安防之家讯：[摘 要]本文结合国内电力负荷监控管理系统的发展和应用，阐述了无线电力负荷监控管理系统的组网方式，探讨了未来负荷监控管理系统组网方式以及其发展的方向。

[关键字]负荷监控 组网方式 中继站

1.引言
负荷管理系统就是一种集计算机技术、通信技术以及网络技术为一体的现代化用电信息采集分析系统，是电力行业提高现代化管理水平的一种重要手段。其前身称为负荷控制系统，是我国在20世纪90年代初开始发展的一种“限电到户”的技术手段。由于当时用电供需矛盾较为突出，尤其在夏季用电高峰时，为了保护供电线路的安全同时实现“限电不拉电路”而设计的一种产品。它可以对企事业单位的用电情况进行实时监控，编制不同的限电措施。在用电高峰时对用户的某一路或某几路供电开关进行跳闸，以达到降负荷的目的。该产品在20世纪90年代后期，随着城网改造的进行以及发电能力的提高，用电供需矛盾相对缓和，为了适应形势的变化，负荷控制系统逐步淡化了限电功能，而着重开发了如远方抄表、防窃电、电费催缴、小火电监控、负荷预测等实用化功能，从原来的“以控为主”逐步转化到了“以管为主”，其名称也由原来的“负荷控制系统”改为“负荷管理系统”。
负荷管理系统在其5、6年的发展过程中，主站系统结构和组网形式也从简到繁。特别是近两年，随着各供电局各种应用需求的不断涌现，以及现场环境的日趋复杂，使得对负荷管理系统组网方式的灵活性提出了更高的要求。不过目前计算机网络技术和信息技术的迅猛发展，几乎每一项需求都能找到一种或多种解决方案，只是我们还必须从整个负荷管理系统的角度考虑问题，根据实际情况选择一种最为经济、可靠、便于维护的方案并将它们整合到一起。

2.负荷管理系统基本组成及组网方式的概念
2.1负荷管理系统的基本构成
负荷管理系统主要由计算机设备、通信设备和终端设备三部分组成，其中计算机设备主要包括服务器、前置机、工作站以及网络设备，通信设备是指与终端进行数据交换所需的设备，主要由无线基站电台、馈线、高增益全向天线、有线MODEM和智能信道控制器等设备组成，而终端设备就是指安装在各企事业单位变电所的用于数据采集和命令执行机构，简称RTU。计算机设备和通信设备合在一起称为中心控制站，简称主站。
负荷管理系统的基本结构如图1所示:


2.2组网方式
在图1中我们可以看到负荷管理系统主站的计算机设备是通过快速以太网连接起来的，由于该网络规模小，范围只限于一个机房内，因此也可称为局域网。主站的通信设备是由前置机的串口控制的，每一串口可控制一个信道，该信道可以是无线的也可以是有线的，负荷管理系统主要是采用无线的方式与终端进行通信的，但对于个别距离较远或受地形影响而无法使用无线通信的终端可利用四通八达的公众电话网实现有线通信。那么什么是系统组网方式呢？整个系统中计算机设备之间的连接方式以及前置机与通信设备之间的连接方式就统称为系统组网方式。
现在大多数供电局负荷管理系统的组网方式就是一个基本的负荷管理系统组网模式，正如图1所显示的，所有的设备包括服务器、工作站、前置机、智能信道控制器和主站电台都放在同一个机房内。这种方式在当时的条件下已经能满足需要了，因为那时各供电局内部电脑网络建设尚不完善，而且负荷管理系统也无须向外发布任何数据，因此只需建立一个与外部隔绝的独立的以太网就可以了。而且由于办公条件的限制，前置机和主站电台只能放在同一个机房内，因此不存在任何组网上的问题。
随着电力信息化管理的需求，负荷管理系统主站需搬迁到局办公楼的机房，这样带来的问题是，如果将所有的主站设备都搬到新的机房，当然在系统运行上不会有任何问题，但是有一个比较棘手的问题就是传输通道问题: 主站电台是通过馈线（低损耗电缆）连接到楼顶的全向天线，如果将电台的位置搬到新机房，由于馈线的长度对无线信号的影响较为明显，馈线越长信号的衰减就越大，一般来说馈线长度不宜超过120米，而且80米以上就要使用进口馈线，进口馈线的成本很高，而且这种馈线使用的是铜管屏蔽层，因而非常坚硬，对于施工和今后的维护都很困难，一旦中间有屏蔽层折断将造成整根馈线的报废，为此主站电台最好仍旧放在原来的机房。
如果主站电台位置不动而要实现系统正常运行，那么按照传统的组网方式只有两种解决办法: 一是前置机的位置不动，这样就势必要使网络的传输距离延长，但是按照快速以太网的技术标准单根网线的最大长度为100米，超过这个距离就会造成网络信号监听的冲突，前置机不在新机房对日常的主站软件维护也带来不便; 二是将前置机放在新机房，这就势必要延长前置机串口到智能信道控制器的RS232信号的传输距离，但是根据RS232接口数据传输标准以及实际实验结果，在9.6K传输波特率和使用屏蔽电缆的情况下最长传输距离约为100米，超过这个距离就会产生严重误码。由此可见，使用传统的组网方式在复杂的应用环境下有着很大的局限性。
2.3组网方式的实现
负荷管理系统的新机房位于局办公大楼内，而原来的机房位于老楼的顶层，从新机房到老机房的直线距离约为300多米，实际布线距离为1000米，而且由于是在不同的两幢楼之间布线，因此有相当一段距离是要在室外布线的。
另外，目前各供电局的内部计算机网络已经建设得相当完善，从新机房可以直接连上局内网络，并且原来的老机房也有网络接入点。根据上述现场情况我们必须选择一种最为安全实用的组网解决方案。

3.两种可行的组网方案
3.1使用长线收发器


图2 使用长线收发器的组网方案
这种方案是使用长线收发器来达到延长RS232串口数据传输距离为目的。采用这种方案只需增加一对长线收发器，并在新机房和老机房之间铺设一条4芯以上的屏蔽电缆就可以实现。如图2所示。
这里使用的长线收发器体积非常小，可以直接插在电脑串口上，它能从电脑串口取电源，因此无须外接工作电源，使用非常方便。一对长线收发器之间使用4根电线连接，在传输9.6K波特率的RS232数据时通讯距离可以达到3千米以上。
负荷管理系统主站和终端的通话功能由于传输距离太远，无法使用话筒和扬声器，但可以通过局内电话实现，在老机房的智能信道控制器上接上局内电话线，在负荷管理新机房用电话拨通老机房的分机，听到振铃声后在主站软件中通话投入就可以与终端通话。
3.2使用串口服务器
这是一种较为独特的组网方式，所谓串口服务器其实并不是计算机，而是一种可以将串口设备直接连接到以太网的设备。不同型号的串口服务器可以提供1到16个串口连接和1个以太口连接。在我们的应用中提供一个串口就足够用了，但考虑到备用的需要，还是应该选用两个串口的串口服务器。这种组网方式的结构如图3所示:


图3 使用串口服务器的组网方案
在这种方案中，关键设备就是串口服务器，串口服务器的以太网口可以设定一个IP地址，在TCP/IP网络上的任何一台电脑，只要能PING通串口服务器的这个IP地址，就能将它的串口通过专用软件映射到本地，然后就可以像使用本机串口一样方便地使用串口服务器上的串口了。这种方案事实上是放弃了前置机的本地串口，而直接使用映射的远方串口，因而前置机本地串口将不再需要接线。主站与终端的通话功能的实现与前一种方案一样。
在我们的组网中，既然从新机房到老机房有局内网络直接连通，那么我们完全可以利用这个条件实现这种新颖而方便的组网方式。
3.3 最终组网方式的实现
上述两种组网方案都是可行的，但最终选择哪一个还是需要权衡利弊。第一种方案的优点是设置简单，改造投资较小，但是缺点也是显而易见的，首先布线距离达到1000米而且要跨两幢楼，室外走线将带来不安全因素，如容易受到雷击等因素影响而损坏前置机或主站电台。第二种方案的优点是不用任何布线，直接利用现有局内计算机网络实现串口数据传输，非常灵活方便，而且由于放弃了前置机本地串口的使用，使得机柜的布线变得更简洁美观，其缺点是，首先要实现这种组网方式就要将负荷管理系统的局域网连上局内网络，对负荷管理局域网的安全不利，但完全可以通过加设防火墙来加强网络的安全。其次这种方案的的可靠性依赖于局内网络的可靠运行。
经方案的论证采取的组网方式为: 将串口服务器、主站电台和智能信道控制器放在老机房，将串口服务器的以太网口连上局内网络，其串口直接连接到智能信道控制器的RS232信号输入口，然后在新机房将负荷管理局域网通过病毒防火墙连到局内网络，在前置机上安装专用驱动软件将远在老机房的串口服务器的串口映射到本地串口，这样利用标准的负荷管理软件就能实现原主站的所有功能。另外在老机房专门申请了一个内线电话号码，将电话线插入智能信道控制器的电话接口上，这样在新机房用内线电话就可以实现主站与终端的通话功能。

4.使用串口服务器组网方式的进一步应用
利用串口服务器的组网方式非常简便灵活，因此它的应用还不止在主站的通讯组网上，在中继站的组建中也可以发挥很大的作用。
4.1 传统的中继站模式
传统的中继站主要有无线中继、光纤中继、微波中继等形式。其中无线中继的实现原理是: 中继站先将主站发送的无线信号接收，然后再通过另一套电台发送给中继用户，同样中继用户的上传信号也通过它接收后转发到主站。这种中继方式势必需要两套电台分别执行无线信号的接收和发送任务，并且为了提高可靠性一般还需要配备两套备用电台，也就是说一个无线中继站至少需要4套电台，因此无线中继的投资比较大。另外由于信号通过了两次无线传输过程，受到干扰的可能性也大为增强。
光纤中继和微波中继的实现原理是: 主站前置机把串口发出的数据信号通过光纤通道或微波通道直接传输到中继站，然后通过电台发送给中继用户，而中继用户的上传信号由中继站电台接收后也通过光纤或微波通道传回主站。这两种中继方式与无线中继相比由于只需用两套基站电台，因此投资较小，并且由于主站和中继站之间信号通过专用的数据通道传输，减少了受干扰的机会。可见在有条件的情况下应该尽量使用光纤中继和微波中继。
4.2 串口服务器在中继站的应用
各供电局负荷管理系统基于扩容的需要，拟建设一个中继站，中继站的站址选定在地区变电站附近，从局内到该变电站有光纤通道。但问题是该路光纤通道的主要用途是连接计算机网络，因此只配备了光端机和网络交换机，而实现光纤中继所需的通道是必须依赖于光纤复用设备的，所以我们无法直接使用传统的光纤中继模式。
最简单可行的解决方案就是使用串口服务器，由于局内计算机网络和地区变电站的网络是连通的，因此在鄂尔多斯电业局的负荷管理主站一定能PING通在地区变电站内计算机的IP地址，这样在地区变附近建设中继站时只需添加一台串口服务器到网络上，然后在主站的前置机上将该串口服务器的串口映射到本地，就能实现对中继站的信号传输。对于中继用户的通话功能同样可以通过局内电话实现，在地区变专门为中继站申请一路局内电话，将电话线接在中继站的智能信道控制器的电话接口上，通过拨通该电话再通话投入的方法实现与中继用户的通话功能。
那么整个供电局负荷管理系统组网的结构如图4所示:


图4 鄂尔多斯电业局负荷管理系统组网结构图

正是利用了这种非传统的通讯组网方式，各供电局负荷管理系统在较为复杂的现场环境条件下依托四通八达的局内计算机网络非常轻松简便地实现了系统组网，实现全部系统功能，达到了电力负荷监控管理的目的。

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