基于4G DTU无线通信的配电监控系统方案

基于4G DTU无线通信的配电监控系统方案
      配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备，其运行数据是整个配电网基础数据的重要组成部分。因此，对其运行参数与状态进行监测是必要的。本文讨论利用4G 作为通信手段，建立配电变压器监测系统。  在配电变压器监控系统的通信中，可以采用数传电台、GSM短消息、光纤接入等方式。数传电台的优势是除了每年的频点费以外，平时运行*额外费用；缺点是受地形、气候的影响较大，造成系统的可靠性、实时性较差，无法主动上报。GSM短消息方式可以实现主动上报；缺点是按条收费，运行费用高，而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定可靠，但是施工成本投入大、扩展性差、设备维护方面不方便。而4G通信则避免了以上问题。 　 
     4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。
工具/原料
监控终端（该监测系统采用的配电综合监测仪是根据电力需求侧管理技术要求和配变负荷监测相关标准设计、制造的一种高科技产品。)
数据传输终端(采用厦门才茂CM510-72F  4G DTU)
监控中心主站
系统结构
    配电变压器综合管理系统的开发目标是建立一个安全可靠，能提供各种高级服务，并有为应用程序的执行和实施提供较强功能的开放式平台和运行在该平台的多个相对独立的应用子系统组成的系统，成为一个符合配电系统现代化管理要求的,分布式，开放式，模块化，可扩充的配电变压器综合管理系统。基础平台除提供基本的硬件技术和操作系统内核外，还提供诸如数据库系统、信息传递、人机界面、实时环境应用程序等基础服务。基于基础平台之上的各应用子系统包括：配电变压器管理，线损管理，自动抄表，VQC功能，谐波数据，购电量管理，数据查询，自动报表，图表和与其他系统的接口等。这些子系统之间在开放系统结构（OSA）基础上实现**的横向和纵向集成，形成一个完整的配电变压器综合管理信息系统。
一、4G配电变压器监控系统的网络架构如下图所示，系统分为四个部分，分别是监控中心主站、网络代理服务器、4G数据传输终端、监控终端设备。主站主要完成人机交互工作；网络代理服务器主要负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转；4G数据传输终端完成信息的上送与下发；监控终端设备主要完成数字量与模拟量的采集。
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     本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTELNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务，出于安全性考虑，监控中心主站在局域网中，不直接连在INTERNET网上，通过网络代理服务器来负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转。
　4G数据传输终端上电后，它会根据预先设定在其内部的IP地址或者是域名来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控中心建立TCP/IP链路。监 控中心主站本身维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过4G数据传输终端把数据发到网络代理服务器端口，通过端口影射转发到监控中心主站，即完成了一个应答式的通讯流程。
以上方式是通过Internet实现的，这样用户的实现成本比较低。如需要高可靠性数据传输。中国联通为这种应用提供了直接接入4G网络的方式。监控中心主站通过专线方式直接接入4G基站，并获得一个固定的IP地址。监测点数据*路由到Internet网络，监测点DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用这种方式组成点对多点网络具有实时性好、安全性高的特点，但接入费用相对较高。
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监控中心主站
主站系统较里面层为操作系统及系统软件。*二层为系统支持软件层，包括数据库系统、电力系统模型、数据采集和传输。电力系统模型主要指电力系统设备对象化及网络拓扑；数据库系统分运行库、基础库、标准库和历史库四部分；数据采集和传输就是将各种数据从不同的终端根据各种通讯协议采集过来，但并不进行处理，再通过网络分发给需要这些数据的系统。*三层为基础应用层，将采集过来的数据经过各种处理，通过GUI界面显示给用户。*四层为高级应用层，它所产生的数据主要是供电力系统进一步管理和决策用。
上位软件主要完成以下功能： 
　（1）配电变压器SCADA系统 变压器运行监控，变压器异常情况监控，数据的分析、处理和存盘，RTU的参数设置及状态显示。既能获得配电网运行的基本信息，又为功能扩充提供很好的基础。  
 （2）自动抄表系统 根据设定的时间自动抄录配电变压器和用户的电度数。并具有电表异常告警，跟踪抄表记录和操作记录等辅助功能。 　
（3）用户购电量管理 对于信誉比较差的用户，通过系统对它进行先购电后供电，并在使用电量达到某些比例时进行警告。 　
（4）线损管理 主要是台区线损管理和线路线损管理。 　
（5）配电设备管理 主要是配电线路和配电变压器等设备的管理。 　
（6）终端错误智能识别 终端错误分为通讯恢复，通讯中断（某一终端连续三次召测不到），终端无线错误（一天连续十次召测不到），无线中断（连续有三十个终端召测不到）。 　
（7）负荷预测 通过计算主站和分站所有台区的总有功功率总加值来初步预测下一阶段的负荷情况。 　
（8）电容器投切 根据电压和功率因数就地进行调节，调节时考虑时间因素和投切次数。在就地调节失灵的情况下能够远方监视和远方控制。如果终端无调节投切功能，系统能够远方计算后控制电容器投切。 　
（9）终端操作 可以远方读取或者设置终端的参数，如变压器的整定参数等。可设置开关合闸，开关分闸。可读取或设置VQC参数。 
（10）与营销系统数据库的接口 能方便地为营销系统提供数据源。 　
（11）采集谐波数据 通过系统能够采集用户的各次谐波含量。 
（12）用户窃电管理 增加用户电量与功率转换为电量的比较，通过设置比例系数，来进行警告，比如当有功功率产生而电量不动时，则产生警告。
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结论
1实现我国中低压配电网自动化，是提高供电质量、用电可靠性和提高电力企业自身水平的需要,4G作为一种新的通讯手段，应用在配电自动化中有很多优点, 基于4G通信的配电变压器综合管理系统是一个比较有应用前景的实现方案。