电能量远程计量通信

1 通信
2.1 通信媒介
在电能量远程计量及综合应用环境中一般可采用有线、无线。有线方式中有公用电话网、局内载波电话网、电力载波、专用线缆、光纤等；无线方式中有微波、数字微波、专用数传电台、GSM移动通信网络等。
在以上的几种通信方式中，对于变电站和发电厂的电能量采集常采用的是公用电话网、局内载波电话网、电力载波、光纤等通信媒介。
在配电电能量采集时常利用公用电话网和GSM移动通信网来进行通信。
2.2 通信方式
2.2.1 拨号通信方式
在利用公用电话网、局内载波电话网都要采用拨号方式。在主站端和厂站端都配备有拨号MODEM 。因为电能量远程计量及综合应用环境对数据的传输的实时性要求不是很高，所以在主站端无须每一个厂站对应一条线路。而是一条线路可对应多个厂站端，通过轮循的方式抄收站端数据。
在早期的国产电能量远程计量及综合应用环境中，厂站端也一般采用商用MODEM。但这种MODEM不适用于变电站等工业环境中。因此往往在工作一段时间后，由于电磁干扰，会使MODEM的工作状态发生变化，产生不响应的情况。必须重新上电复位后才能工作。并且一般没有防雷击措施，容易发生故障。
该通信方式是实现起来比较容易，尤其是变电站和发电厂，一般都有电话线路，无须另外铺设线路，系统造价低、节省投资。
该方式的缺点是线路通信质量比较差，尤其是局内载波系统，损耗较大，群时延特性较差，影响数据的准确传输，会发生通信中断的情况。在利用公用电话网时，每月都需一定的运营费用。
2.2.2 专线通信方式
专线方式一般是通过电力载波、数字微波、光纤等媒介实现的。
利用电力载波通信时，一般是采用一路话音信道。主站端与厂站端都配备有音频MODEM。在发送端首先将数据调制成音频信号，经过话音频道发送到接收端，接收端的MODEM再将携带有数据的音频信号进行解调，恢复出数据信息。因为在电力载波通信中，一般分上行信道和下行信道，因此通信方式一般为4线全双工方式。
在利用数字微波进行数据通信时，因为数字微波直接提供串行接口，所以主站端和厂站端都不需调制解调器，系统的串行数据接口可直接接到数字微波的数据接口。为了避免通信系统与电能量远程计量及综合应用环境之间的相互影响和保护系统串行口不受损坏，一般在计费系统和通信系统之间加装光耦隔离装置，一般采用的是具有隔离作用的长线收发器。
光纤通信系统与数字微波一样一般也提供串行数据通道。电能量采集装置与主站之间的通信也无须调制解调器。直接将数据接口正确连接即可。
利用专用通道进行电能量采集装置与主站的通信，其优点是通信可靠。一般专用线路的通道通信质量稳定，通信可靠性较高。在有富裕信道的情况下，首先应考率采用这种通信方式。缺点是占用信道资源，在信道资源紧张的情况下，不能够提供专用通道。而针对计费系统铺设专用信道也是不可能、不现实的。所以通信的实现尽可能利用已有的通信信道。
2.2.3 利用GPRS虚拟专用数据网
公用GSM/GPRS数据网适用于大区域、监控点分布广且实时性要求高的工业自动化应用领域。公用配变数据终端在监测密度上要求不高，在通讯实时性上要求比较高，数据量较大，采用公用GSM/GPRS数据网通讯在保证数据采集可靠传输的基础上有利于控制基建投资规模，更好的利用公用GSM/GPRS网在地域上的分布特点，并能在运行费用与站点数量上保持较高的性价比。各公用配变数据终端通过GPRS方式接入移动公司的基站，移动公司通过专用路由器与电力公司的网络相连，并设置从GGSN到电力公司路由器的GRE隧道，采用DDN专线接入。
采用虚拟网方式GPRS通信则可以实现与终端的并行通信，便于站端规模的扩展，缺点主要体现在目前的运行费用稍高。
2.2.4 网络通信方式
随着电力数据通信网的建设，采集终端与主站的通信可采用网络通信方式。
在以上几种通信方式中，目前最常见的是拨号通信方式和专用线路通信方式。
2.3 通信规约
对于国内研制的电能量计费系统，电能量远方终端与主站的通信一般采用DL/T 719-2000（等同采用IEC60870-5-102）。电能量远方终端与电能表的串行通信一般采用DLT 645规约。对于P102规约，各个生产厂家由于对规约的理解不同，实现起来有所差异。所以在不同厂家接入时，需做相应的修改。下面简要介绍P102规约。
电能量采集装置与主站的通信规约应采用DL/T 719 –2000 《远动设备及系统 第5部分：传输规约 第102篇：电力系统电能累计量传输配套标准》。该标准等同采用IEC60870-5-102 配套标准。
IEC60870-5-102即电力系统电能累计量配套标准，对物理层、链路层、应用层、用户进程作了许多具体的规定和定义。制定此配套标准的目的是为了适应电力市场，满足电量计费系统的传输电能累计量的需要，并使电力系统中传输电能累计量的数据终端之间达到互换和互操作的目的。
本标准中使用的参考模型源出于开放式互联的 ISO-OSI  7层参考模型。
由于远动系统在有限的传输带宽下要求特别短的反应时间，故本标准采用增强性能结构模型，这种模型仅用三层结构，即物理层、链路层、应用层。如表所示：

应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
链路层
物理层
应用层

链路层
物理层

在102传输规约中用到了三种帧格式：可变帧长帧格式，固定帧长帧格式，单个字符。如下表所示：
E5

启动字符68H
L
L
启动字符68H
C
A
A
链路用户数据
校验和
结束字符16H
启动字符68H
C
A
A
校验和
结束字符16H

可变帧长帧格式用于主站（控制站）向电能量远方终端传输数据，或由电能量远方终端向主站传输数据；固定帧长帧格式用于电能量远方终端向主站（控制站）传输确认的帧，或主站（控制站）向电能量远方终端传输询问帧；单个字符E5H用于电能量远方终端向主站（控制站）传输确认帧。
102规约中为了使数据能够正确传输，采用以下校验措施：
字符的偶校验，校验两个启动字符、两个帧长是否一致、接受字符数L+6、帧校验、结束字符，若检验出一处错误，此帧数据无效。并校验空闲间隔。多重的校验措施，能够保证接收端正确接收电能量数据。
在102规约中定义了如下采集终端向主站传送的数据类型：
计帐（计费）电能累计量，每个量为四个八位位组
计帐（计费）电能累计量，每个量为三个八位位组
计帐（计费）电能累计量，每个量为二个八位位组
周期复位计帐（计费）电能累计量，每个量为四个八位位组
周期复位计帐（计费）电能累计量，每个量为三个八位位组
周期复位计帐（计费）电能累计量，每个量为二个八位位组
运行电能累计量，每个量为四个八位位组
运行电能累计量，每个量为三个八位位组
运行电能累计量，每个量为二个八位位组
周期复位运行电能累计量，每个量为四个八位位组
周期复位运行电能累计量，每个量为三个八位位组
周期复位运行电能累计量，每个量为二个八位位组
在如上的数据类型中，经常用到的是：
计帐（计费）电能累计量，每个量为四个八位位组；
周期复位计帐（计费）电能累计量，每个量为四个八位位组；
运行电能累计量，每个量为四个八位位组；
周期复位运行电能累计量，每个量为四个八位位组
电能累计量就是我们常说的帐单数据或表码值，周期复位电能累计量就是增量值。所谓计帐电能累计量是用于计费用的电能量数据，而运行电能累计量是用于运行监测、考核的电能量数据。在目前运行的电能量采集系统中，一般不区分计帐电能量数据和运行电能量数据，在传输中，一般都作为计费电能量数据。并且每个量都选用四个八位位组。因此，最常用到的数据类型为‘计帐（计费）电能累计量，每个量为四个八位位组’和‘周期复位计帐（计费）电能累计量，每个量为四个八位位组’。
在前面已经介绍过，当电能表计不能存储增量数据时，采集终端最好不要只采集、存储和传送增量数据，避免因某一点的数据差错、漏失而使以后的数据都不准确。当采集、存储和传送表码值时将会避免此类错误的产生和传递。因此最好是采集、存储和传送电能表的表码值。
102规约详细的定义了物理层接口类型、链路层的帧格式和链路控制、应用层服务方式。能够满足电能量远方终端和主站之间电能量数据传输的要求。

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