0　引言

　　在电网监控系统(SCADA)中，除了遥测、遥信、遥控、遥调外，受电网商业化运行进程的影响，几乎所有的RTU都有电度量脉冲输入板，用于采送关口结算点的电度量。由于电子式电能表的进步，电表内许多有用的数据和信息已不能通过几个简单的脉冲口来传递，新型RTU上又增加用MO-BUS规约来采集电能表的更多信息。因为SCADA系统的目标取向主要考虑电网的安全监视和经济调度，对于电能结算，并没有周密细致的考虑和专门独到的设计。比较一致的认识是：SCADA系统的电度量数据，作为电网调度的参考可以，而作为结算的依据则远远缺乏应有的严谨性。因此，电能计费系统(TMS—TELEMETERING SYSTEM) 必然地从SCADA系统中分离出来。

1　使用RTU的优点

　　这里说的RTU是指TMS系统 中的RTU。如果电子式电能表具有串行通信接口，原理上厂站端可以不通过RTU而直接采集电能表。用RTU集中电能表的数据具有下列优点。
　　a. 目前厂站端的电能表还不完全是具有串行通信接口的电子式电能表。针对这种情况，RTU可设计成适合于一切电能表计的接入，只要表计具有一个简单的脉冲输出接口，即便是机械表计也没有问题。
　　b. 用户对计费系统的要求，已经不仅仅是多费率电能结算，还必须兼有考核和分析功能。因此光采集账单数据(BILLING DATA)是不够的，必须把每个测点的每个量的完整的负荷曲线(LOAD PROFILE)采集上来。在主站这边进行任意时间段的费率组合。如果不用RTU而用直接采集的方式，所有表计必须带负荷曲线功能；同时，如果由于不同原因要修改积分周期、费率时段等参数，主站必须对每块表有参数下载(DOWN LOAD)功能，否则只能由专业人员到现场将表逐块改过来。利用RTU可对一切不具有负荷曲线的表计通过采集制造出负荷曲线来，并可同时保存几种积分周期的负荷曲线，存于不同的缓冲区中。
　　c. 对于厂站端的许多复杂情况，比如说表计型号不同，物理串口和通信规约不同，安装点彼此相距甚远等等，有一个集中的单一的数据源会很方便，而RTU能做到这一点。通过面板显示，可以直接在RTU上读到所有数据，监视系统工况。另外RTU还可接受多个主站的访问。

2　RTU和电能表

　　最早用来远传电能值的是装有脉冲接口的机械表。由于机械表固有的特性，精度不可能做得很高。又由于机械运转部件的磨损，使用年限也很有限，而且须周期性地到现场校验其精度。
　　电子式电能表彻底地摒弃了FERRARIS(费拉里斯)原理，全部由电子元件构成静态测量机制，如使用HALL元件的DFS方式，用开关原理的PCM方式，以及直接用CPU控制的A/D转换方式。除测量模块外，还有一个功能完全独立的费率模块，电子表的许多智能化的功能都是由这个模块实现的，比如账单数据，是在内部时钟的控制下，由用户自己定义不同的费率时段，实现峰平谷分开计量；再一个是负荷曲线功能，用户定义一个积分周期，表计就会按这个积分周期(比如15 min)分段记下完整的负荷点数据，供进一步数据处理之用。早期的电子表，仅有脉冲输出接口，随着计算机技术的进步，逐步加进串行通信接口，但一般仍保留脉冲接口，以适应不同的用户环境。
　　对于RTU来说，它要尽可能适应各种不同表计的要求，因此设计了脉冲输入模块和串行通信模块。脉冲是一个物理信号，基本特征十分简单，因而普适性好，绝大部分表计都可直接接入，与表计的具体功能和型号没有太多的联系。唯一需要知道的一个参数就是所谓的脉冲当量R，即每个脉冲代表多少瓦时(Wh)。串行通信则完全是一个计算机通信的概念，必然涉及到规约(PROTOCOL)问题，不同公司的表计，会有不同的规约，因而RTU的串行通信模块，必须能更换不同的通信规约软件，才能与不同公司的表计通信。另外，表计型号是千差万别的，显然，设计一种各类表计都能满足的最低要求的采集方式是合理的。比如，有些表计有负荷曲线，有些则没有，那么就应该不管什么表计，通过采集来产生负荷曲线。这样，不管表计是否带有负荷曲线，RTU总能得到负荷曲线。由RTU产生负荷曲线可以免去与电能表对时。如果由RTU直接去读电能表(指有负荷曲线的电能表)内的负荷曲线，RTU就必须与电能表有同步时钟，因为读来的负荷曲线是带时标的，这个时标是电能表本身赋予的。
　　在主站直接采集电能表方式下，由于主站不可能对每块表在很短的周期内(比如1 min)去连续地读表来形成负荷曲线，只能直接去取电表内已形成的负荷曲线，这样，起码满足两个条件：一是电能表带负荷曲线；二是主站经常同步表计的时钟。

3　RTU种种

　　目前市场上各种类型TMS系统中的RTU，由于客户的不同需要导致了这些产品的出现，它与电能表的分界线，有时候不太容易区分。
　　 最早的RTU，仅能接受几路脉冲信号，在RTU内存成负荷曲线，再通过内置MODEM被主站取走。象这样的一点功能，现在已经被包含在表计本身的功能里面。比如兰吉尔的Z.C.表，澳大利亚的EDMI表，除了自己本身从测量单元得到负荷曲线以外，还可带2～4路外部脉冲，即所谓子母表方式。EDMI还可以在一块母表上通过光纤通信连接几十块子表，主站则通过母表建立与任一子表的通信链路，采集各子母表的数据。另一些RTU则直接读取表计的负荷曲线和账单数据，并周期性地更新，等待主站来访问。显然，这种方式一定要有从主站一直到表计的对时手段。
　　然而最典型的RTU，还是上面提到的，通过串口读取表底或通过脉冲输入形成负荷曲线的RTU，这类RTU不仅有很广的适应面，而且便于维护和实现当地功能。输入模块可以灵活配置，结构可大可小，适合于发电厂和大型变电站。

4　典型RTU结构

　　目前国内使用最多的，也是普适性较好的，可接入的数据量最多的RTU是兰吉尔公司的FAG这类RTU。它是一个多CPU结构，内部数据流程大体如图1所示。

图1　内部数据流程图

　　以下简述其各种功能。
4.1　数据采集
　　对于脉冲输入信号，RTU每100 ms就去查询一次脉冲输入口，如果已经定义了1，2，3级运算，则脉冲先进入运算模块处理，其结果送入当前分钟寄存器累加。当寄存器每秒钟累加一次，到满60 s时，当前分钟寄存器值送到上一分钟寄存器，当前寄存器清零，开始接受下一分钟脉冲输入。
　　若要采用串行通信方式采集具有串行通信接口的表计时，RTU每分钟冻结并读取表计一次，存入上一分钟寄存器后，在RTU内减去上一次读来的表底，形成的差值就是所要的这一分钟的负荷值。如果已经定义了4，5级运算，则这一分钟值就被送入4，5级运算模块进行处理，其结果再送当前积分周期寄存器。
4.2　运算功能
　　这里是指不同输入量之间的运算，对单个输入量进行倍比关系的运算称为匹配。比如，对一个量乘以一个分数形式的因子。由于实际采集是上百个量同时并行进行的，因而同时采入的某些量之间的关系，可以通过运算来求得。比如，双回线输电时，可能需要知道二回线合起来的电能值，就可以借助运算中的汇总功能实现。又如想简单了解一下全厂所有发电机的总发电量，可将所有发电机的有功或无功加在一起等等。
　　运算功能大致包括：
　　a. 汇总(多个量的累加)；
　　b. 加减乘除运算；
　　c. 视在电能运算；
　　d. 四象限无功运算。
4.3　积分操作
　　同脉冲值进入当前分钟寄存器进行累加相类似，积分操作就是将每分钟的值不断地累计入当前积分周期寄存器，最多可定义3个积分周期。比如60 min，15 min和5 min。当分钟值累加入积分周期寄存器时，不同周期的寄存器进行累加操作的次数是不同的。比如60 min周期要累加60次才形成一个数据，5 min周期则累加5次形成一个数据。当积分周期结束时，当前积分周期寄存器的值就被移入上一积分周期寄存器，当前寄存器清零，开始下一周期的操作。如果积分周期是1 min，则由于不再需要累积操作，上一分钟值就被直接移入上一积分周期寄存器。
4.4　存储和通信
　　来自上一积分周期寄存器的电能量，不断地进入RTU的通信缓冲区。通信缓冲区存放所有的输入量和中间运算结果。同一变量的数据并不覆盖，而是逐时往后放，不丢失一个数据。一直等到足够长的时间，数据把所有内存全占了以后，才按照先进先出的原则，最老的数据被新来者不断地挤出去。只要在这段时期主站已经来访问过，就不会有丢失数据的危险。存储周期的长短，与输入量个数，积分周期长度，积分周期数(最多3个)，以及内存容量形成一个函数关系。输入量越多，积分周期越短，存储的天数就越少。
　　可以开辟4个通信缓冲区，以备不同的主站访问。RTU最多可分别被4个主站访问，每个主站可以访问相同的通信缓冲区，也可以访问不同的通信缓冲区。如果要实现本地功能，实际上就是用一套小型的主站软件来访问某一个缓冲区而已，应用起来十分方便。
　　由于TMS系统本质上是一个及时系统而非实时系统，一般情况下，并不需要用专线通信来频繁地访问，只要在一个用户认为合适的周期内进行周期性访问即可。比如一天访问一次，一星期访问一次，或者一个月访问一次，可用自动进程模块实现自动的周期性访问。

5　趋势

　　TMS中RTU当初的设计，是考虑在电度表从机械表向电子表过渡的整个过程，都要能够最大限度地接纳所有的表计。然而随着电子表的普及和电子表性能的日益提高，用户已经不再满足于几条负荷曲线的简单信息，他们还要知道表计在现场的工况等电能数据以外的信息，这些信息通常包含在账单数据(BILLING DATA)的帧格式中。这样，同时要求在主站得到负荷曲线和账单数据的呼声在增高，因而在将来，计费系统的模式会分为两大趋势：一种仍然可适应四世同堂表计局面的RTU方式；另一种则是建立在表计全部电子化的基础上。这时的RTU不需要自己去完成电能采集的任务，它只是或者简单地把电能表所有的数据放入自己的内存，等待主站访问；或者仅仅在通信的级别上把各个电能表介绍给主站，让主站直接访问电能表。