县级电网智能电能计量系统.doc

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设计原则和目标1. 设计原则1) 数据集中及共享原则以统一的数据采集和管理平台，建立电量数据采集中心，以先进的技术措施，确保数据中心数据的完整性和各类数据的同时性，系统根据电力营销和电力生产业务的需要特点，建立一个通用的标准化的数据平台，以统一的数据接口，面向电力市场营销业务和为生产管理的数据使用者提供服务，方便相关业务部门和数据处理系统实现数据共享。2) 可靠性和稳定性优先的原则由于电力系统的技术特点，系统的可靠性应该放在第一位。在考虑技术先进性和开放性的同时，还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，确保系统运行的可靠和稳定，达到最大的平均无故障时间，使每个故障点对整个系统的影响尽可能的小，并提供快速的故障恢复手段以及数据备份手段，以保证数据的安全和系统的正常运行。为此要求系统提供多级的安全措施，提供冗余和备份手段，提供系统自我诊断和维护工具。3) 先进性和实用性相结合的原则系统将用户的实用放在重要位置上，其中包括操作方便，流程简洁，维护容易，界面美观等主要方面。 系统设计既要采用先进的概念、技术和方法，又要注意结构、设备、工具的相对成熟，不但能反映当今的先进技术，而且具有发展潜力，能保证在未来十年内占主导地位，并能顺利的过渡到下一代。在注重先进性的同时，系统建设也应该贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持实用、经济的原则，尽可能做到建设、应用、收效和发展顺畅进行。4) 开放性原则为了满足系统所选用的技术和设备的运行能力、系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需求，必须追求系统的开放性。所谓“开放性”，即所采用的标准和规范，即在遵循统一的国际标准和工业标准的前提下，允许用不同厂商的产品来相互替代，这种替代包括整个系统和组成部件。为此要求采用标准的软件平台和系统，采用标准的计算机设备，采用规范的网络结构，并遵守相关的接口标准。5) 可扩展性原则随着技术进步及电力体制改革深化，该系统在规模和应用上都会有很大的发展和变化，为了保证投资效益，系统的体系结构设计和功能设计必须有很好的可扩展性，为业务的变化和未来的发展留出足够的扩展空间。6) 易维护性原则系统须具备良好的可维护性，如系统运行工况监测、远程升级工具等，在投入正式运行后，维护成本较低。7) 安全性原则系统的安全对于电力行业来说是至关重要的，因此在系统设计中，要充分考虑到系统的安全性，防止非授权用户的侵入和机密信息的泄漏。2、建设目标统一规约、统一数据库、统一数据采集，建设业务范围覆盖厂站、大用户、公变台区和居民低压各类计量点的一体化电能量计量智能化系统。支持厂站终端、专变终端、公变终端和低压集中器的接入，实现购电侧、供电侧、售电侧三个环节的基础应用功能以及综合分析应用功能，为营销系统应用及其它系统应用提供数据支持。二、 总体设计1、物理架构物理架构说明：1) 系统物理结构由采集对象、通信信道、系统主站等三部分组成，其中系统主站部分单独组网。2) 采集对象指安装在现场的采集终端（厂站终端、专变终端、台区终端、低压集中器）及计量设备。3) 通信信道是指系统主站与采集终端的通信信道，主要包括GPRS、CDMA、PSTN、ADSL、拨号以及光纤专网等。主站网络主要由数据库服务器、前置采集服务器、WEB/应用服务器、工作站以及相关的网络设备组成。2、软件架构电能量计量智能化系统包括厂站遥测系统、大客户负荷管理系统、配变计量监测系统和低压集抄系统四个子系统。如下图所示：电能量计量智能化系统采用分层的开发设计模式，分为前置机通讯层、数据处理层、应用分析层。各层分别实现独立的功能，最大程度减小了各个功能模块之间的耦合，使得日后的系统维护更加容易。3、系统通道设计为了实现设备之间的信息交换，采用两级通道完成功能。1) 第一级通道（上行通道）终端集中器与主站之间的远程通道终端/集中器至主站的通信部分采用模块化设计，当需要更改远程通道时，不需要更换集中器设备，只需更换通信模块。目前，上传通道主要采用情况如下： 关口终端：通常可以采用TCP/IP网络、四线专线拨号或PSTN电话拨号等方式进行通讯。 大用户终端/配变终端/低压集中器：通常可以采用GPRS、CDMA等方式。2) 第二级通道终端/集中器与采集器、电能表之间的本地通道本地通道网络中通信部分也是采用模块化设计，具有通用的编程接口和电气物理接口。在采集器、单相电能表、三相电能表中，可根据所选的通信方式不同装配对应的标准通讯模块。目前，本地通道组网主要采用：RS485、载波方式、短距离无线方式或者混合方式。三、 主站系统功能1、数据采集1.1采集方式系统支持定时和随时抄录远方数据，支持自动补抄和手工补抄，保证数据的完整性。对采集任务进行统一调度管理和优先级控制。同时监视和管理通信资源，实现负载均衡和互为备用。可按定制的计量点类型、采集项目、采集周期进行数据采集、并可定制存储方式。1） 定时自动采集：按设定时间间隔自动采集终端数据，自动采集方案的采集时间、采集项目及采集周期可设置，最小采集间隔为15分钟。当定时自动数据采集失败时，主站有自动及人工补抄功能，保证数据的完整性。2） 随机召测数据：能人工随机召测关口、大用户、台区总表及低压居民计量点数据，如出现事件告警时，随机召测与事件相关的重要数据，供事件分析用。1.2采集策略1) 系统支持多种通讯方式方式，如光纤网络（以太网、专线）、电话拨号（包括专线）、GPRS/CDMA等；支持大用户、配变、低压、关口变电站等规约。2) 可对采集任务进行统一调度管理和优先级控制。3) 能对电能量远方终端进行远程诊断及数据下载。4) 通过数据网采集的厂站，其采集的周期为1560分钟（可调），通过拨号采集的厂站，其周期可根据用户的要求方便地设置，一般为15分钟24小时（可调）。主站在一个采集周期内能将所有的电能表的信息采集一遍。最小采集周期可根据用情况灵活调整。5) 在一个采集周期内，若某个终端或某个电表的数据采集不到，主站系统能自动再次进行召唤，重复召唤的次数可由用户定义。若仍采不到，能在事件记录中记录，并以直观的形式显示报警信息，通知值班人员检查原因，进行人工召唤。当主站与某个电能表通信中断一旦恢复后，主站能以自动召唤的方式，获取中断期间的全部电能量数据，并保证数据的完整性和连续性。6) 支持表计异常、电网运行状态变化等事件以及现场终端故障能及时主动上报。7) 支持手持智能抄表方式（低压集抄系统）。手持抄表终端通过红外、485现场读取电表数据，再通过手持终端的GPRS远程与主站交换数据或者通过USB接口交互数据，这种抄表方式可作为补充，增加系统了覆盖范围。1.3采集功能1）负荷数据采集主站每日定时自动巡测各终端的总有功功率、无功功率等数据，生成日、月负荷曲线，功率最大/最小值及出现时间、最大需量及出现时间等。巡测时间、内容、对象可设置，最小巡测时间为15分钟。2）电能量数据采集主站每日定时自动巡测各终端的冻结有/无功电能量和分时电能量，生成总加有功及无功电能量和分时电能量曲线。巡测时间、内容、对象可设置，最小巡测时间为15分钟。3）电能质量监测主站定期或随机巡测各电能质量监测点的电压、功率因数等数据，进行电能质量统计分析。4）抄表数据 主站每日定时自动巡测或随机召测终端抄收的电表实时数据、冻结数据等。2、大用户负荷管理由于篇幅有限，本文仅介绍智能计量系统的大用户负荷管理模块。2.1数据查询 表码查询该功能实现表码数据的查询。对不同数据来源的数据可以在页面上通过设置不同的字体颜色进行数据的区分，便于用户对数据的辩识。 电量查询该功能实现电量数据的查询。对不同数据来源的数据可以在页面上通过设置不同的字体颜色进行数据的区分，便于用户对数据的辩识。 瞬时量查询实现用户对瞬时量（有功功率、无功功率、电流、电压、功率因数）的数据的查询。数据的显示有图形和表格两种方式来进行显示。对不同来源的数据可以通过不同的字体颜色进行数据的标识。 极值查询该功能主要是实现计量点的日、月极值数据的查询。 最大需量查询该功能主要是实现最大需量数据的查询。2.2抄表结算抄表结算是电能计量智能化应用中的重要环节，在该系统中通过数据采集模块进行自动的远程抄表，获取结算所需的数据（冻结值和表码），结算数据在系统经过修补核对，并由主管专责进行审核后，提交给营销系统由营销系统进行结算。由于电能计量智能化系统不涉及具体与客户的用电结算，结算功能在营销系统中完成，审核后的数据通过webservice接口方式提供给营销系统。2.3负荷控制 系统在解除保电状态下，可以通过直接遥控终端用户，实现远方拉合闸；或预先设置功率定值、电量定值、月购电量等分别实现功率控制、月电量控制、购电量控制。 遥控功能是配电运行管理系统中的一个重要组成部分，通过终端实现对用户被控开关的控制。 功率控制是系统负荷控制功能最重要的组成部分，包括1）临时功率控制；2）定值功率控制两大功能。其中控制流程主要是由终端完成，主站设置和下载负荷控制的所有相关参数。 电量控制也是系统负荷控制功能的重要组成部分，包括1）月电量控制；2）购电量控制两大功能。其中控制流程主要是由终端完成，主站设置和下载电量控制的所有相关参数。2.4用户用电统计分析 实现对大客户计量点的整点、日、月电量统计计算 实现大客户用电情况基准时间与设定时间的对比分析，多个用户两个时间点进行电量对比。单个用户进行两个任意时间段电量对比，列表显示对比结果，可以清晰的分析时间段中，每个时间点之间电量差异 用电异常分析，实现大客户用电情况变化率情况与对比分析，查询异常电量使用结果，同时在日志记录表中记录操作日志 全局曲线分析，实现对全局负荷变化情况的更加直观的反映 行业用电分析，实现对各个行业的用电情况进行统计 报警查询分析，实现对终端、表计等报警信息的查询和浏览，以便及时发现现场的情况并进行处理2.5供电质量分析 电压合格率分析该功能实现电压合格率的查询，是针对电压质量进行查询，根据操作人员设置的查询条件可以查询符合条件的电压质量分析结果。对不同数据来源的数据可以在页面上通过设置不同的字体颜色进行数据的区分，便于用户对数据的辩识。 三相不平衡率分析该功能用于查看指定对象指定时间段的三相不平衡率数据。 负载率分析根据计量点查询出负载率分析。数据可以通过图形和列表两种方式来进行数据的显示。 功率因数分析该功能应用于查看选定对象指定时间功率因数数据。四、 系统的运行和维护1、缺数查询及补抄实现对表计缺数查询与数据补抄。通过对日、月冻结数据缺数查询，进行按采集进度、按固定时间两种方式进行数据补抄。缺数查询结果可以直接通过点击EXCEL按钮直接导出形成报表。2、换表管理该功能主要是实现低压客户换表记录管理（增、删、改）与查询。实现换表记录的查询、录入操作，记录换表的时间，以及换表时刻新旧表计的表码。后台计算自动计算出换表后该表计的计量，同时在日志记录表中记录操作日志。3、换CT管理该功能主要是实现低压客户换CT记录管理（增、删、改）与查询。实现换CT记录的查询、录入操作，记录换CT的表计和换CT的时间，以及换CT时刻该表计的表码。后台计算自动计算出换CT后该表计的计量，同时在日志记录表中记录操作日志。4、人工植数该功能实现人工手动输入用电用户表码、电量数据等相关信息，分为表码补录和电量追补两类。5、手动计算通过手动添加计算任务，实现统计分析数据的重新计算，包括计算台区线损、用户用电量等。6、工况监测1）终端运行工况监测a采集成功率该功能主要是实现查询终端的采集成功率相关信息。b数据完整率该功能可以对包括关口、大用户、台区总表和低压居民用户的计量点进行统计，根据表计数据项的采集密度，统计出该表计的数据完整性。c采集进度查询可以查询到各表计各数据项的采集进度,也可以做统计查询，得到各终端的采集最早数据时间和采集最晚数据时间。d终端在线情况显示终端当前在线情况、查看指定月份终端上线率情况，还包括匿名终端登陆相关信息。2）操作监测系统自动记录操作员的各种重要操作（参数下发、控制下发、增删终端、增删电表、增删交采、终端采集方案等）的时间、内容、结果等信息，并能在值班日志内自动显示或对历史日志进行自定义查询。7、终端对时 系统具有与标准时钟对时的功能，并支持从其它系统获取标准时间。 主站可以对系统内全部终端进行广播对时或批量对时，也可以对单个终端进行对时。 主站可以对时钟误差5s的电能表进行远程校时，包括广播对时和特定电表对时，采用的是终端时间。8、终端管理1）终端运行参数管理系统可以手动增加与修改计量点档案、终端档案、终端配置参数、终端运行参数、终端运行状态。2）远程修改与配置终端参数系统可以对终端各类参数进行远程配置与修改，可对上线终端的所有参数进行随时召测与下发。3）远程维护系统可以远程向终端下发参数、硬件复位命令，使终端参数自动复位或重启；系统可以对终端远程精确对时与绝对对时。五、 系统特点1、一体化设计电能量计量智能化系统包括厂站遥测系统、大客户负荷管理系统、配变计量监测系统和低压集抄系统四个子系统。各个子系统不是独立存在的，相互之间都有联系。四个子系统的数据通过平台在各服务器之间流转，最终保存在同一个数据库中。2、“一库两平台”设计电能量计量智能化系统采用“一库两平台”的设计方式，如下图所示。“一库”指通过一个数据库完成各个子系统采集数据的存储管理；“两平台”指的是“系统实时运行监控平台”和“系统数据应用管理平台”，系统通过这两个平台实现终端设备管理、抄表、线损分析、负荷分析、配变运行监测和报表查询等各项功能。3、分层设计电能量计量智能化系统采用分层的开发设计模式，分为前置机通讯层、数据处理层、应用分析层，如下图所示。各层分别实现独立的功能，最大程度减小了各个功能模块之间的耦合，使得日后的系统维护更加容易。4.接口设计在“一库两平台”的思想上，建立统一存储数据平台，系统可支持多种数据共享方式，将大用户数据、配电台区应用数据、小水电应用数据、居民集抄数据整合到统一的数据中心，提供向GIS系统、营销系统、客户服务系统的数据输出接口。六、 效益分析本系统建设和应用将为客户带来了直接和间接的经济效益和社会效益，主要将在以下几点体现出来：1、 电力调度中心及各供电分公司根据系统的关口各计量点实时及历史数据，提高了负荷预测及线损预测的准确性。2、 由于系统实现了电网各电压等级的计量点自动采集，当个别计量点因计量设备故障或因电网改造造成计量点无法计量时，可通过其它计量点较准确估算出故障计量点故障其间的电量，解决了以前因计量点设备故障而造成的电量估算误差较大的问题。满足了线损分析人员对线损分析相关电量数据同时性的要求。3、 根据实时采集的系统变电所母线不平衡及主变损失率，能够及时发现各相关计量点设备故障，减少了因计量点设备故障对电量统计造成的偏差，使相关计量点电量得到及时追补。4、 通过按线分析，结合线损理论计算，可以及时发现了送电线路由于所带负荷重、线径不合理造成损失大的问题，及时为公司提出了线路改造建议，从而优化电网结构。5、 通过每日分析大用户的用电情况，有效防止了用户窃电的发生，在夏季和冬季高峰负荷时，部分农电变电所及大工业用户需要限电，通过系统对有关用户的用电曲线监测，保证限电任务的完成。6、 利用线损系统配变线损监测功能，实行台区电量监测，达到打击窃电的目的。7、 利用线损系统配变线损监测功能，实行台区负荷监测，达到经济运行的目的。由于配电台区负荷变化较大，各供电分公司利用已经安装的配电台区采集装置，监测配电台区负荷变化情况，使得配电台区管理更趋于科学化。8、 通过对配电台区变压器负载率、电流三线不平衡率以及电压合格率的分析，合理调整投运变压器容量，合理规划电网结构，提高能源利用率，为配合发展节约型社会的国家倡议做出实际的行动。9、 远程自动抄表逐渐取代人工抄表，将大大节约人工抄