（电力系统及其自动化专业论文）用电管理自动化系统的应用设计(1).pdf

a b s t r a c t s y s t e mo fm a n a g e m e n ta n da u t o m a t i o nf o rp o w e ru u t i z a t i o n ( s m a p t oi sa s y s t e mt op e r f o r me l c c l r i cl o a dm a n a g e m e n t , m o m i t o r i n go fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r a n da c q u i r i n go fm e t e fd a t a , a l s os m a p ui st e c h n o l o g ys u p p o r t i n gm 冶a l sf o rd s m a n a l y s e sa n dd i s c u s s i o n sa l ep r e s e n t e di n t h i sp a p e rf o rs i t u a t i o n , c o n s t r u c t i o n , p r i n c i p l e ，f u n c t i o na n da p p l i c a t i o no f s m a p u t h ep a p e rs u m m a r i z es i t u a t i o no fl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m , a n a l i z e st h el i m i to f l o a dm a n a g e m e n ts y s t e ma n dp u to nh i g h e rr e q u i r e m e n t sf o rs m a p ub ym e a n so f d s m an f f ws h a l e t u r ei sd e s i g n e dw i t ht h en e e do fs m a p u m o d u l i z a t i o nd e s i g ni s a p p l i e dt os m a p u ，t h ei d e at 3 0 v e r sr e q u i r e m e n t so f s m a p u a f t e ra n a l y s e so nl i m i to f2 3 0 mr a d i oi nc o m p a r i s o no fp u b l i cn e t w o r kg p r s c d m a , a b r a n dn e ws o l u t i o no f c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i n gi sf o r w a r d e do u t t h eb a s i cr e q u i r e m e n to fp l a t f o r mo f 玎篮蝤由e ra n ds l a v es t a t i o ni sd e s c r i b e di n d e t a i l a l s og 乜u d 胁o fn e t w o r ki sp l a n n e d t e c h n o l o g yo fm u l t i c h a n n e la n d m u l t i - s u b s t a t i o ni s a p p l i e dt o t h es y s t e mo fm u l t i - f t ew i t hc o m p r e h e n s i v e e x p l a n a t i o na n dw a y s t h ed e s i g no fm o d u l i z a t i o nf o rt e r m i n a lo fs m a p ui sp r e s e n t e da n dk n o w - h o w o ft e c h n o l o g yi ss t a t e di nd e t a i lf o rm a i nm o d u l e so ft e r m i n a l ，a tt h es a m et i m e ， o n - l i n eu p g r a d e ，r e l i a b i l i t y , e l c c t r o m a 驴e t i cc o m p a t i b i l i t y , a n dd e s i g no fe r r o r - c h e e k f o rt e r m i n a la l ed e s c r i b e di nt h i sp a d f i r k e y w o r d s ：p o w e ru t i l i z a t i o nm a n a g e m e a t ；l o a dm a n a g e m e n t ：d e m a n ds i d e m a n a g c a n e n t ( d s m ) , d e s i g no f m o d u l i z a t i o mn e t w o r k i n go f c o m m u n i c a t i o n ； 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 第1 章用电管理自动化系统的现状 1 1 负荷管理系统的发展背景 2 0 世纪8 0 年代由于电力供应处于紧张状态，为了保证电网安全，减少大 面积拉闸停电，减少减负荷给企业造成的损失，也为加强有序计划用电的管理， 削峰填谷，才出现了电力负荷控制系统。当时的负荷控制系统主要功能以限电 为主，在尽量不影响用户正常工作的前提下，由供电公司远方控制用户部分用 电线路跳闸，起到“限电不拉路、谁超限谁、不超不限”的作用，还可通过终 端采集各电力用户的电量、负荷等信息，为负荷管理提供有效数据。我国自7 0 年代末开始电力负荷控制系统设备的研究，8 0 年代末开展了试点及推广应用工 作。 随着供电形势的变化，供需矛盾日渐缓和，峰谷用电矛盾却日渐突出，计 划用电向合理用电过渡。这时。电力负荷控制的功能开始向负荷管理方向转变。 前几年随着国内供电形式的变化以及电力系统自动化的发展，传统意义上 的负荷控制系统已经有了本质上的变化，系统的重点已经由“控”逐渐地向“管” 的方向转变。新的负荷控制系统除了具备传统意义上的控制功能外，各方面的 管理功能得到了不断的拓展。传统意义上的电力负荷控制系统已经衍变为负荷 管理系统，也有人称之为负荷管理和控制系统。 目前，国内的大部分地级城市已经安装了负荷管理系统，某些经济发达地 区的县级供电公司也安装了负荷管理系统。一些地区还利用负荷管理系统的信 道和主站硬件设备，发展了配变监测系统和电能量采集系统。有的地区还利用 负荷管理系统的信道和主站硬件设备试验性的上了馈线自动化系统。这些系统 的成功建设，形成了一个组合模式的用电管理自动化系统( 电力需求侧管理的 技术支持系统的雏形) ，为现代电力企业的电力需求侧管理提供了参考依据，指 明了发展方向。 1 2 用电管理自动化系统的技术现状 现阶段的用电管理自动化系统一般由负荷管理子系统、配变监测子系统、 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 电能量采集子系统组成。 系统使用的设备主要有：主站、中继站、用电管理终端( 负荷管理终端、 配变监测终端、抄表终端等) 。 主站操作系统选用的是u n i x 和w i n d o w s 系列产品，计算机设备为小型 机和p c 机，网络结构为客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 和浏览器服务器 ( b r o w s e r s e r v e r ) 方式，多后台操作和多后台查询模式( 任意一台后台机可随 时对各个子系统进行操作或进行数据查询) 。前置机负责主站系统与终端的数据 通信，主要完成数据收发、规约转换、数据处理和存储等，前置机还要与主站 后台系统通信，完成接收人工指令和启动定时任务、进行数据库操作等。为保 证主站系统可靠运行，选用了双机热备份工作方式。 主站和中继站之间通信信道主要采用电力专用信道( 光纤数据信道、微波 信道、2 3 0 m 专网等) 。 主站( 中继站) 与终端之间大多采用无线信道( 专网2 3 0 m 、公网g p r s 或c d m a 等) 通信，主站与终端采用主从方式进行通信。主站为严格主动方， 终端为被动方。 终端设备有负荷管理终端( 带控制与不带控制) 、配变监测终端( 带交流采 样和不带交流采样) 以及电能量采集终端( 8 路以下和8 路以上) 等设备。 负荷管理终端安装在大用户的专用交侧，设备除具有传统意义上的限电跳 闸功能之外，还具有专交用户电能表数据采集、中文信息显示和语音报警、用 户开关状态信息采集等功能。 配变监测终端安装在公用变侧，通过4 8 5 接口抄收多功能电能表或交流采 样模块数据。配变监测终端采集的数据主要有电压、电流、频率、功率因数、 有无功功率、有无功功率电量等。 电能量采集终端安装在专用变或公用变侧，通过一路或多路4 8 5 接口读取 多功能电能表数据，经过数据处理和存储后，形成历史数据。终端可接受主站 的设置命令，同时也可应主站的召唤，上送参数、数据、状态等信息。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 1 3 现有用电管理自动化系统中存在的问题 1 3 1 通讯方式单一 电力负荷管理系统建设初期，主站、中继站与终端设备的通信信道采用的 都是国家信息产业部( 原无委会) 为电力负荷控制系统分配的2 3 0 m 的专用的 无线信道。近几年，随着城市规模的扩大、城市高楼的增加，偏远的分散的以 及安装在地下室的终端与主站的通讯暴露出了专用的2 3 0 m 无线信道的局限 性。 1 3 2 用户侧服务功能不强 用电管理终端的语音报警、语音提示、信息发布、打印输出、通信连接等 功能，没有得到合理的利用，在电力用户的安全生产、用电管理等方面还没有 发挥应有的效用。 1 3 3 与其他系统接口问题 用电管理自动化系统抄收回来的数据、状态信息以及主台软件生成的数据、 报表等，对负荷预测、电费数据、用电异常监视和管理、线损分析和计算、供 电质量管理等可以给电力需求侧管理系统提供各项有用信息，只有将用电管理 自动化系统与其他系统( 营业自动化系统、s c a d a 系统、m i s 系统、省公司 管理信息系统) 良好接口，实现网络化的信息管理、资源共享、数据共享和信 息交换等，才能充分发挥用电管理自动化系统的作用。 1 3 4 兼容性差 大多数生产厂家的产品满足d i d t 5 3 5 9 6 电力负荷控制系统数据传输规 约( 部颁规约) 的要求，但由于规约在当时的历史条件下的局限性，有许多歧 义和需要自定义的条目，这样就导致了多厂家多规约的产品格局，即使同一厂 家在不同地区、不同时间提供的产品也无法连通。这就使用户在升级系统和增 加终端时必须采用原厂家的系统和设备。造成用户无法获得质优价廉的产品和 服务。 同时，各种国外多功能电能表( a b b 、l a n d i s 、e d m i 等) 的大量应用，使 得非d l f r6 4 5 标准电能表的数据抄收成为厂家需要面对的问题，于是各种各样 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 的解决方法应运而生，如外置各种抄表规约转换装置，或外置接口转换器内部 软件实现转换等。 由于标准的缺陷和多功能电能表的多样性，带来了产品的兼容性问题。这 就造成了很多厂家的终端产品功能类似，但在现场应用时各产品之间很难互相 兼容，无法实现用户所期盼的互连互通的目标。 1 3 5 终端设备程序升级困难 现在使用的很多终端设备的程序芯片一般采用e p r o m ，在对终端设备进 行升级改造时，需要大量的人力物力逐户进行更换芯片。随着电子技术的不断 发展，f l a s h 存储芯片已经很稳定，应该将其应用到用电管理终端产品中去。 1 3 6 数据通讯速率偏低 随着用电管理自动化系统功能的不断拓展，需要传送的数据越来越多、数 据量越来越大，对数据的实时性要求也越来越高。如何充分利用现有的频点资 源，提高数据的通信速率也是目前负荷管理系统需要解决的一个问题。 1 3 7 数据来源有限 现阶段的用电管理自动化系统的数据来源主要是部分大用户专变、部分公 用配变、变电站等，而小用户、商业和居民等的用电信息没有被提取回来，对 系统的用电管理功能不能得到有效发挥。 1 3 8 缺少电能质量监测手段 电能质量监测是用电管理自动化系统的一项重要内容，电压、频率、闪变、 谐波监测等对电力企业及时了解电能质量并及时采取技术手段、政策手段进行 治理至关重要。 1 4 电力需求侧管理的需求 电力需求侧管理的重要任务之一，是引导电力用户参与电力市场，并为其 提供电力服务，这就需要供需双方实现信息沟通。 随着科学技术的发展和现代化管理的不断深入，用电管理自动化系统作为 电力需求侧管理的重要技术支持手段，已越来越显示出它的实用价值，其推广 和应用的程度反映了电力需求侧管理的现代化水平的高低。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 1 4 1 了解电力市场需求，制定营销策略 1 4 1 。1 科学预测负荷，提供决策依据 了解电力用户的负荷曲线变化情况及不同时期、不同电压等级客户的负荷 实际需求，对电力系统规划的经济性和资源配置的合理性是极其重要的。对电 力市场需求的预测，从宏观上来讲，就是根据对国民经济和社会发展速度的预 测，因此必须对国家和本地区国民经济发展，产业结构调整，国家经济政策以 及产业政策进行分析、了解；从微观上来讲，就是将巨大的电力市场分解成易 于实际操作管理的电力用户，对特定的行业乃至特定的电力用户进行具体详尽 的分析，了解它们的变化规律，研究不同行业和企业的经营形势对电力供应的 影响。 以往微观的电力需求预测依赖于政府有关部门提供的资料和行业用电统计 报表，由于这些资料的正确性及实时性较差，用于分析用电需求时，往往显得 较为租糙。要提高电力需求预测的精度，应选取典型电力终端用户作为电力需 求分析的用户样本，收集它们的实际用电信息。 用电管理自动化系统应该准确采集和存储典型电力用户的日负荷曲线、分 时电量及最高、最低负荷等关键数据，反映特定用户随市场、经济状况、宏观 政策、原材料等诸多因素影响而导致的用电变化情况，以及季节、天气、节假 日对用电状况的影响。 用电管理自动化系统对足够多的真实、可靠的用电数据、政府部门有关资 料及行业用电量统计数据采用科学预测手段进行分析，便可大大提高负荷预测 的精度，为确保电力规划的经济性、合理性以及电力资源配置的有效性提供坚 实的基础。 1 4 1 2 及时反馈信息，提高营销服务水平 在市场经济条件下，电力供应和电力消费是一种平等的、互惠互利的关系。 为客户提供优质和满意的服务，是电力企业市场营销的需要，也是提高服务价 值的需要。 电能商品的服务价值除了在售前各环节体现外，更重要的是体现于售后服 务。随着市场经济的发展和电力体制改革的深入，在电力行业内部正逐渐引入 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 竞争机制，这是发电企业和供电企业所面临的共同挑战。如何提高营销服务水 平，开拓电力市场，在市场占有和经营策略的制定和实施上进一步加大力度， 是电力企业面临的共同问题。 随着市场经济的深入，价格导向使电力用户对自身的电力消费情况越来越 重视，但由于大多数企业客户缺乏技术条件和现代化用电管理手段，很难对电 力消费情况做进一步分析。用电管理装置所采集的分时段电量、负荷曲线、最 高最低负荷、时段电量比例等实际数据，经过分析整理后，可由电力企业的市 场营销人员向客户提供合理用电建议，充分利用现行的分时电价政策，帮助他 们减少不必要的电力消耗，降低生产成本，提高经济效益。 这项工作从表面上看，使电力企业的销售量减少，但从长远看，用户获益 后，经营进入良性循环轨道，必将扩大再生产，最终会增加用电量，即扩大电 力企业在能源终端市场的占有率。用户按分时电价合理用电，从表面看使供电 企业收入减少，但实际上用户避峰用电，平滑负荷曲线，增加了系统的调峰能 力，减少了低谷期间火电压火、水电弃水情况的发生，提高了电力资源的配置 效率。 1 4 2 强化专业结合，为生产经营服务 1 4 2 1 与营业部门结合 利用终端设备的抄表功能，逐步提高远程抄表在现实营业抄表中的比例， 作为电力部门对外交易结算和向用户收取电费的依据。传统的人工抄表因气候、 道路及交通工具等外界条件及人为因素，不可避免地影响其及时性、准确性。 利用用电管理自动化系统的远方抄表功能进行抄表可排除上述因素，提高抄表 的及时性和准确性，并可与用电营业自动化联网，形成统一制票，提高用电营 业自动化水平。 1 4 2 2 与用电监察部门结合 利用终端的交流采样数据和抄表数据的实时比较功能，可以强化计量装置 的工况监视，及时发现用电和计量异常状况。终端所具有的实时数据采集和通 信功能，可定时将用户的各时段用电量、最大需量、电能表缺相时间、过载时 间等数据抄录下来，并随时将异常情况向主站和用电监察专责报警。用电监察 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 部门利用此技术手段，可及时有效地发现用电和计量异常用户，便于用电监察 人员迅速开展调查和取证，这对于打击窃电和维修计量装置的缺陷，减少电量 的跑冒滴漏，有着重要的现实意义。 1 4 2 3 提供真实线损，为商业化运营服务 长期以来，线损分析数据来自变电站关口表及其它相关表计的人工抄读数 据，同样存在诸如气候、道路及交通工具等外界条件及人为因素的影响。这种 统计线损的方法过去曾为各电网经营企业的电价测算、经营效益分析等起过积 极作用。但由于人工操作的可靠性和数据采样的同时性存在很多问题，经常出 现计算线损和实际线损之间有较大偏差。在电力体制深入改革的今天，随着内 部模拟市场建立和公司的商业化运营，这一传统的线损统计分析方法已不能适 应当前的要求。利用用电管理自动化系统的远方抄表功能，并辅以功能强大的 线损分析软件，完全可以满足数据可靠、统计同时的基本要求，可实现分区域、 分线路、分台区的线损实时统计分析功能。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 第2 章用电管理自动化系统的主站设计 2 1 主站的设计依据和设计原则 2 1 1 设计依据 关于加快电力营销现代化建设指导意见 r 十一五”营销现代化建设发展规划 电力负荷管理系统功能规范 电力负荷管理系统建设及运行管理办法 q g d w l 2 9 - 2 0 0 5 电力负荷管理系统通用技术条件 q g d w l 3 0 2 0 0 5 电力负荷管理系统数据传输规约 国网公司生产运营部：电力负荷管理系统通用技术条件- 2 0 0 4 ； 国网公司生产运营部：电力负荷管理系统数据传输规约一2 0 0 4 ； 国网公司生产运营部：电力负荷管理系统功能规范； 行业标准d l t 5 3 3 1 9 9 3 ：无线电负荷控制双向终端技术条件； 行业标准d l t6 4 5 1 9 9 7 ：多功能电能表通信规约。 d l t 6 8 6 1 9 9 9 电力网电能损耗计算导则 d 1 f i 6 1 4 1 9 9 7 多功能电能表数据通信规约等 2 1 2 设计原则 2 1 2 1 可靠性原则 ( 1 ) 整个系统能够保证7 x 2 4 小时不问断工作； ( 2 ) 主站系统具备负载均衡和系统容灾能力。 2 1 2 2 安全性原则 ( 1 ) 系统具有完善严密的安全机制。能够避免非授权用户对主站或通过主 站对终端或直接对终端进行非授权的访问和攻击，用户只能对授权范围内的客 户( 终端) 就授权范围内的功能进行操作； ( 2 ) 终端具有主叫号码识别功能，可以根据主叫号码判别主叫方的合法性， 并能够在系统日志中记录非法主叫； g 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 ( 3 ) 对终端参数的设置操作有密码控制，密码只能设置不能读取； ( 4 ) 与局内其他系统连接确保相互之阋的安全性。 2 1 2 3 开放性原则 ( 1 ) 基于统一的接口和主流的技术，方便应用集成； ( 2 ) 通过采集通用接口支持不同厂家不同规约的终端； ( 3 ) 支持国标、省标和非标准电能表规约。 2 1 2 4 可扩展性原则 系统具有良好的扩展性，可通过负载均衡对软、硬件平滑地进行扩充升级。 2 1 ，2 5 易用性原则 ( 1 ) 统一采用微软风格界面，操作方便易于掌握； ( 2 ) 用户可定制个性化操作界面； c 3 ) 提供自动任务管理等智能化功能； ( 4 ) 系统可根据现场运行情况自动选择传输方式( 数据、短消息或语音调 制) 。 2 2 主站软件设计 用电管理自动化系统作为电力企业信息系统的一部份，其核心功能是对工 作对象用电信息的采集和控制。在具备这个核心功能的基础之上，用电管理自 动化系统同企业中的其他信息系统一样，都面临一个应用集成的问题。对于用 电管理自动化系统来说，从内部来看，它除了具备采集控制的核心功能以外， 还具备对采集到的数据进行分析的功能，这是对系统的横向分割；在纵向上， 系统可按行政关系分为省、市、县多级。从外部来看，用电管理自动化系统与 用电营销系统、调度自动化系统、集抄系统、配电自动化系统都有相互集成的 要求，这是横向的关系；在纵向上，用电管理自动化系统和与上级( 省局) 信 息系统也会有集成的要求。为了满足这些要求，系统的软件设计是柔性的，可 以按照企业的业务流程灵活地重组。软件架构设计如图2 1 所示。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 图2 - 1 用电管理自动化系统软件架构设计 2 2 1 主站软件的三层结构设计 从图2 - 1 可以看出，用电管理自动化系统软件是一个三层结构系统，由专 门的应用服务器来处理业务逻辑，在实际运行时可以根据需要调整应用服务器 的数量，实现均衡负载。我们选用b e at u x e d o 中间件，采集控制子系统的 应用逻辑以t u x e d o a i m is e r v i c e 的形式实现，其对外接口类似于传统的过程 调用，向外呈现数据采集和控制的功能；信息管理予系统的应用逻辑以t i s x d o c o r b a o b j e c t 的形式实现，其对外接口类似于面向对象，把具体的数据分析功 能按工作对象进行分类，可分为分局、变电站，线路、公用台区、用户、计量 点、电能表等，分别以c o r b a 对象的形式对外呈现。 由于整个应用逻辑是基于中间件技术来实现的，系统可以按照业务流程灵 ! 里皇查型堂婴窒堕堑壅生塑堡主堂堡丝茎 一 活地进行部署，所以市级用电管理自动化系统和县区级用电管理自动化系统虽 然在硬件配置和应用逻辑部署上有所不同，但都是基于同一个软件架构。 2 2 2 采集控制子系统设计 图2 2 采集控制子系统软件架构 采集控制子系统的软件架构如图2 - 2 所示。采集服务和控制服务直接面向 与终端通信的规约接口组件，具备跟终端通信的能力，对外提供与终端通信的 服务。定时任务负责按照业务的需要组合定时采集的策略，对外提供定时采集 的服务。 2 2 3 信息管理子系统设计 图2 3 信息管理子系统软件架构 信息管理子系统的软件架构如图2 3 所示。对采集控制子系统采集到的数 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 据进行分析的功能，按照业务管理的分类被分派到各类分析对象中，包括群组 对象、变电站对象、线路对象、开关对象、公用台区对象、部门对象、行业对 象、用户对象、计量点对象、变压器对象、电能表对象等。 2 2 4 主站子站的多级设计 n n 图2 4 主站子站多级设计 市级用电管理自动化系统和县区级用电管理自动化系统在软件架构上是没 有区别的，只是数据库服务器被安置在市级用电管理自动化系统中。我们把市 级用电管理自动化系统称为中心系统，县区级负荷管理系统称为分系统，如图 5 所示。在通常情况下，分系统的数据存储指向中心系统。但是中心系统和分 系统之间的物理连接可能会出现故障，那时整个分系统会瘫痪。为了提高系统 的可靠性，我们把数据存储按功能分割为两部分：实时数据存储和历史数据存 储，分别对应采集控制子系统和信息管理子系统。采集控制子系统是负荷管理 系统的核心功能，为了保证在系统连接出现故障时分系统的采集控制功能仍然 可用，我们在分系统内设计了一个本地的实时数据存储( 图中虚线部分) 。正常 情况下，分系统使用中心系统的实时数据存储，通信故障时分系统使用本地的 实时数据存储，故障恢复后先将本地实时存储转入中心历史数据存储，然后再 切换到中心系统实时数据存储。 2 3 多信道多规约支持 如图2 - 2 的采集控制子系统软件架构所示，采集子系统通过规约接口组件 和设备驱动组件和终端通信。这样就能实现各种通信规约和通信设备之间的兼 容性问题。设备驱动组件负责通信信道的设备驱动，规约接口组件负责通信规 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 约的解析。一个典型的多规约、多信道系统如图2 5 所示。 2 3 0 m 设备驱动组件 g p r s 设备驱动组件拨号设备驱动组件 人 通信接口y 二 长 规约a 接口组件规约b 接口组件规约c 接口组件 图2 - 5 多规约多信道系统 2 3 1 设备驱动组件 支持2 3 0 m 无线、有线、拨号、g p r s 、g s m c d m a 等通信方式。每一种 透信方式对应一种设备驱动组件，它们屏蔽设备通信方式的差异，提供统一的 通信接口，供规约接口组件调用。系统支持符合标准接口的第三方的设备驱动 组件和不同厂家的通信设备。 2 3 2 规约接口组件 规约接口组件模块负责所有与规约解释相关的任务，包括规约识别、规约 组帧、规约解帧等，用来兼容各种不同厂家、不同通信规约的终端设备。规约 接口组件具备请求缓冲池和应答( 包括主动上报) 缓冲池。 2 4 安全设计与可靠设计 2 4 1 安全设计 通过以下几方面保证系统的可靠安全。 内网与外网加装防火墙。 通过通信加密组件提供对报文的加密功能。 通过灵活方便的权限管理，可按对象和操作进行权利的分配，与时间和空 间属性相结合，提供全方位的安全保证。 提供全面完善的操作记录功能。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 2 4 2 可靠设计 网络和交换机支持主各方式双网运行。 数据库服务器支持双机热备份。 通讯服务支持基于逻辑信道的一主多备。 加强特性：当通信前置机和外界的网络连接出现故障时，保证通信子系统 维持正常运转。在故障期间如果发生定时采集任务，在故障恢复后保证采集数 据的完整性。 2 5 数据的组织方法 对系统中的不同的对象和类型，采取不同的数据组织方法。 2 5 1 管理对象的分组方法 对象的管理首先是把对象按其不同的属性进行分组，比如按对象所属的行 政区域、管理部门，按人员、用电性质、电压等级、对象状态等进行分组，或 者在对对象按一种属性分组后再按其他属性分组，形成一个个树形管理方式。 在电力系统中还有一种更重要的分组方法，就是按供电来源或者按照对象 的电气连接进行分类。在此我们引入在电力系统中计量点的概念，并对这个概 念进行扩充使它具有更广泛的用途。使它在对象和相互关系的管理中起到纽带 作用。 计量点具有以下属性： ( 1 ) 电源输入：向该计量点供电的对象，包括线路、母线、变压器、计量 点。 ( 2 ) 电源输出；该计量点供电的对象，包括线路、母线、变压器、计量点、 用户。 ( 3 ) 电压等级：该计量点的电压等级。 ( 4 ) 负荷监测点：是否测量功率。 ( 5 ) 电压监测点：是否监测电压，统计电压极值。 ( 6 ) 温度监测点：是否监测环境温度。 ( 7 ) 谐波监测点：是否监测谐波。 ( 8 ) 是否为双向：是否为双向计量。 1 4 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 ( 9 ) 执行电价：该计量点执行的电价，此电价执行范围不包括转供出去的 电量。 ( 1 0 ) 对应的开关：该计量点安装在哪个开关。 由供电关系决定的对象分组管理是各部门、各专业普遍采用的管理方法， 更重要的是与用电营销管理系统在数据组织上保持一致，方便与用电营销管理 系统的资源共享。 除了按电气连接的分组外，按行政部门和人员的分组是另外的一种分组管 理方式。系统的权限管理，就是按群组进行的。把部门或人员对群组或对象具 有某种权利作为最小的权限分配单位。 2 5 2 采集数据的管理方法 系统提供对数据的审核功能。数据采集属性用来区分相同管理对象的属性。 通过对相同属性的不同计量设备和采集手段的对比，可以发现计量设备的异常， 也可以考核采集过程的质量。 2 6 系统平台设计 2 6 1 用电管理自动化系统主站 系统平台主要包括操作系统、数据库、中间件、应用软件和硬件设备等。 操作系统：数据库服务器基于u n i x 操作系统，应用服务器和终端p c 采 用w i n d o w s 操作系统。 数据库系统：采用o r a c l e9 i 等。 中间件：采用b e a l u d o9 0 等。 应用软件：各厂家开发的用电管理软件( 有系统管理模块、主控模块、通 信管理模块、远方抄表模块、配变监测模块、线损分析模块、负荷预测模块和 w e b 发布模块等) 。 硬件设备：数据库服务器、应用服务器、w e b 服务器、工作站、u p s 和通 信单元( 含双机备份、自动切换的电台、电源、天馈线) 等。 数据库服务器使用h p 或m m 的小型机，通信服务器和应用服务器使用企 业级服务器，前置机采用高性能工控计算机( 双机备份) ，物理隔离装置使用有 入网许可证的设备。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 2 6 2 各子站( 分站) 系统平台主要包括操作系统、中间件、应用软件和硬件设备等。 操作系统：通信服务器基于w m d o w s 操作系统，工作站p c 采用w m d o w s 操作系统。 中间件：采用b e an ，d o9 0 。 应用软件：各厂家开发的用电管理软件( 有系统管理模块、主控模块、远 方抄表模块和配变监测模块等) 。 硬件设备：工作站、u p s 和通信单元( 含双机备份、自动切换的电台、电 源、天馈线) 等。 2 7 系统的网络结构 2 7 1 系统的网络结构 整个用电管理自动化系统包括省电力公司的用电管理中心、市电力公司的 用电管理中心( 主站) 、各个县级电力公司和城区分局的子站和各种用电管理终 端设备。系统兼容以前的中继站和终端设备。 如图2 - 6 、图2 7 、图2 8 所示，用电管理自动化系统是把一个省作为一个 整体来规划的。省电力公司的用电管理中心处于整个用电管理自动化系统数据 网络的顶端，负责采集各个市分公司的用电管理自动化系统的数据和事件信息， 为全省的用电管理服务。 各个市级电力公司的用电管理自动化系统自成一体，可以独立运行，完成 用电管理自动化系统功能。分布在电力分公司或县级电力的用电管理自动化系 统是子系统。 省电力公司用电管理中心、市电力公司的用电管理中心( 主站) 和子站之 间通过电力系统的广域网进行连接。 如图2 - 7 所示，市电力公司的用电管理自动化系统负责对在所辖供电区域 内的电力用户用电情况进行管理。通信方式以专网通信网络( 2 3 0 m ) 为主。 在用电管理自动化系统中，所有终端统遍址。主站是专网通信网络的中 心，以某对频点( 共1 6 组) 与安装在主站附近( 3 0 k i n ) 的用电管理终端设备 中国电力科学研究院研究生部硕j ：学位论文 进行通信；子站与安装在子站附近的用电管理终端设备以其他组频点进行通信， 各个子站之间实行频点隔离，同时尽量控制电台的发射功率，保证利用专网覆 盖到的每个终端设备能良好通信并且保证终端不被重复通信( 原则上，对需要 进行控制负荷的用户安装的终端全部采用专网通信网络) 。对于专网信道覆盏不 到的终端设备由主站采用其他信道( 如p s t n 、g p r s 、c d m a 、g s m 、光纤等) 进行通信，保证通信网络对所有终端设备的完全覆盖。 子站可以响应主站的自动命令和手动命令完成相应操作，需要保存的数据 直接在主站的数据库中保存。在主站与予站通信不正常时，子站可以在人工干 预的情况下独立完成与所覆盖区域内的终端的通信，并将数据保存在当地的数 据库中。待通信恢复正常后，自动更新主站的数据库中的相应内容。 图2 - 6 用电管理自动化系统网络结构 2 7 2 主站的网络结构 负荷管理中心( 主站) 计算机网络系统采用分布式运行结构，分为通信子 系统、服务器子系统、采集控制子系统、信息管理子系统、g p s 卫星对时子系 统等。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 通信前置机子系统的前置机与子站前置机职责一样，只负责对覆盖范围内 的2 3 0 m h z 的无线通信网络中的“专网”终端进行通信，通信工作站负责与整 个负荷管理系统内的其他信道的终端进行通信。 主站网络结构图2 7 所示； 簋箍至等于站 照者羹也嚣n 擅息管理 路i 嚣 箍据 采集控制子系统 艇务器予摹统 图2 - 7 主站网络结构 2 7 3 子站的网络结构 负荷管理系统的子站分布在市区分局或者县电力分公司，是一个简化的主 站，其核心设备是前置机组和通信单元，只负责对自己区域内“专网”终端进 行通信。计算机网络系统采用分布式运行结构，分为前置机、服务器、操作机 等。 豳丽豳 洲育 军毡一 蘸 韩 ，j、目p 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 2 8 前置机系统设计 配雯监测，抄襄工作站 图2 8 子站网络结构 备 、 t o 终端设备 2 8 1 前置机组 通过上面的用电管理自动化系统的主站和子站的网络结构可以看出，主站 和子站都有自己的前置机，系统中出现了多对前置机，于是主站和各个子站的 前置机就组成了前置机组。 前置机组是用电管理自动化系统通信网络中的一组节点，是一组特殊的工 作站。在整个用电管理自动化系统中，它是主站面向所有用电管理终端的窗口， 也是主站与所有用电管理终端进行通信的通信控制器。它们接受来自各工作站 的指令，转发工作任务，遥控管理终端或采集其运行数据并存储到网络数据库 内，供主站或其他网络用户分析使用，也可根据设置时问自动完成某些功能。 同时，对事件和优先级的分配也由前置机来完成。 前置机组中每两台为一组，互为热备份，分别为主站前置机、各个子站的 前置机。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 双前置机互为备份的工作模式：一台前置机对应一个电台，正常情况下只 有一台前置机工作；当a 电台出现故障时，系统可以自动切换到b 电台工作； 如果b 电台工作一段时间又出现故障，则系统又自动切换到a 电台工作。 主站前置机组是一组特殊的前置机组，负责接受后台传来的工作指令并将 这些指令分配到各个前置机组去执行，包括自己这个前置机组。这是因为在主 站前置机组里安装有系统任务处理的通道配置，在系统任务处理的的通道配置 里，一方面确定了主站和子站的前置机组工作方式的选择( 当选择双机热备份 的工作方式时，需要指定主备用前置机的口地址) ，另一方面，将每个前置机 组的通信串口配置为不同的通道，当系统执行工作站发出的指令后就将任务转 发给对应的前置机去执行。 通道配置同时也给每个前置机的串口输入一个名称( 对应某个频点) ，并在 前置机资源列表中将它显示出来，操作人员可以很直观的看到哪个前置机的哪 个串口对应哪个频点。因此在任务处理系统配置中，对每个串口添加了一个对 应的频点名称输入( 用户可以根据需要在这里进行修改和添加) 。 前置机组通道配置示意图如下。图中的频点、口地址、串口号、终端地址 范围只是举例说明，需要根据系统的实际情况进行配置。 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 前轰机缎频点分兜通道 螫置孰f p 建船，遥信串口 终端分配地雕范碍 笈送2 2 8 0 7 5 1 a 运道a 1 9 - 1 6 融0 1 l , c o m l 0 l 捧1 h 翁置帆组l 籀蹙篮i ，0 7 辍 1 p 2 1 6 8 m 1 2 - t c o m l 通道b 发透2 2 b 3 2 鞠 通姒 l 辨，1 6 8 。2 l 铷m l 0 1 0 1 h , - 0 2 0 0 h 翦置机组2 接受嚣i 匏翮 通枷 1 9 2 - l 醉0 z 7 j c o m i 施置秽【组3 琏送嬲4 0 0 m 通i 队 1 9 上1 6 8o3 l ，o o m l 0 3 0 1 f i - , 0 4 0 0 f i 接受盟1 ，4 0 渊 通道b 1 9 2 1 鹋盘3 2 姗口l 通道配置 筮殛2 躐4 7 5 m 避遭a 1 9 2 , 1 醚o 4 u c o m l 0 4 0 1 h - , o s 0 0 h 翦簧静l 纽4 接受2 2 i 4 7 翱 通邋b i 旺1 6 & n 4 2 m 1 发送猢，5 删 通i 遵a 1 9 2 。l 醴& $ lz c c m a l 0 5 0 i i f , 0 6 0 0 h 新霞规组5 接爱2 2 3 5 2 鞠 1 9 土l 黼o 5 2 ；o o m l 通道b 爱送2 辅6 7 辅 通遵a 1 9 2 , l 酩乱b | r ：o m | 0 6 0 l 降7 h 前簧机组6 後受2 2 3 6 7 捌 通通b 1 9 工1 6 s 。6 j c o m l 图2 9 前置机组通道配置示意图 在主站的后台添加终端时，根据终端的安装位置和对应的频点给每个终端 指定相应的通道，也就是说将这个终端分配给了某个子站，由某个子站负责与 之通信。 前置机组还可根据用户的需要设置成单前置机和双机热备份前置机组两种 模式。在双前置机热备份工作模式下，两台前置机互为备份，同一时刻只有一 台前置机为主前置机，它们互相监测，当主前置机故障时，由备份前置机接替 主前置机的工作。 考虑到子站前置机组的主备切换问题。在主站的任务处理中添加了一条手 动切换电台的命令，利用串口的r t s 来控制切换电台，使每组前置机可以响应 后台发出的切换主备前置机的命令。在执行自动任务时，主备前置机的切换功 能由前置机的监测控制单元来监视控制。 2 8 2 前置机软件 用电管理自动化系统的前置机组，一方面负责为理系统中需要与终端通讯 的其他子系统调度和分配各种通讯资源，另一方面还需要完成对系统中各种终 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 端监测数据以及远方抄表数据的自动采集功能。前置机组是用电管理自动化系 统中的一个非常关键的环节，是用电管理数据通讯链的基础。 前置机软件模块主要由任务转发子系统和自动任务子系统两大子系统组 成，两个子系统间通过专用的t c p 通道相连，共同完成用电管理的前置机系统 的功能。 任务转发子系统主要负责为整个后台子系统以及自动任务子系统调度和分 配通讯资源，完成后台所请求的任务转发功能。任务转发子系统可以管理的通 讯资源包括：2 3 0 m 、g p r s c d m a 无线资源和光纤、电话线等有线资源。在有 线资源的电话线通讯环境中，任务转发模块能自动完成拨号、挂机的功能；在 无线资源通信环境中，如果硬件支持，任务转发模块还能自动测试终端的上行 场强，并发送给相应模块。 在前置机资源列表中可以清楚的看到哪些串口连接电台，哪些串口连接 g p r s c d m a ，哪些连接有线m o d e m ，还有哪些没有启用。如果某个通道启 用，则可以看到这个串口收发的报文。前置机还能检测哪些工作站与它进行了 网络连接，并把每一个连接作为一个节点显示出来，双击其中的一个节点，就 能从弹出的弼络连接窗口中完整地看到该连接与前置机之间的全部通讯报文 了。当使用双机热备份的工作方式时，还能实时检测到双前置机问的通信状态， 查看备用前置机是否正常。 为了控制外围系统对通讯资源的使用，任务转发予系统维护了个m 地址 池，只有i p 地址池中存在的外围系统可以连接到任务转发子系统，使用通讯资 源。任务转发子系统使用排队方式进行通信，自动巡测任务的优先级较低，而 手工通信任务的优先级较高，当有手工通信请求时，可以较快得到响应。另外， 后台还可以手工暂停自动任务子系统的运行。 任务转发予系统完全脱离数据库运行，不受数据库的影响，只要后台与它 的通讯是正常的，它就能完成资源分配和报文转发的功能。 任务转发子系统的配置管理：用于修改任务转发子系统运行参数。 ( 1 ) 一般配置：包括本机角色、t c p 端口、双机备份信息、网络监测设置、 行政区划设置( 防止地区之间干扰) ( 2 ) 串口管理：包括设置参数由四部分组成，依次分别是波特率、校验方 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 式、数据位、停止位；发射起始延时指打开电台的延时、结束延时指发射完毕 后保持延时后关闭电台；串口用途表示串口连接电台、m o d e m 、场强测试、 直接电缆，或不启用 ( 3 ) 口地址池：设置可连接的口地址 2 8 3 前置机处理流程示意图 前置机处理流程示意图见图2 1 0 。 赣凡宁拧粤 1 d 越删 上 p 茁瓮= 饕i 鬈“” 图2 1 0 前置机处理流程示意图 2 4 - 中国电力科学研究院研究生部硕士学位论文 第3 章用电管理自动化系统的功能设计 3 1 设计依据 q g d w t 2 9 2 0 0 5 电力负荷管理系统通用技术条件 q g d w l 3 0 - 2 0 0 5 电力负荷管理系统数据传输规约 国网公司生产运营部：电力负荷管理系统通用技术条件- 2 0 0 4 ； 国网公司生产运营部：电力负荷管理系统数据传输规约2 0 0 4 ； 国网公司生产运营部：电力负荷管理系统功能规范； 行业标准d l f f5 3 3 1 9 9 3 ：无线电负荷控制双向终端技术条件； 行业标准d l t6 4 5 1 9 9 7 ：多功能电能表通信规约。 3 2 权限管理 除数据库的管理权限外，为了在分布应用中具有更加灵活的权限管理，有 必要加强对权限的管理功能，因此要设计一个对象的管理体系和一个权限的管 理体系。