王雪峰
内蒙古电力集团有限责任公司鄂尔多斯电业局鄂托克供电分局 内蒙古鄂尔多斯 017000
摘要：随着电力市场建设加速推进，市场化用户对数据采集的及时性与稳定性提出了较高的要求，尤其现货市场建立以后，市场对装置的采集性能要求越来越高，市场交易时刻的数据准确性是市场交易的关键因素，不准确、不及时均会引起投诉与纠纷，严重的时候会引起售电用户出现亏损或倒闭。传统的计量自动化终端已经不能满足现在电力现货市场电量结算要求，在实时性和稳定性等方面都存在诸多不足之处。为了提高电力企业电费实时性结算水平，需要对传统计量自动化终端技术进行改进。研制一种高稳定型计量自动化终端与多通道、冷热双设备，利用现代通信技术和计算机技术以及电能测量技术结合在一起，才能够技术、准确、全面地反映电量使用。
关键词：计量自动化终端；模块化设计；高精度计量；双卡单待
伴随电网规模的拓展，我国电网的信息化程度更高，用户的电能需求越来越大，这在一定程度上加重了现行终端运行的压力。传统的电能剂量装置及现场校验工作已经难以满足现代化的管理要求，所以电能计量自动化系统的应用尤为重要。
1高可靠高稳定计量自动化终端总体设计
1.1总体目标
自动化终端总体目标是开发一种面向市场化交易的、针对售电用户的高密度采集、高稳定性计量自动化终端，包括对元器件检测标准、整机检测标准，同时，研究终端与电表状态健康自检测技术，实现运维自动化。高密度采集高稳定计量自动化终端包括：（1）通过自动化终端技术方案优化，提高终端的运行稳定性，并保证终端可执行高频度采集需求；（2）通过增加技术标准以及技术检测手段更好地评估终端日常运行稳定性；（3）增加终端以太网、远程模块双卡双网在线备份通道，增强终端远程在线可靠性。主站系统软件支持新增协议的数据召测、参数设置与读取、报文解析等，实现终端性能评估结果图形化显示。
1.2技术难点
1.2.1自诊断评估模型
实现对终端影响因素进行权重赋值，根据自身运行状态进行采集、监测，并根据评价标准对设备运行状态进行状态分级。该评估模型的设计需要综合考虑设备稳定性状态、正常运行标准、故障发生次数等综合因素。
1.2.2网络多通道切换和同时在线模式
目前，计量自动化采集终端基本都使用单通道方式，当该通道出现异常，极易导致设备长时间离线。需要设计多信道备份在线模式，同时兼容目前采集系统的采集方式，提高设备信道可靠性，进而保证数据传输稳定性。目前行业内无相关产品和技术可参考，需要重新设计规划。
1.2.3测试元器件及整机稳定性
针对关键元器件的各项核心指标制定相应的测试手段，从根源处验证设备硬件性能和使用寿命。测试自动化采集终端的性能指标，需要基于设备实际应用环境、使用寿命要求、造价成本等综合因素考虑。
1.2.4系统主站的开发和建设
系统主站开发和建设包括数据召测、参数设置与读取、报文解析、数据储存和分析，WEB浏览服务、终端性能评估结果图形化显示等。
2高可靠高稳定计量自动化终端关键技术
2.1交流电模拟量信号技术
自动化终端对交流电压和电流采集精度要求达到0.2级，且满足高可靠高稳定计量功能和保护功能，其关键技术是对采样器件的电压、电流信号进行模数转换。因此，需选用合适精度的电流互感器，以及合适的AD采集转换电路，同时需要对ADC芯片提供的采集数据进行选型，以满足应用业务需求。
主要核心技术：ADC的精度、功耗、抗干扰性、一致性及稳定性。从硬件设计考虑，需关注模拟量信号在送入到ADC芯片时，需滤除干扰的同时保证信号不发生失真和相移，且能保证交流19次谐波不受影响。
2.2电源管理技术
2.2.1超级电容充放电管理技术
终端要求采用超级电容作为后备电源，要求在交流电掉电后，能够支持终端与主站通信。对此，需设计一套合理电路，既能满足供电需求，又不会占用较多AC供电电源对超级电容的充电功率，且能够最大限度利用超级电容的储能。主要表现为以下几个方面指标：1）系统电源供电电流设计；2）系统电路工作电流设计；3）超级电容容量与工作电流和时间对应关系；4）超级电容充电电流大小与充电时间关系；5）超级电容充电安全防护设计
2.2.2备用电源管理技术
采用纯光伏板能源电池供电；太阳能电池板将光照能量转换为电能，通过充电控制电路充电至储能电池储电。输出12V电源通过辅助端子给终端正常工作提供电能。备用电源设计主要考虑以下几方面设计：1）光伏系统供电及电池供电防反接设计；2）光伏供电系统升压、降压电路设计；3）电池充放电电流检测和电压检测；4）电池充电电压判断设计，防止电池过度充电设计。
2.3模块化设计技术
采用模块化设计方式，模块功能的独立性和接口的一致性，使模块更加专业化和深入，可以不断通过升级自身性能来提高产品的整体性能和可靠性，而不会影响到产品其他模块。以提高产品的独立性、互换性和通用性。计量部分采用模块化设计，计量模块可单独更换升级；当计量出现故障时，可用单独的计量模块进行更换，保持计量的正常运行，提高其适用性，可做到即插即用的目的。
2.4终端基本功能
高可靠高稳定计量自动化终端基本功能包括：（1）双卡单待、GPS/北斗定位：提高网络可靠性、稳定性，实现终端精准定位；（2）双485抄表：实现双485通道抄表、485通道自动切换、波特率自适应，规避485线路故障；（3）终端性能评估：采用可配置权重评分的边缘计算算法，科学评估现场终端运行情况；（4）现场故障检测：现场故障自检测、处理、分级上报，包括上行主站通讯状态，下行抄表状态、计量状态、时钟异常、存储器异常、电池异常等；（5）大数据采集：实现高频度数据采集、存储、上报；（6）数据备份：实现终端参数、数据备份，防止数据丢失；（7）高精度计量：实现终端计量功能等级0.2级；（8）面向市场化交易：支持面向市场化交易的高密度采集、高稳定性计量要求，实现对高稳定三相电能表的精确周期冻结曲线数据采集；（9）上行通信信道：终端标配1个RJ45接口，与主站之间的数据传输通道采用无线公网（2G/3G/4G/5G等）、双卡单待模块（支持北斗及GPS定位）、以太网等；（10）下行通信信道：终端下行通信采用RS485总线、本地微功率无线等方式；（11）存储：终端存储采用大容量NandFlash，存储数据保存至少10年；（12）安全性：终端采用国家密码管理局认可的硬件安全模块实现数据的加解密。
3结语
本文高可靠高稳定计量自动化终端采用工业级ARM9高速处理器与高精度电能计量器件等核心部件组成，采用了模块化设计、接口可灵活配置升级；显示模块化设计充分考虑其稳定性及防护性，可实现独立模块的更换升级做到即插即用；整机设计提升了电磁兼容及可靠性设计，确保终端运行安全可靠；采用双485抄表提高了抄表稳定性；采用双卡单待及双在线技术，提高了网络可靠性与稳定性；采用终端现场故障检测及终端定位功能，降低了维护成本，提升了维护效率；采用高密度数据采集满足市场化需求；采用0.2级计量提高了终端计量准确性；综合终端运行历史数据，评估现场性能，及时掌握设备性能指标。利用现代通信技术和计算机技术以及电能力测量技术结合到一起，才能够及时、准确、全面的反应电量使用，更好的满足客户需求。
参考文献
[1]周彬，李铮.电力营销中电能计量自动化系统的应用研究[J].通讯世界，2018（5）：149-150.
[2]许晓仙.电能计量自动化系统在电力营销中的应用成效探究[J].中国新技术新产品，2017（9）：105-106.