（电力系统及其自动化专业论文）地县一体化的电能量采集系统的研究与设计.pdf

浙江大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n d d e s i g no f m u n i c i p a l - c o u n t yi n t e g r a t i o ne n e r g y a c q u i s t i o ns y s t e m a b s t r a c t ：t h i st e x tc o l l e c t st h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o na c t u a l i t yo fe n e r g y a c q u i s t i o ns y s t e m ，c o m b i n i n gt h e c o n s t r u c t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e v e l o p p i n g d i r e c t i o no ft h e s y s t e m ，p u t s f o r w a r dt h es o l u t i o no ft h ec o n s t r u c t i o nf o r m u n i c i p a l - c o u n t yi n t e g r a t i o ne n e r g ya c q u i s t i o ns y s t e m t h ea r t i c l ec o m b i n e st h em a i nd i r e c t i o ns u c ha si n t e g r a t i o n ，s t a n d a r d i z a t i o n ，f l o w p r o c e s s ，p r a c t i c a b i l i t y , b a s i n go nt h ec o o p e r a t i v ew o r ke n v i r o n m e n to f h a r d w a r ea n d s o f t w a r ep l a t f o r m ，c a r r i e so u tt h ec o o p e r a t i v ew o r ko fm u n i c i p a l - c o u n t yd a t a a c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g b u i l t st h es t a n d a r db o t t o mp l a t f o r ma c c o r d i n gt oc i m ， s a t i s f e st h ee f f i c i e n t l ys a v i n gd e m a n do fag r e a td e a lo fd a t a ，a n da c c o m p l i s h e st h e b u i l d i n ga n dm a i n t e n a n c ea u t o m a t i c a l l yo f v a r i o u ss t a t i s t i c so b j e c t sa n dr e p o r t s i nt h e b a s i co ft h ed a t ac o l l e c t i n g ，o b t a i n i n ga n dp r i c e s s i n gr e l i a b l y , i n e x t e n s oa n da c c u r a t e l y , t h i sa r t i c l ec a r r i e so u tu n i f i e d l yad a t as h a r ep l a t f o r m ，s u p p o r t sm a n yt r a n s v e r s ea n d l e n g t h w a y ss y s t e m s i n t e r f a c e t od e l i v e ra n dr e c e i v ed a t a t h e ni n o s c u l a t i n gt h e r u n n i n ga n dm a i n t e n a n c es y s t e m ，t h i sa r t i c l ei m p l e m e n t st h ep r o c e s s e do p e r a t i o na n d t r a c kf o rv a r i o u sb u s i n e s sp r o c e s ss u c h 弱c h a n g i n gm e t e r , c h a n g i n gc te t c i n a d d i t i o nt ov a r i o u sb a s i ca p p l i c a t i o n ，t h i sa r t i c l ec a r r i e so u tv a r i o u sa p p l i c a t i o nw h i c h c a nf rc o m m e n d a b l ys e r i e so fs y s t e ma n dp o l i c y , s a t i s f yw i t ha l lk e yc u s t o m e r s d e m a n d ，a n ds u p p o r ts o m ed i r e c t i o n sa p p l i c a t i o ne x p a n d k e y w o r d s ：m u n i c i p a l - c o u n t yi n t e g r a t i o n ； e n e r g ya c q u i s i t i o n ；i n t e g r a t i o n ； s t a n d a r d i z a t i o n ；f l o wp r o c e s s ；p r a c t i c a b i l i t y i i 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 电能量采集系统简介 电能量采集系统主要为发电、供电及用电企业提供完善的电能量数据采集和 应用平台，该系统依靠先进的网络技术、数据库技术、存储技术、w e b 技术和面 向对象技术，对所辖变电站、电厂、考核及计量关口电能量数据进行完整、准确、 及时、同步的采集，同时进行电能量数据的各种统计、计算和分析，实现电能量 数据的各种应用和分析，以提供从层次化、流程化的数据管理、应用和考核机制。 该系统建立了对电网商业化运作的真实、准确、全面、及时的反应机制，为全电 网的生产、经营、管理和决策提供科学、可靠的依据，可较好地满足电力市场持 续发展的需要。 系统整体组成结构如图1 1 所示，主要由四部分组成，即电能表、专用电能 量采集终端、电能量采集系统主站、主站与终端通道等。系统的建设完全替代了 前期的人工抄表，不但提高了抄表的准确性、完整性、及时性和同步性，而且实 现了电能表计的准实时监测；不但实现了电能量采集、平衡统计、关口结算等常 规应用，而且方便与其他系统进行数据共享和高级应用开发，尤其为线损统计与 分析提供了可靠的数据来源。 图卜1电能量采集系统组成结构图 浙江大学硕士学位论文 1 2 电能量采集系统的特点及现状 1 2 1 系统的特点 电能量采集系统起步于上世纪末，经过1 0 多年的快速发展，现已经成功解 决了采集终端存储空间与拨号通信速率、主站系统数据处理效率和存储效率等问 题，现运行的电能量专用采集终端己完全能满足所有变电站所有表计所需数据的 同步采集和存储，新一代的主站系统能胜任不同等级、不同规模的调度电能量采 集系统的应用需要。根据系统的主要功能目标，该系统的建设存在以下特点： ( 1 ) 数据分散，集成要求高：在国调、网调、省调、地调、县调等不同调 度部门，均会建立电能量采集系统，完整的电能量分析需要纵向的数据共享，特 别是上下级关口数据。在同级调度内部，又建设有变电站电能量采集系统、用电 现场管理系统、配变监测系统、居民集抄系统、用电营销系统等，分别负责不同 电源点的电能量数据采集，完整的电能量分析同样需要横向的数据交互。 ( 2 ) 数据量大，且准点性、同步性要求高：新一代的电能量采集系统已经 扩展到每5 分钟均采集费率数据，在集成电厂、上下级系统数据后，系统数据量 已经超过s c a d a 。由于结算、平衡统计需要，所有数据必须准点、及时、同步， 且必须准确、完整。 ( 3 ) 中间环节多，维护要求高：由于采集数据均为二次数据，需要转换成 一次数据进行应用分析，需要涉及从c t p t 到高级应用的所有环节，故障点多， 判断复杂；且各环节归口不同业务部门，需要整体协调。 ( 4 ) 需求广泛，应用要求高：随着厂网分开、电力市场商业化运作的逐步 深入，电能量采集系统已逐步成为电力生产、运行和管理必不可少的系统之一， 其重要性愈加增强，其应用需求覆盖表计监测、表计台帐、关口结算、平衡统计、 线损分析等很多方面，应用要求向实用、用好方向转移。 根据系统特点分析，电能量采集系统是一套多部门、多专业协作建设、业务 相对繁杂，与电力生产、运行和管理密切相关的至关重要的综合应用系统。 1 2 2 系统国内研究和应用现状 根据对目前各重要科研机构、各重要电力自动化厂家的研究和实施情况的综 合分析，结合电力行业的应用情况，电能量采集系统目前的研究和应用现状呈现 2 浙江大学硕士学位论文 以下特点。 ( 1 ) 起步较早，运行稳定。各厂家都在2 0 0 0 年左右推出该产品，经过多年 的现场运行积累，这些产品均能够稳定运行，实现相关基本功能。 ( 2 ) 重采集，轻应用，数据可用度低。在系统建设初期，主要定位于替代 人工抄表，对电量数据的综合应用及线损统计分析考虑不够，对表计状态、数据 来源、数据管理等功能和高级应用涉及很少，导致对数据的准确性、完整性没有 有效的监控手段，致使系统寿命周期缩短。 ( 3 ) 孤岛建设，共享性不够。受建设时期、建设动机的影响，系统与其他 系统的数据共享欠缺，严重影响电力信息化的发展。 ( 4 ) 线损数据源、模型管理和分析功能薄弱，维护量巨大。由于系统孤岛 建设，线损统计和计算所需要数据的完整性和准确性很难保证；线损模型的共享 性不能满足统计需要，只能人工设置大量的线损对象及供售电量，同时需要大量 的人工数据采集、录入和整理，这些均严重影响了线损统计和分析工作的开展， 同时投入大量的人力维护晦1 。 ( 5 ) 后续投入不足，逐步与需求、政策脱节。在国家电网“硬件集中、软 件集成”总体思想及“s g l 8 6 工程的推进，电能量采集系统也朝横向集成、纵 向互联或集中建设方向发展：但很多研究机构及厂家后续投入不够，仅停留在采 集方面，与上述需求及电量快报、灵活结算等政策脱节现象严重。 ( 6 ) 系统建设与现行管理制度脱节，实用化程度低。正因为电能量采集系 统需要多部门、多专业协同工作，需要对各环节制定明确的业务和管理流程，明 确责任和消缺时间要求，严格考核和奖罚，需要系统功能与该管理制度吻合，推 动系统的应用朝实用化方向发展。 由于上述情况，目前电能量采集系统整体的维护量巨大，需要大量的基本设 置、数据人工维护、业务人工处理工作；数据可用性低，数据完整性、准确性不 能确保，业务无法实现：应用功能弱，缺乏常规的维护分析工具，缺乏常规的管 理、分析和模板报表功能：实用性不够，数据集成度和共享性低，一致性不能保 证，高级应用不能顺利开展，进而影响系统的应用和实用。 浙江大学硕士学位论文 1 3 系统发展趋势 1 3 1 集成化 随着电力自动化的发展，各专业领域自动化系统建设的“孤岛 现象严重， 设备系统重叠，接口建立难度大，数据同步的实时性差，很难满足电力信息化的 需要。与国家电网公司“硬件集中、软件集成”的总体思想吻合，借鉴国家电网 公司s g l 8 6 的建设思路雎1 ，电能量采集系统必将逐步走向“集成化”的方向，装 置需要支持多监测点集中情况下的统一监测、需要支持多通信方式的集成和互 换、按网省进行通信规约的统一等；系统需要方便实现与其它系统地数据共享， 方便实现省、地互联和共享，方便按照地县一体化进行部署。 1 3 2 标准化 工e c 6 1 9 7 0 i e c 6 1 9 6 8 标准为电力系统中的各种资源定义了公共信息模型 ( c i m ：c o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e l ) 和组件接口规范( c i s ：c o m p o n e n ti n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n ) ，在很大程度上方便了不同系统之间的集成。c i m 和c i s 将对于 电力企业信息化水平的提高具有极大的促进作用，理解标准、遵循标准、使用标 准、扩展标准也必将成为电力企业信息化发展的共识口1 。对电能量采集系统来说， 遵循这些标准和规范，可方便实现统计和分析模型的自动创建和维护，实现各自 动化系统的无缝共享和接入。但这些标准和规范对电量专业领域尚存在一定的空 白空间，需要进行一些研究和拓展。 1 3 3 流程化 电能量采集系统的数据统计涉及电流互感器更换、表计更换、旁路代供、设 备投停役、电量追加等业务，这些业务均涉及多个业务部门之间的协同操作，以 电量追加为例，需要运行部门( 一般为运行工区或计量中心) 进行录入，由电量 主管部门( 一般为营销处) 进行审核，由电量归口部门( 一般为规计处) 进行确 认，只有在上述流程流转结束后追加电量方可生效口1 。在系统投运之前，这些业 务均按照既定的流程进行纸质流转；系统投运后，需要系统自动按权限进行流程 化的操作。 浙江大学硕士学位论文 1 3 4 实用化 总结电力自动化系统建设的成功经验，结合目前电力行业的相关政策和系统 建设目标，结合电力系统信息化建设、精细化管理、集约化经营的重点方向，实 用化己成为系统建设的必然趋势嵋1 。只有通过实用化解决日常生产、运行和管理 中的实际问题，才能激发各关键用户对系统进行维护和管理的积极性，进而提出 功能改进和完善的方向，推动系统很好地提供应有的服务，几者构成一种良性的 循环。系统实用化除了系统维护和服务、系统各种应用功能达到要求外，必须有 完善可行的管理制度进行规范和约束。 1 4 行业政策分析 依据国家电网公司“十一五信息发展规划，“s g l 8 6 工程 将成为供电企 业信息化的中心工作，其中的一体化平台、数据中心、应用集成、企业门户等主 要方向均体现了平台化、集成化的总体思想。根据该“硬件集中、软件集成的 总体思想，电网自动化系统的新建或改造，必须遵循一体化设计和建设原则，实 现调度、配网、集控、电量、管理等多种应用功能的无缝集成，加强信息资源数 据整合和数据共享，全面提升电网调度自动化系统建设的应用水平；所以电能量 采集系统也向地县一体化、省地纵向互联、供电公司内部各系统横向集成、各种 应用集成等方向发展乜1 。 、 国家“十一五”期间要求单位g d p 能耗比“十五”降低2 0 ，但前两年仅完 成不到6 ，后续压力相当大。而电力能耗占整体能耗的近1 3 ，我国2 0 0 7 年用 电量3 2 万亿千瓦时，电力线损几乎与2 个三峡电站的发电量相当。根据节能减 排的总体要求，需要进一步推广电能量采集、线损管理系统的建设，以为供电企 业节能降损提供科学依据。 1 5 地县一体化建设的必要性 随着厂网分开、电力市场化运营的逐步深入，线损率已经成为供电企业考核 的重要因素，电能量采集系统已成为供电企业生产、运行和管理所必不可少的系 统之一。经过近十年的发展，电能量采集系统建设所依托的软硬件技术、通信技 浙江大学硕士学位论文 术、存储技术等已经全部解决，目前正朝集成化、标准化、实用化、流程化方向 发展。 根据上述国内系统的研究和应用现状、发展趋势的分析，电能量采集系统的 建设应该按照地区统一建设模式，即地县一体化，同时考虑不同变电站、电厂采 集通道建设、维护的方便性和系统整体的应用需求，实现所有软、硬件的合理部 署，既实现数据集中和硬件集中，减少整体投资，避免大量的接口开发和维护， 又减轻地区维护和管理的压力，统一实现电能量的综合应用。 1 6 本论文的研究内容 本论文旨在建设一套地县一体化的电能量采集系统，实现全地区所有变电 站、电厂电能量数据的集中采集和处理，实现数据的综合应用。 文章绪论从目前电能量采集系统的研发及应用现状、特点出发，结合系统的 发展趋势，对地县一体化系统的建设必要性进行阐述分析。 文章第二章以集成化为主方向，对地县一体化的电能量采集系统的软、硬件 框架进行研究和设计，包括系统整体的硬件平台、应用软件部署等内容。在地县 一体化的研究和实现方面，文章引入了协同工作的先进思想，搭建地县数据采集 和处理的集中控制、分散部署的协同工作环境，达到地县一体化集成建设的最终 目标。 文章第三章以标准化、流程化、实用化为主方向，对地县一体化的电能量采 集系统建设的关键功能点进行分析，对标准的电能量综合采集应用平台、流程化 的业务操作和管理、实用化的基础应用和功能拓展等关键点进行了详细的研究和 设计。 在标准的电能量综合采集应用平台方面，文章重点对基于c i m 的公共信息平 台、数据的集中采集和统一处理平台、数据共享平台等进行了深入的研究和实现。 文章基于i e c 6 1 9 7 0c i m 规范对所有电网设备和量测进行统一描述，基于i e c 6 1 9 6 8 c i m 规范对所有装置、资产以及业务流程进行拓展定义，进而搭建适用于地县一 体化电能量采集系统采集和应用需要的电网公共信息平台，可方便映射为标准的 底层数据库结构。基于规约库和统一任务调度的研究，实现全地区数据的集中、 可靠采集和统一的数据处理、统计和分析，满足县局采集子系统部署的需要。基 浙江大学硕士学位论文 于公共信息平台，建立数据共享平台，支持与多套自动化系统之间的双向数据交 互，包括上下级电能量采集系统之间的数据上报，数据类型涉及静态模型、电能 量采集和统计数据、业务流程数据等，很好的满足系统开放性的需要。 在流程化方面，文章对常规电力生产、运行和管理过程中的业务操作进行了 分析，借鉴工作流的思想，对电能量采集系统运行管理过程中大量的换表、换 c t 、电量追加、旁路代供、设备投停、设备更名等业务的流程控制、实现进行了 灵活的设计。 在实用化方面，文章重点分析了实用化建设的几个主要因素，包括承建方的 技术和服务、建设方的制度和管理、实现的应用功能的实用化方向及效果等，对 系统的基本应用、关键用户应用、政策匹配性应用、功能拓展性应用及应用平台 等进行了研究和实现。 文章第四章以金华电业局电能量采集系统的建设为实例，详细阐述了地县一 体化协同工作的具体实现，并对集成化、标准化、实用化、流程化等主要特点进 行了详细说明，并简述了系统的主要应用方向和成效。 文章第五章对全文进行了总结，并对今后的发展方向进行了展望。 浙江大学硕士学位论文 第二章系统软硬件框架的研究与设计 根据系统整体的建设目标，系统软、硬件框架必须满足地县一体化的部署， 同时满足系统维护、应用的需要。 2 1 协同工作概述 按地县一体化的总体建设要求，所有软硬件尽可能部署在地区，同时整套系 统必须遵循国家电网公司电力二次系统安全防护规定，系统参数录入和设置 在内网进行；同时根据目前的电力通道建设现状，各县局相应变电站、电厂的通 道维护在各县局自身完成。所以需要在县局部署前置采集及维护工作站，通过专 用电力调度数据网与地区服务器连接；为确保系统稳定可靠运行，各县局前置与 地区前置构成n + i 模式，统一管理和调度；在任意一点异常后，能自动接管，确 保任务和数据不丢失；进而构建前置采集的协同工作环境，确保数据采集的完整 性、及时性和同步性。 计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 是随着当今信息化进程的深入，通信技术、计算机技术、网络技术相融合而产生 的新的研究领域。c s c w 的常规定义是指地域分散的一个群体借助计算机及其网 络技术，共同协调与协作来完成一相任务，具体实现包括协同工作系统( 软硬件 环境) 的建设、群体工作方式研究( 支持平台) 和支持群体工作的相关技术研究、 应用系统( 包括应用接口和应用系统) 的开发等部分，具体如图2 - 1 所示。 图2 - 1c s c w 的主要组成部分 浙江大学硕士学位论文 本文协调工作主要针对数据采集和处理功能，以下简称协同采集处理，即各 县局部署采集和处理程序，通过地区集中控制实现数据的完整、可靠采集和处理。 2 2 地县一体化系统的硬件框架设计 结合地县一体化电能量采集系统的结构模式和二次防护、数据备份等基本要 求，充分考虑系统的实用化建设和县级系统的应用发展方向，充分贯彻“硬件集 中、软件集成 的基本思想，采用“平台统一、数据库统一、二次防护统一、w e b 发布统一、数据备份统一、地区和省级共享统一、地县应用集成 的总体原则， 地县一体化电能量采集系统的硬件框架如图2 - 2 所示，即协同采集和处理的硬件 环境。 数据席腿务器应用腱务氆缍护工栏蛄 般务器 工作菇 图2 2 地县一体化电能量采集系统硬件框架图 9 - 浙江大学硕士学位论文 2 2 1 系统网络组成 如图2 2 所示，地区为一套完整的电能量采集系统，采用网络分布式结构， 采用正、反向隔离装置实现内外网业务分离、数据同步；数据采集、统计在内网 实现，数据同步到外网；各种业务在外网根据权限进行。整套系统由内网主网、 前置采集网、外网主网三部分组成，主要负责自身管理变电站、电厂数据的完整、 可靠采集。 内网主网、前置采集网均部署在安全i i 区，通过隔离装置与i i i 区实现数 据交互，通过防火墙与i 区互联。为确保网络环境的可靠性，内网主网、前置采 集网一般独立建设，通过前置采集工作站不同网卡进行连接；同时支持集中实现 模式。 三个网络均支持单网、双网建设模式，在采用双网机制时，两个网络相对独 立，正常时通过系统流量控制进行均衡负载；异常时能自动接管，同时系统将进 行异常报警。 县局采用“子系统”建设模式，部署采集维护子系统，负责自身管理范围内 变电站、电厂数据的采集，遵循经济实用的配置原则，其网络一般采用单网模式， 通过地县调度数据网与地区系统内网连接。 2 2 2 地县一体化建设的主要内容 对地县一体化建设模式，主要实现了平台统一、数据库存储统一、数据备份 统一、二次防护统一、w e b 发布统一、地区和省级共享统一、地县应用集成等功 能。 平台统一：电量处理、发布和应用平台只是在地区建设实现，地区为一 套完整统；各县局只建设简单的采集维护子系统。 数据存储和备份统一：数据库服务器、数据备份服务器只是在地区实现， 同时实现异常时的备份服务器切换功能。 二次防护统一：二次防护机制仅在地区实现，各县局采集维护工作站通 过调度数据网与内网连接，用户工作站通过管理网实现数据访问。 w e b 发布统一：所有电量数据和应用发布基于地区实现，全地区功能和 流程一致，权限控制机制一致。 地区和省级共享统一：根据地区及县级电能量采集系统建设的整体需求， 1 0 浙江大学硕士学位论文 系统需要实现省公司电量系统、省公司营销系统的接口并共享设备模型 信息、电量数据和业务数据；所有这些接口全部在地区系统统一实现。 地县应用集成：地区、各县局的电量应用在地区集中实现，各县局通过 w e b 访问实现相关功能；且各县局的应用功能一致，统计计算处理流程 一致。 2 2 3 地区系统组成 地区为一套完整的电量采集计量系统，由主网内网、前置采集网、外网三部 分组成。 ( 1 ) 采集系统主网内网 系统主网内网可采用双网或单网结构，由网络交换机、数据库服务器、数据 备份服务器、维护工作站、数据处理工作站、前置采集服务器、网关服务器等组 成。 数据库服务器：采用单机或双机模式，双机可热备或并行运行；数据存 储可采用本地存储、网络存储、s a n 存储或i p 存储，可实现r a i d 0 、r a i d i 、 r a i d 5 等冗余模式。主要负责所有档案描述信息、采集数据信息、统计 计算数据信息、用户权限信息等的保存 数据备份服务器：根据浙江省电能量采集系统实用化验收规范，系统需 进行数据备份。数据备份可全局统一考虑，也可本系统单独实施；可采 用第三方备份，也可本系统通过应用软件实现；要求在主服务器存储异 常时可自动切换运行，保证数据的完整性和整体系统的可靠性 维护工作站：完成电量采集基本信息的管理、录入和维护 前置采集服务器：采用双机均衡负载模式，正常情况下主机负责调度， 双机同时采集；异常情况下单机完成所有任务；同时可实现自动或人工 主机切换。主要负责各采集终端数据的准确、完整、及时的采集；通信 规约根据采集终端决定 处理工作站：所有采集数据的过滤、处理、保存、统计、计算等 网关服务器：运行二次安防内网传输平台；通过四级网实现与已建县局 电能量采集系统的接口，通过三级网实现省调电量系统接口、省调营销 系统接口 1 1 浙江大学硕士学位论文 ( 2 ) 采集系统前置采集网 采集系统前置采集网由网络交换机、前置采集服务器、串口服务器m o x a 、 拨号m o d e mp o o l 、专线m o d e m 、其他通道设备等组成。考虑到采集终端网络的方 便配置和部署，采用前置采集网与系统主网单独组网。 通道设备根据不同通信方式有所不同，系统要求支持网络、拨号、专线( 专 线m o d e m 或r s 2 3 2 ) 等通信方式，支持几种方式的热备用。 同时前置机连接g p s ，获取标准时间，在内网对时同步的同时，与各采集终 端对时，实现全网时钟同步。 ( 3 ) 采集系统外网主网 电量采集管理系统主网外网由网络交换机、正反向物理隔离装置、镜像数据 库服务器、w e b 服务器、网关服务器、报表工作站等组成。考虑到网络部署的方 便性，系统外网主网与局管理信息网分别组建，也可集中组建。 正反向物理隔离装置：实现w e b 外移的主要部件 数据库服务器：对内网同步到外网的档案描述信息、电量数据信息、外 网管理信息等进行保存 w e b 服务器：在m i s 范围内提供w e b 服务，同时完成电表台帐管理、业 务变更等操作，完成所有电量应用发布 报表工作站：对系统所有平衡、关口、电量报表等进行定义、显示、w e b 生成、预览和打印 网关服务器：运行二次安防外网传输平台：同时实现与水火电系统、p i 数据库的接口 2 2 4 县局系统组成 县局采用“子系统”建设模式，包括采集维护工作站、用户工作站等。 ( 1 ) 内网采集维护工作站 根据目前大部分地区的管理模式，1 1 0 k v 及以上变电站由市局统一采集和管 理，在各县局每个3 5 k v 变电站、水火电厂安装电量采集装置，各县局配置电量 采集工作站，通过调度数据网与地区系统内网连接，这样相关基本信息的设置、 录入和数据维护、采集通道的建设和维护在各县局进行，整套平台的运行机制、 数据处理、数据存储、数据备份、二次防护等在地区进行。不同变电站、电厂根 浙江大学硕士学位论文 据不同通信条件使用不同通信方式。该建设模式不但满足“硬件集中、软件集成” 的基本原则，达到了简化接口、数据统一管理的效果，同时对采集点多、分布广 的计量点管理、通道维护、数据维护等工作又分散到各县局进行管理，有利于建 设和维护。 由于县局采集维护子系统网络组成相对简单，所以县局前置交换机可与主网 交换机集中部署；相关通道设备与地区局无关，均单独建设。 ( 2 ) 用户工作站 对县局各m i s 用户，均可通过自身m i s 工作站访问地区电量w e b 服务器，实 现自身权限范围内的电量数据维护、管理和应用工作。 2 3 地县一体化系统的应用软件设计 2 3 1 系统输入输出关系 结合系统主要数据来源及应用方向，图2 - 3 给出了电能量采集系统的输入输 出关系。 档案录入、公式编辑、从采集装置从其他系统 报表定义、用户设置、采集的各种获取的各种 韭务录入、人工录入类型数据类型数据 二一十二_ ，二池卜二垩一 电能量采集系统 数据采集、数据统计、数据计算、韭务处理 豢毵磁兽 、数据分析、掘表生成、事件生成和处理 一一_ l 一一一t 一一一t f - 一：一一- + 一，士。一一一l 一。_ 赢 档案信息、原始数据i同比分析、曲线所有数据的w e b 发 统计数据、计算数据i趋势图、增长棒布，按权限进行数 业务台帐、告警事件l圈、线损和功率据查询、审核、确 各种报表的查询i因数等高级i 应用认、考核和管理 图2 3 系统输入输出关系图 电能量采集系统的信息输入主要为自动采集和获取、人工录入两种方式，自 动采集主要针对专用电能量自动采集终端或具备通信功能的电能表计，自动获取 主要通过其他系统的接口实现电能量数据的获取；人工录入包括系统运行参数、 电网设备模型参数、采集装置和电能表静态参数等的录入，对各种用户信息及权 浙江大学硕士学位论文 限设置的录入，业务变更信息的录入，以及未能采集数据的人工录入等。 系统输出主要为电能量有关的各种基本查询、报表、分析等应用，同时与其 他系统实现纵向、横向的数据共享。 2 3 2 系统数据处理主要流向 根据上述系统输入输出关系，结合系统二次防护及内外网主要业务方向的分 割，电能量数据从采集终端到m i s 工作站的应用，主要经历采集、统计处理、二 次防护穿透、报表生成、应用发布等过程；其他系统接口、人工录入也根据不同 安全要求分别在内外网相应节点实现，外网产生的数据也需要同步到内网。根据 这些处理关系，设计系统内外网相关的功能节点，各节点之间的数据处理流向如 图2 4 所示。 该流向图很好的体现了系统数据的来源、内外网同步、数据共享、报表应用、 数据发布等过程。 图2 - 4 系统数据处理流向 2 3 3 系统应用软件模块设计 根据上述系统输入输出关系以及系统功能节点和数据流向的设计，电能量采 集系统的功能模块组成如图2 - 5 所示。各功能模块的主要描述如下： 系统维护工作站：主要完成系统c i m 模型、终端表计等档案的录入、运 浙江大学硕士学位论文 行参数设置、系统用户权限设置等工作； 图2 5 系统应用软件功能模块组成 前置采集模块：定时自动采集、定时自动补采、特殊补采任务的生成， 所有采集任务管理、调度、执行和数据文件的保存 数据处理模块：对所有存库任务进行生成、管理、调度和执行；同时完 成小时、时段和日统计，对各种业务变更情况进行自动判断和处理 报表管理模块：各种报表的模板定义、定时或人工生成；报表中各种平 衡率、供售电量等统计结果的存储处理 w e b 浏览模块：提供所有数据和报表的发布、提供各种业务流程的处理 机制、提供各种数据分析和相关高级应用 二次防护传输模块：在上述功能模块的运行过程中，需要二次防护传输 浙江大学硕士学位论文 模块完成系统的二次防护功能，系统采集和处理在内网运行，报表和发 布在外网完成，通过内、外二次防护传输模块实现数据同步一致 2 3 4 地县一体化的功能分布设计 ( 1 ) 地区系统的功能 对地县一体化电能量采集计量系统，地区建设一套独立的、符合电能量采集 系统相关建设和验收规范的系统，上述所有功能模块在地区均完整部署，包括数 据库管理、档案信息维护、前置采集、数据统计和计算、报表编辑和生成、w e b 发布和应用、二次安全防护等。 ( 2 ) 县局子系统的功能 对地县一体化电能量采集计量系统，县局只建设满足自身档案信息维护、数 据采集和通道维护的子系统，即只部署维护工作站、前置采集子系统即可。 档案信息维护：负责自身所辖变电站、电厂等厂站、电能表等静态信息 的录入和维护； 数据采集：通过子系统前置采集功能实现自身所辖厂站数据的完整、准 确、及时的采集，并对这些厂站的通道进行维护。 2 4 地县协同工作的实现 电能量采集系统建设过程中地县一体化的主要体现是县局部署采集维护子 系统与地区系统的协同工作，其中维护部分主要为人工参数录入，通过权限控制 可方便实现，重点需要实现数据的协同采集。根据计算机支持的协同工作实现的 主要内容，本文的协同采集处理具体实现过程主要包括以下几方面。 ( 1 ) 开放系统互联环境：开放系统互联环境是协同工作的基础。本文地县 一体化的硬件部署方面，各县局的采集维护工作站通过电力调度专用数据网( 四 级网) 与地区系统内网互联，所有采集维护工作站均直接连接地区内网数据库运 行，安全分区一致，网络畅通，进而搭建稳定可靠、开放互联的协同工作环境。 ( 2 ) 协同工作支持平台：该平台主要指参与协同工作的群体计算机的工作 方式，本文采用集中控制模式实现。 各县局采集维护工作站支持单机、双机工作模式，在单机方式下，该计 浙江大学硕士学位论文 算机即为主机；双机工作模式下，一主一备，双机在数据采集方面均衡 负载，任务管理调度仅由主机完成，且支持主备计算机的自动检测、自 动切换。 地区采集工作站采用双机模式，与县局双机机制完全一致。 各县局采集维护主机与地区采集维护主机构成n + i 模式，由地区主机进 行集中控制。 ( 3 ) 协调工作应用接口：在地区主机与各县局主机之间，实现基于s o c k e t 的消息通信接口，相互转发在线信息、采集数据信息及控制信息。 ( 4 ) 各种c s c w 应用系统：这里的协同工作应用系统主要是采集子系统，包 括任务调度生成、采集任务执行、通道监测等。 浙江大学硕士学位论文 第三章系统关键功能点的研究与实现 根据建设方向和目标，集成化已经通过系统的软硬件平台实现；系统同时需 要通过一些关键技术的研究和应用，在尽可能少的人工维护情况下，确保数据的 完整可靠准确采集和处理，确保各项应用功能满足实用化的需要。 3 1 地县一体化的关键功能点分析 根据第一章的分析，电能量采集系统数据量大，准确性要求高；中间处理环 节多，维护复杂；数据集成和共享需求迫切，应用功能要求高等特点将严重影响 系统的建设。结合地县一体化的环境和要求，系统建设的关键功能点有以下几个 方面。 ( 1 ) 标准的电能量采集应用平台的建设是基础。要实现大量数据高性能的 存储和应用，尽可能地减少人工维护工作量，实现各种电能量报表和统计对象的 自动生成和维护，实现各种实用化的功能应用，遵循系统标准化的建设方向，必 须有标准的电能量采集应用平台作为基础和支撑。 根据电能量采集系统的输入输出关系，标准的电能量采集应用平台必须包括 标准的底层平台、统一的数据采集和处理平台、统一的数据共享平台等组成，并 基于上述平台实现各种实用化的综合应用。 i e c 6 1 9 7 0 i e c 6 1 9 6 8 标准为电力系统中的各种资源定义了公共信息模型 ( c i m ：c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) ，在很大程度上方便了不同系统之 间的集成。c i m 的应用将对于电力企业信息化水平的提高具有极大的促 进作用，理解标准、遵循标准、使用标准、扩展标准也必将成为电力企 业信息化发展的共识。基于该标准规范搭建的底层平台，以很好的满足 各级电能量数据采集、存储、分析和应用的需要。 系统管理和应用的基本对象均是电能量数据，没有完整、准确地基础数 据，无论多么完美的应用功能均无从谈起，所以系统必须确保电能量数 据的准确、完整的采集和获取。 随着信息化程度的提高，必须将系统的电能量数据充分的横向、纵向共 浙江大学硕士学位论文 享，建设统一的数据共享平台，支持多套系统数据的接收和转发，以避 免系统的孤岛建设，避免大量的、蜘蛛网式的系统接口建设。 ( 2 ) 流程化的业务操作和管理是保障。由于电能量采集系统的运行和管理 涉及大量的业务流程，包括换表、换c t 、电量追加、旁路代供、设备投停、设 备更名等，各种业务流程直接关系到电能量的准确统计和分析。按照常规的操作 方式，这些流程的操作均遵循一定的业务规程，由不同部门的不同岗位完成，况 且这些操作规程随政策变化、机构调整等因素会时常变化，所以系统的建设和使 用涉及多个部门的协同工作，需要实现灵活的业务流程定义和管理，以替代常规 流程的人工流转，及时、准确、有序地实现相关信息的录入、审核和确认。 ( 3 ) 实用化的应用建设是重点。只有系统提供完善、实用化的应用功能， 真正解决各部门用户在生产和管理中的实际问题，才能进一步提高相关用户管理 和应用系统功能的积极性和主动性，并进一步推动系统的应用和实用。所以系统 的完善应用和及时可靠维护是一个良性循环，系统的实用化建设要步入这个良性 循环，必须准确抓住技术和服务、制度建设、实用化的应用功能等三个因素。 只有承建单位具备很强的综合能力，提供先进可靠的技术和服务，提供 整套的解决方案，才能确保系统实用化功能的实现。 要实现系统的实用化，必须建立严格的管理制度，以规范化系统的维护 和操作，有机协调各部门的工作，以确保各种缺陷的及时消除，确保系 统的应用和实用。只有通过系统的实用化去推动相关领导和部门对系统 的关注和重视，并确保各项制度的顺利执行，才能确保系统稳定可靠运 行。 要实现实用化的应用功能，必须提供系统专业领域基本的应用、各关键 用户的相关应用、各种政策匹配性的应用，并要求具有很方便的应用拓 展功能。 3 2 标准底层平台的研究与设计 c i m 使得多个异种数据源在单个站点可以统一的模式组织存储，将设备信息、 资产信息、实时数据、管理数据等集中存储，并支持管理决策，利于各种综合应 用的顺利开展，满足生产、运行和管理的需要。c i m 提供了一种用对象类和属性 浙江大学硕士学位论文 及彼此关联关系来表示电力系统资源的标准方法，在很大程度上方便了电网设备 的定义和标准底层平台的实现。本文在对c i m 扩展模型进行研究的基础上，结合 电力设备的层次结构，结合系统主要建设目标，实现了输电网、变电站、配电网 完整电网模型的建立，并据此映射了底层标准数据库。 3 2 1 地县一体化的控制区域管理 c i m 设备模型首先需要对设备的控制区域进行管理，结合地县一体化建设、 管理和应用的需要，本文提出以下控制区域的管理策略，其中的片区可按集控站 或管理区域进行定义： 地区一片区一变电站 地区一县局一片区一变电站 地区一县局一供电所 对本系统涉及的电网设备，主要区分为站所设备和线路设备，站所设备包括 电压等级、母线、母线分段、主变、所用变、线圈、电容器等；输电线路挂在片 区或地区、县局下，配电线路挂在供电所下，均通过节点与变电站母线关联。 3 2 2 拓扑建模 c i m 拓扑建模( 如图3 - i ) 主要用于定义如何连接电网各设备，设备连接关 系通过“导电设备( c o n d u c t i n g e q u i p m e n t ) 一终端( t e r m i n a l ) 一联结点 ( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 的关联关系来表现。终端是设备的终点，一个设备可有 多个终端，联结点根据网络运行状态，把相关的终端连接在一起。 3 2 3 设备建模 设备建模主要对拓扑模型中的传导设备( c o n d u c t i n g e q u i p m e n t ) 进行详细 描述。为方便进行各类装置的物理位置关联，本文对线路段、节点进行描述，主 要应用于输电线路的j - 、兀型( 即分支) 、配电线路的分支等的描述。 线路分段规则有两个：( 1 ) 不同型号导线类型( 如架空线、电缆) 进行分段； ( 2 ) 架空线、电缆出现连接位置有开关、闸刀等开断设备时进行分段。这样就 可以虚拟出架空线段、电缆段、架空电缆段等分段类型。 架空线上的设备要么作为杆、塔附属设备，要么依靠杆、塔作为支撑；同样 电缆上面，有设备的地方，肯定要有井孔才能把设备通过电缆接入电网。因此从 2 0 浙江大学硕士学位论文 功能位置的角度考虑，虚拟出杆、塔、井孔这样的节点位置，可以反映出一组设 备在电网中的位置关系。对不依赖于杆、塔、井孔的设备其节点作为虚拟设备处 理。 图3 - 1 设备装置量测关系图 图3 21 4 节点线路模型 在对线路分段、节点进行定义后，t 、兀型线的功能位置、配电线路的功能 浙江大学硕士学位论文 位置就可清楚描述了。如图3 - 2 是一个1 4 节点的配电线路拓扑模型，主要表示 了配电线路的高压部分和配电变压器部分。该配电线路共有1 4 个节点，在8 # 节 点处有开关进行分段、1 2 # 节点处由于导线类型不同进行分段。 3 2 4 设备的统一命名 在整个模型及整合过程中，必须唯一识别各电力设备对象，根据目前的行业 应用经验，采用统一命名( n a m i n g ) 进行实现。设备的统一命名方案和设备的层次 结构密切相关，本系统采用聚集关系描述设备层次结构；确保不同系统中设备对 象的名字的唯一性，且具有一定的可读性，方便标识、交流和定位设备对象。所 采用设备命名属性的说明如下： 名称( n a m e ) ：同一父对象范围内各对象的唯一名称。 描述( d i s c r i p t i o n ) ：对象或实例的描述。 路径名称( p a t h n a m e ) ：在容器层次结构中构造的、并且具有一个单级标 志的对象，也可以具有一个多级标志( m u l t il e v e ld e s i g n a t i o n ) 。把对 象的单级标志和包容该对象的各个容器对象的单级标志连接起来就可以 创建该对象的多级标志，即所有容器名的串联。 别名( a li a s n a m e ) ：对象或实例的任意文字名( af r e et e x tn a m eo ft h e o b j e c to ri n s t a n c e ) 。 3 2 5 量测的定义和实现 在基于c i m 唯一识别一个电力设备对象后，为唯一识别所有数据，系统引入 量测m e a s u r e m e n t 、量测