用软件管理中心电力营销应用软件管理中心电力系统应用软件管理中心负责处理和管理电能量管理终端上传的实时电 量数据，采用电力营销应用软件分析和评估配电网的三相不平衡度、用电情况 和线损等指标。1)1)电力营销应用软件指标电力营销应
