（电气工程专业论文）供电企业负荷管理系统的完善与升级的研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 包头供电局负荷管理系统是保证电网安全、稳定运行的重要技术手 段，同时也是为供电企业内部各部门和营销自动化系统提供信息服务和技术支 持的信息管理系统。本文主要阐述内容为供电企业负荷管理系统完善与升级的研 究。遵循国家电网公司关于“电力负荷管理系统建设规范 的要求，在包头供电 局原有负荷管理系统的基础上，提出了系统完善与升级方案，改造系统软、硬件 设备，开发了系统新功能。系统运行稳定、功能完备，达到了预期目的。该系统 已开始在包头供电局电力营销管理中发挥重要作用。 关键词：负荷管理，电力营销，完善，升级 a b s t r a c t b a o t o up o w e rl o a d 姒m g e i n e n ts y s t e mi st 0e n s u r e 咖r ks e c u r i t y ，a n d 嘲b l e o p e r a t i o no f 也ei i l l p o r t a n tt e c 硒c a lm e 娜，b u t a l s 0f o r 也e l r i o u sd e p a 衄l e n t s 谢t l l i n t h e 伽【t e 叩r i s es u p p l y 趾dm a r k e t i j l g 鲫_ ：t o m a t i o ns y s t e m t 0 p r o v i d ei i l f 0 咖a t i o n t e c h l l o l o g ys u p p o r ts e r v i c e s 柚d 幽m l a t i o nm a l l a g e m e ms y s t e i n s f o l l o w 也es t a t e g r i dc o 印。枷o no f ”l o a dm a i l a g e m e n ts y s t 锄c o m 佃u u c t i o nn o 加晦a tt h er e q l l e s to f m e 嘶g i l l a lp o w 盱s u 即l yb u r e a uo fb a o t o ul o a dm 觚a g e m e n ts y s t e mi sp r o p o s e d b a s e do ni 1 1 j p r 0 v i n g 赳l du p 黟a d i n gp r o g r a mo fs y s t e ms o 抒胧弓a n dh 甜d 、v a r c ，s y s t e m d e v e l o p m e n ti l e wf e a n 鹏s s t l b l e0 p e r a t i o n 如n c t i o n st 0a c l l i e v em ed e s i r e dp u r p o s e t t 屺夥s t 锄k 略b e e ns t a r t e di nt h ee l e c t r i c i t ) ，s u p p l yb a o t o um a r k e t i i l gm 砒1 a g e m e n t p l a y 觚i l i l p o 删r o l e l iy a n ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c u ix i a n g k e yw o r d s ：l o a dm a n a g e m e n t ，p o w e rm a r k e t i n g ，i i n p r o v e ，u p g r a d e 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文供电企业负荷管理系统的完善 与升级的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：查邀 日期：型爰：墨：多 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：奎邋 兰 名 期 签 师导 日 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1 负荷管理系统完善与升级的必要性及意义 1 1 1 系统完善与升级背景 随着市场经济的发展和电力体制改革的深入，电力供需矛盾随着市场的变化而变 化，其发展目标从单一的负荷控制转变为多方位的负荷管理，即：以电力负荷“控制 功能为中心，同时在“管理 功能上不断增强并发展。随着电力行业市场化进程的不断 深入，各供电局以企业的身份投入到整个国民经济大潮中参与竞争，电力的商品化概念 被认定和强化，作为产品销售企业生存和发展的重要法宝嗜销理念和手段，也已成 为其发展的必备，电力营销工作必将并已成为各电力企业的重中之重【l 】。 作为具有较完备的通信网架资源、较全面的终端覆盖资源、集现代先进的计算机技 术、多种类通信技术、网络信息技术、软件开发技术于一体的负荷管理系统，具备且理 应成为电力营销的主要技术支持和手段。为了使电力企业从高新技术和科学的管理中寻 求效益，管理需要进行许多决策，而决策的提出必须掌握完备的信息，在掌握信息的基 础上，负荷管理系统的各项功能均应适应目前经济体制的用电需求，逐步适应电力模拟 市场运行要求，因此，要对原系统进行完善与升级改造，使系统真正发挥其应有的作用， 面对当前电力市场的飞速发展和全方位的客户服务，顺映内蒙古电力公司建设电力营销 系统的要求，包头供电局本着运用现代企业管理系统的理念，依据对物流、资金流、工 作流的统一规划、科学管理的思想，充分利用计算机、信息技术等先进技术手段，建设 一套适应现代电力营销的信息系统。 同时为配合国家电力公司面向2 1 世纪营销战略的实施，包头供电局实施了“电力 营销培训 战略，以提高全行业营销队伍素质，其中，电力负荷控制系统是其中主要内 容之一，在电力需求侧管理研究体系中，通常是以客户收费电能表为分界，将电能表的 用户侧称为需求侧，电力负荷管理系统的终端机安装在用户侧，它直接读取用户计费电 能表的数据，并按照系统主站指令对用户进行管理，负荷管理系统作为沟通供电企业与 用电企业之间最便捷的桥梁，已成为需求侧负荷管理中心【2 1 。它是一种为供电企业内部 各部门和营销自动化系统提供信息服务和技术支持，为供电区域内的电力用户提供信息 服务和技术支持，集远方控制、数据采集、信息共享等新技术为一体的需求侧负荷综合 管理系统。 1 1 2 国内外现状分析 自4 0 年代起，欧洲大陆各国已广泛地发展和应用了集中音频控制技术。日本6 0 年代 华北电力大学工程硕士学位论文 开始注意研究负荷控制技术，从欧洲引进制造技术，到7 0 年代已广泛安装使用了音频脉 冲控制装置。而美国，由于资源较丰富，开始并不重视负荷控制问题。后来在石油危机 的冲击下，才认识到充分利用能源的重要性，开始大力研究负荷控制技术，在7 0 年代中 期，先引进了瑞士的音频脉冲控制装置，后来又开发了无线电负荷控制、配电载波负荷 控制和工频电压波形畸变控制等多种方式，到1 9 8 0 年美国已经装备了1 7 0 多个负荷控制 系统。到9 0 年代初期，世界上已有几十个国家使用了各种电力负荷控制系统，先后安装 的各类终端设备已达几千万台，可控负荷覆盖面占全世界发电总装机容量的1 0 以上。 在我国，电力负荷控制技术起步较晚。1 9 7 7 年底，我国开始了电力负荷控制技术的 研究和应用工作，由于我国的电力负荷控制系统是我国处在计划经济时代的产物，以限 电为主要设计目的的自动化装置，带有鲜明的时代特征和历史局限性。根据国家计划用 电的需要，具有“不超不限，谁超限谁以及“控制到户刀等功能【3 j ，这对前些年在严 重缺电的情况下为保证电网正常供电，保障工农业生产和人民生活正常用电发挥了重要 作用，取得了显著的经济效益和社会效益。但随着国家经济体制由计划经济向市场经济 的过渡及发展，电力供应买方市场的迅速形成以及电网设备的更新换代，我国电力供需 矛盾有所缓解，电力负荷的“控制 功能作用相对减弱，因此有部分人就产生了误解， 认为电力负荷控制系统已不再重要或不适用了。事实上，许多地区根据电力市场形势的 变化，在原有的基础上加强和完善了负荷管理的功能，向更高的层次进军，从而使系统 和技术更好地为电力系统的用电管理现代化，为电力走入市场服务，取得了很好的效果， 使之在用电管理方面发挥出更重要的作用。把这些扩展的功能和负荷控制综合在一起， 就成了新形势下的负荷管理系统。它既是实现计划用电，节约用电和安全用电的技术手 段，也是配网自动化、用电管理自动化的一个重要组成部分【4 】。我国从开始研究电力负 荷控制技术到现在广泛地应用电力负荷管理系统，已走过了2 0 年的历史，取得了十分 可喜的成效。随着我国改革开放的深入和电力事业的发展，电力负荷管理技术必将在用 电管理现代化的发展中，越来越显示其重要性。 1 1 3 系统升级改造的必要性 无线电力负荷控制系统在包供发展于九十年代，经历了十几年的发展，其主要 职能已逐步从控制转变为控制与管理相融合的系统，并将管理放到了比较高的层 次，目的是更好地为用电营销服务，使电力企业从高新技术和科学的管理中寻求效 益。因而，随着电力市场供需矛盾的缓解，采用先进的技术设备取代落后的和功能不完 善的设备已势在必行，完善和升级负荷管理系统正是为了提高电力企业的综合效益，使 2 华北电力大学工程硕士学位论文 得电力负荷管理达到一个现代化的先进水平。 ( 1 ) 老的技术体系已不适应系统的新发展 随着电力体制改革的深入和电力买方市场的形成，电力企业的内外部环境发生 了深刻的变化，企业的工作重点已由原来的单一安全生产转变为以经济效益为中心 的全方位的综合发展。但是，负荷管理系统由于长期缺乏投入而造成的装备和技术 手段落后的问题开始影响企业营销工作的发展，限制企业管理水平和服务水平的提 高。主要表现在：a ) 系统终端型号属低端产品，无法实现多种数据的采集和处理。 b ) 系统数据传输率低，每小时采集数据时间长。c ) 主台软件采用的编程语言为 v b 5 0 ，不能很好的操纵硬件设备。d ) 主台服务器、前置机、电台型号属淘汰产品， 处理数据时间长，影响工作效率。 ( 2 ) 电力企业自身发展的需要 电力企业是技术密集型的企业，在安全生产和调度等方面的自动化程度都很 高，企业的计算机应用和管理信息系统建设等方面都比较先进，丽营销方面由于投 入不足，导致了自动化等方面的新技术应用与其他方面不能同步发展，许多应用项 目不能统筹考虑，造成在应用过程中互相脱节，没有统一的数据接口，共享性差。 营销工作自动化程度不高，会制约整个电力企业的自动化进程。负荷管理系统作为 沟通供电企业与用电企业之间最便捷的桥梁，应成为需求侧负荷管理| 中心：一种为供电 企业内部各部门和营销自动化系统提供信息服务和技术支持，为供电区域内的电力用户 提供信息服务和技术支持，集远方控制、数据采集、信息共享等新技术为一体的需求侧 负荷综合管理系统。因此，在电力企业市场化进程不断加快的今天，营销工作的自 动化不但要与电力企业的整体水平同步，而且还应适当超前其他方面，这样才能体 现“以市场为导向，以客户为中心 的现代企业经营理念，才能使电力企业的自动 化工作朝着正确的方向发展，才能使企业由传统管理体制转为现代企业集团、由政企 合一管理转为现代企业制度、由被动满足需求转为主动谋求发展、由官本位转为以人为 本，使企业管理真正实现科学化、专业化、集约化、信息化、国际化。 ( 3 ) 为客户服务的需要 电力负荷管理系统的客户服务分为两部分，主站网上服务和终端机现场服务。其目 的是：电力负荷管理系统在提高供电企业经济效益的同时，也使电力客户感受到自己受 到了尊重，得到了实惠，体验到了供电企业服务的真诚。主站网上服务，客户通过拨号 方式可以自己访问电力负荷管理系统网站，浏览有关法规、政策和其他信息。客户根据 应用权还可以查询和下载有关数据或上传用电计划和相关数据等。终端机现场服务，因 为负荷管理系统的终端机安装在用户现场，所以，负荷管理终端机可供用户随时查看各 种用电数据和中文信息。另外，终端机还向客户提供了计算机接口，连接计算机后，就 3 华北电力大学工程硕士学位论文 可调用负荷管理终端机内部的数据，浏览查询、下载打印各种报表和负荷、电量曲线等。 通过这两种形式，为客户提供方便、快捷的服务，也成为用户提高企业经济效益的一种 有效措施。 1 1 4 系统完善与升级的意义 包头供电局客户服务中心的成立为负荷管理系统的全面升级改造提供了资金 保障，完善与升级后的负荷管理系统将实现对客户用电设备管理手段的创新和现代 化，进一步提高企业的管理水平和经济效益，成为包头供电局的营销服务的子系统。 它围绕用经济、技术手段进行间接调控( 管理) 负荷侧大量增加，营销综合自动化系统 借助于现代管理科学、通讯技术、计算机和数据库等技术，实现对抄表、核算、收费、 帐务、业扩、计量、用电监察等业务全过程的自动化管理，为用电管理现代化提供了有 效的技术手段。从长远看，它建设了一套直接深入电力客户的无线通道，并将为供电 企业培养一批高水平的负荷管理队伍。具体表现在： ( 1 ) 完善与升级后的负荷管理系统不仅是科学管理用电的技术手段，也是配 网自动化、用电管理自动化的一个重要组成部分，它对改善电网负荷区县、均衡负 荷，保障电网安全经济运行起到重要作用。 ( 2 )负荷管理系统通过整点巡测等功能，全面掌握主要客户对负荷的需求规 律，负荷管理中心根据以往长期积累的客户用电历史数据及负荷曲线，作为负荷预 测模型的数据源，为地区电力负荷进行短、中、长期的负荷预测提供依据。 ( 3 ) 随着电力公司的独立运作，系统将作为电力公司的主要技术支持，利用软硬 件技术的快速发展，将负荷预测、线损分析、谐波检测、营业运作、多媒体信息查询等 功能不断完善，使系统成为每个电力公司、每个用电客户的必备。通过使用负控系统可 以达到降低线损，减轻电费回收难度，减少部分抄表人员的工作量，提高电表读取的准 确性的目的，为供电企业创造一定的经济效益。 ( 4 ) 实现地区、县、大用户的分级管理及联网功能【5 】，将负荷集中管理与用户 内部管理相结合，在管理中心优先监控下，用户利用r t u 实现内部的能量管理，使负荷 管理成为用户侧管理的有效手段之一。 1 2 本论文主要内容 本文根据包头供电局负荷管理系统的现状及存在问题，结合当前用电管理新技 术发展方向，为适应电力体制改革及本企业自身发展的需要，通过对负荷管理系统 各项功能的开发，完善并升级了包头供电局负荷管理系统的软、硬件设备，拓展了 系统多项功能。主要工作如下： ( 1 )结合包头供电局实际情况制定了系统完善与升级方案。 ( 2 ) 对负荷管理系统的软、硬件设备进行了升级改造。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 开发了负荷管理系统的六大创新功能。即：远方抄表功能、防窃电功能、 催收电费功能、功控功能、开发研制网页信息发布和数据共享功能、功率因数在线监测 功能。 ( 4 ) 通过对系统功能的应用，取得了一定的社会效益和经济效益。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章系统完善与升级方案的设计与实现 2 1 负荷管理系统现状 2 1 1 概况 包头供电局隶属于内蒙古电力( 集团) 公司，是国家大型一档企业，内蒙古西 部电网中最大的供电企业，主要担负着市区及市属两个矿区和三个旗县区的供电任 务，售电量占蒙西电网的5 0 以上。服务各类用户3 9 0 8 7 2 户，用电人口2 0 3 万人， 供电范围达4 万平方公里。2 0 0 6 年售电量完成1 6 6 6 7 亿千瓦时。目前，包头地区 日最大负荷2 6 8 万千瓦，日售电量5 9 9 4 万千瓦时。 包头供电局电力营销管理组织机构设置：电力营销部、客户服务中心、计量中 心、稽查分局、五个城区供电分局、一个大用户分局。各供电分局根据行政区域的 不同划分供电区域，电力营销部对全局的电力营销工作进行综合管理。负荷管理中 心隶属于客户服务中心，负荷管理系统作为紧急情况下系统限电最主要的技术手段承 担着保证电网安全、稳定运行的重要角色。加强系统的管理是确保包头供电安全，乃至 确保内蒙电网安全运行的有效措施，同时它也是营销管理系统的子系统。 包头供电局无线电力负荷管理系统始建于1 9 9 1 年，在当时电力供不应求的情况下， 主要起到限电不拉路的作用。1 9 9 6 年后随着电力供需矛盾趋于缓和，电力负荷管理系统 在功能和应用上有了进一步的扩展，其功能从单一的负荷控制逐步向负荷综合管理的方 向发展。负荷管理系统具有完善的遥测、遥信、遥控和当地闭环控制功能，远方终端具 有可靠的数据采集、处理和通讯功能，很容易与局m i s 系统、营业自动化系统、调度自 动化系统等联网实现数据共享。2 0 0 5 年，我们对整个系统进行了升级改造使其具备了远 方抄表、催收电费、防窃电及w e b 页窗口查询、功率因数在线监测等功能。目前负荷管 理系统拥有终端5 8 0 台，地区监视负荷1 8 5 万千瓦，地区控制负荷8 5 万千瓦。我们迎 来了负荷管理系统跨越式的发展年，随着我国经济增长，全社会用电量增长速度迅猛， 由于高峰负荷增长过快，超出了电力系统的供应能力，出现了电力供应紧张的局面，为 了做好迎峰消夏工作，我们还开发了谐波监测以及功控等功能。目前，负荷管理系统为 了更好的适应电力营销发展的需要，正不断开发新的功能。逐步提高营销管理水平【6 】。 2 1 2 系统结构组成 包头供电局无线电力负荷管理系统是采用大集中控制模式系统，由一个管理中心和 几百个远方终端( r t u ) 所组成，它实际上是一个规模较大的远程监控系统，即s c a d a 系 统。系统的特点是远方终端数量特别多，但每个终端的实时信息量并不大，而对实时性 6 华北电力大学工程硕士学位论文 的要隶也比电力调度的s c d a 要低些。但囡其数量多、分布广、且直接管理着用户动力， 所以对系统可靠性有很高要求目前主要功能为监测大用户用电负荷情况和根据“迎峰 度夏”等任务要求，按用户、线路( 群发) 实施负荷控制。 21 3 系统基本组成 包头供电局负荷管理系统由一个主站和5 8 0 个远方终端组成了一个基本的无线电力 负荷管理系统，系统采用一组负荷管理专用职工频率，频率为2 3 05 2 5 m h z 、2 2 35 2 5m h z 。 按国家无线电管理委员会规定。在主站选用的这组无线电频率，高段频率发送低端频率 接收。 此次升级系统由于包头地区管理范围较大，并受地形条件限制，增设四个中继站以 满足覆盖范围的要求。主站与中继站的通讯采用光纤通道。有部分特殊区域只有个别少 量的终端与主中心直接通信有困难，建一个中继站来覆盖，经济上不合算，就采用终端 转发( 即终端中继) 技术，可利用它们附近的一个终端来兼中继功能，解决那些少量的 终端的覆盖问题。对于无线通信条件极差的个别点则采用有线通信的方式来解决。 214 系统主站组成 分中 圈21 系统框架示意图 彳艏 础h 喇“ 华北电力大学工程硕士学位论文 包供电力负荷管理系统的主站由计算机网络( 包括网络服务器、w e b 服务器、各类 工作站、前置计算机、大屏幕显示器、打印机、集线器以及路由器等) 、数据传输信道 机( 包括负控专用频率的无线数传机和天馈系统、微波信道、光纤信道以及电话调制解 调器上电话线路等) 和电源系统组成。 打印 数据分析打印工负荷管理值班负荷管理值班主服务 磁盘阵 妻芝怒 图2 2 电力负荷管理系统主站组成示意图 为了提高系统的可靠性，升级改造了无线信道部分和前置计算机，改为双机热备份， 二套设备平时都开机，但只有一套参与工作，当出现故障情况时，另一套立即替代故障 设备投入工作。无线信道采用进口基地电台改制成数传机，天线采用高增益全向天线， 天线馈线采用低损耗高频电缆。 其中前置机负责负荷管理系统无线、有线网络的通信，根据不同的值班机的要求， 将数据报文发出，同时接收终端回送信息，返回给相应的值班机【7 1 。升级方案要求稳定 可靠的网络通道，由于负控采集数据量较大，有可能在特定时刻出现大流量数据。要求 支持多种通讯规约。采用多线程技术实现多信道的并发，报文队列和基于信道的备份和 自动路由，并可通过值班机动态参数配置和掉电等灾害的自恢复功能。 华北电力大学工程硕士学位论文 白云a 囤：l 匕a 主电台a 主采集a 石拐a 石园a 白云b 固j 匕b 主电台b 主采集b 石拐b 石园b c o m l c o m 2 c o m 3 c o m 4 c o m j c o m l c o m 2 c o m 3 c 0 m 4 c o l 沮j o u i o 前置机a 前置机b 电源a 电台a 采集嚣 电台b 电源b 四线 e ，m 四线 e ，m 图2 3 包头供电局负控主台机柜正面图 9 华北电力大学工程硕士学位论文 升级后的智能测量分机用以监测中心的数传机的发射功率及接收到远方终端的信 号强度，并送到计算机屏幕显示出来，用以分析信道设备的故障情况。 网络服务器主要用来存放网络操作系统及共享数据，实现网络管理和资源共享。 在系统升级改造中，增设了一台备份服务器，与主服务器通过集群技术实现双机热 备份，同时备份服务器可以承担w e b 浏览发布任务，分担了主服务器的负载，同时提高 了主服务器的安全性。 主站中的各工作站，主要进行数据处理，完成各项操作及各自承担的系统管理任务。 如打印工作站，负责数据处理及打印管理；系统维护工作站，对系统的工作软件进行维 护；数据分析工作站，负责数据的统计分析工作等。 增加的网关设备主要用于连接外部网络，与其它系统网络互联实现数据共享。网关 设备采用带防火墙功能的三层交换，与外部网络安全隔离，以保证电力负荷管理系统主 站计算机系统的安全稳定运行。 2 1 5 终端设备 包头供电局原有终端主要以采集控制大用户厂站端数据为主，通过对表计脉冲输 出、4 8 5 口数据通信来实现采集功能，通过继电器来控制用户用电开关实现远方跳闸功 能。 改造后的终端在原有电台调制解调单元、主控单元、显示单元、输入输出单元、 三相三线( 三相四线) 输入单元及开关电源的基础上，新增加了交流采样单元。 其中，终端无线电台采用2 3 0 姗z 频段，根据国家无线电管理委员会颁发的有关规定 设定具体频点。电台采用f m _ f s k 体制，它的主要作用是接收和发送数据，主中心发送来 的无线电调频信号由接收机解调出频率键控信号，然后再由解调器还原为数据信息至主 控单元。主控单元发送的数据信息先经调制器变成频率键控信号，再对发射机进行调频， 然后向主台发射。无线电台的收发受主控单元控制。调制解调单元由输入输出接口、控 制逻辑电路、发送限时电路、调制解调电路、数话转换电路及电源组成。主控单元是终 端的核心，它采用高可靠性、低功耗中央处理器，主要功能电路由e p r o m 、s i 洲及串行 通信口、遥控输出接口、脉冲输入接口、遥信输入接口和a d 变换接口所组成。主控单元 主要是接受主台的命令，并按其命令执行各种控制、测量以向主台发送有关数据和状态 信息，处理显示单元由内部r s 4 8 5 接口送来的面板按键信息，并根据当前按键状态发送 相应的汉字信息、数据信息以及发光二极管状态指示。显示单元设计为含有c p u 的智能 模块，有一个薄膜键盘，能外接一个调试键盘，通过机内4 8 5 口与主控单元通信。输入 输出单元对输入的模拟量进行缓冲，对输入的数字量进行隔离，对抄表口进行隔离及电 平转换。对输出的信号进行驱动后带动预动作继电器及执行继电器，避免了误动作。 l o 华北电力大学工程硕士学位论文 终端工作电源采用高效开关电源，电压适应宽提供两档选择，分别适应2 2 0 v 和1 0 0 v 电压”。 新增加的交流采样单元是一个智能模块。它含有c p u 、高速a d 转换电路。通过隔离 的r s 4 8 5 口，接到输入输出单元的r s 4 8 5 抄表接口，将采集到的交流电压、电流等信息 送到主控单元进行处理。交流采样单元可分为三相三线制和三相四线制两种，用户可根 据各自的测量回路的形式进行选择。 改造升级后终端的主要功能指标为： 时钟误差01 2 s h ； 遥控输出：4 轮，常开常闭接点可选，接控制开关操作机构： 模拟量输入：6 路，0 5 v 直流输入，来自电压、电流变送器。测量误差l ： 脉冲量输入：4 路，0 1 2 v 脉冲输入，来自脉冲电表。测量误差l ： 遥信输入：4 路，无电位接点信号输入，接操作机构辅助接点； 外接报警常开接点：1 个。容量a c 2 5 0 v 2 a 。 打印接口：1 个。外接打印机。 r s 4 8 5 抄表接口：1 个。接智能电表。 扩充异步通信口：1 个，r s 2 3 2 t t l r s 4 8 5 可选。 远程显示接口：1 个。可选配外接台式终端汉字显示器。 显示：l c d 点阵。二级国标字库； 22 系统升级完善设计思路 根据现有电力负荷管理系统现状，系统升级应按层次结构来进行。 图2 4 系统层次图 自下向上依次分为四个逻辑层次：现场数据采集与监控层；现场数据系统收集层； 数据处理与服务层和客户应用层。 2 21 现场数据采集与监控层 现场数据采集与监控层物理上主要对应的是终端设备。随着系统的不断发展，包括 华北电力大学工程硕士学位论文 需要实现全方面的数据监测，采集监测对象、范围由单一的专线、专变用户发展到了涵 盖变电站、各类用户、公用配变、以及并网点等。 原有的单一负荷管理终端从功能和性能上都无法满足现有需要，需要进行升级改造 和扩充。 在硬件上，由于数据采集内容的增加，这样需要终端具有大容量存储空间。终端应 采用模块化设计方法，支持多种信道。随着大规模的应用，终端成本价格应能在供电企 业可承受范围内。 在软件上，由于通信规约和实际应用的不断发展和完善，终端需支持远方下载等功 能，方便实现软件升级。 最后，由于大规模应用，终端的维护使用成本成为了一个极为重要的因素。同时， 终端采集数据是整个系统应用基础，必须保证终端的低故障率，终端设备的稳定性和安 全性成为一个首要考量指标【引。 2 2 2 现场数据系统收集层 现场数据系统收集层物理上主要对应的是主站与终端之间的通信信道。 原有2 3 0 m 无线专网信道虽然有着实时性、安全性、可靠性、专有信道资源保障等 优点，但是随着系统的进一步发展，终端规模的不断扩大，2 3 0 m 信道通信资源紧张的瓶 颈也日益突出。这样就要求在信道层次进行横向及纵向的拓展。 横向方面，随着通信技术的发展，通信手段的多样化，应用系统所必需的数据传 输信道有了更多的适用性选择，除了电力负荷管理系统规定选用的成熟的2 3 0 蛐z 无线 专网以外，目前还有无线公用通信网的部分选择和试点运行。此次改造我们选择了一个 较典型的多信道的通信网架，包含了2 3 0 m 无线专网、g p r s c d m a 无线公网、有线拨号、 微波、光纤、电力线载波。采用多信道组网目前已成为一种网架构筑的趋势，可以避免 单信道组网带来的诸如成本投入太大、易受地势和干扰等因素影响或实时性不够等问 题。 纵向方面，对于2 3 0 m 无线专网原有信道通信技术在运用水平和效能上得到了大大 的提升。2 3 0 m 无线专网9 6 0 0 波特率的高速通信已经在实际运用中推广。在配合主站前 置通信机和网络通信服务平台的基础上多个位于不同地点不同频点的2 3 0 m 主站能够提 供整体信道服务，打破单一频点6 0 公里的覆盖限制，达到全市及区县全覆盖。 2 2 3 数据处理与服务层和客户应用层 数据处理与服务层和客户应用层主要对应的是中心主站特别是软件主台部分。 整个软件系统采用分层设计，采用三层分布式结构体系，系统分为数据库访问逻辑 层、业务逻辑层、用户表示逻辑层： 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 数据库访问逻辑层负责数据库储存服务： 业务逻辑层是大量的业务及数据处理集中所在，组件化的结构使其可以满足“w r i t e o n c e ，r u na n y w h e r e 的体系要求，其中包括现场数据采集组件、数据集成组件、服务 管理组件、系统维护管理组件、基本应用组件以及高级应用组件等： 客户表示逻辑层仅仅实现客户端较为简单的操作，如页面编排与数据查询等，实现 “瘦客户”的系统要求。 按层划分，为负荷管理人员提供了明确的运行维护对象，便于组织管理和维护。 分布式系统是形式上分散在两个或更多的计算上都为了实现一个共同的目标而共 同工作的一个软件实体的集合。系统按层次设计，物理上可以由在分散在各不同地理位 置的多台计算机、多平台、多进程、多语言来实现同一目标。而这些目标功能同样可以 提供跨语言、跨平台、跨进程、跨机器、甚至跨开发商的互操作性的服务，使目标实现 功能在任何粒度上透明使用，使其成为解决大型软件系统方案的首选。 程，j ；三翌墨辟层兰p r e s c n t a t i o nl o g 主c ：， j j a v a 辩璋l o t ， s 科。v 1o t ， j s p 、x m t l 业务j 笺孳垂层 釉s n p s s1 妇 c ( 跏s s i o nr 触n 吞) ：一”要 数挺袈成组件 l 系统维拶铐理纰付l 基础虑用 l 羯绂麻阁 数据采集班群。 i 管理服务组件 1 1 量 j ，数擀辫淤阎逻辑嚣n 8 ；al m g i c ( 豳t i 每yb c 叩蛰0 。：。：奢 l 数搦庠交嚣j i 臣务组件。r 脚i n g l l ( 数攒麾壤群挽疆均衡 ) 匡一区一 图2 5 主站的客户表示逻辑层和业务逻辑层 同时分层体系设计给系统纵向、横向扩展留有了极大空间，符合当今国际先进的系 统设计架构。 2 2 3 1 表示逻辑层 华北电力大学工程硕士学位论文 其是整个系统的最高层，是各种应用的实现界面，负责与用户的交互，接收用户的 各项输入并输出各项结果。其实现由j a v aa p p l e t 、s e r v l e t 、j s p 、x m l 等完成【10 1 。这 里的实现界面即可以使用专业操作工作站软件，也可以是b s 结构的普通i e 浏览器。 2 2 3 2 业务逻辑层和数据库访问逻辑层 业务逻辑层主要由数据处理与服务组件为整个系统的核心，即通常所说的中间层所 在。该层服务主要向下调用3 类服务：数据收集的信道服务、大型关系数据库的数据服 务和操作系统的应用服务。 这样就可以在最大程度上实现对信道、数据库的统一管理和调用，使信道资源和数 据资源充分共享。对操作系统通过通讯通道实现多种平台的互连实现。 业务逻辑层有两大基本组件组成： 采集组件：采集组件处理报文数据调度、报文解释、定时任务、主动上报处理等， 并通过对管理服务组件调用，实现对数据库服务的使用。通过消息队列方式控制前置机 信道服务。 管理功能组件：管理功能组件实现数据统计分析、权限、对外数据提供服务、系统 运行监测等内容。 在上述两基本组件服务基础上，业务逻辑层提供了下列基本服务： 基础应用：基础应用主要是指对负荷管理系统日常运行的应用，包括用户档案、参 数设置、数据采集、遥测监控、事件上报、异常告警、运行管理、数据报表等内容，主 要供负荷管理中心人员使用。 高级应用：高级应用则指以负荷管理系统的数据资源、功能资源、设备资源为基础， 进行进一步的数据挖掘和使用，包括线损分析、负荷电量分析、负荷预测、电费结算、 用电监察等应用，为提高电网经济运行和甩电营销质量而提供有力的技术支持。 2 2 3 3 网络平台 网络平台是对于业务逻辑层的一个封装实现，它对于数据采集服务和管理功能服务 进行封装实现，通过网络平台提供的现有服务，可以方便的实现对数据库操作、信道服 务操作等功能。 2 3 系统实现目标 2 0 0 5 年，为缓解用电紧张的局面，负荷管理系统从需求侧管理入手，采用经济和技 术手段，加强“计划用电、节约用电、安全用电 的管理，被证明是行之有效的方法。 在技术上负荷管理系统采用，一方面通过功控、电控、厂休控的多种控制手段的灵活使 用可以改善负荷特性，提高用电负荷率，减少峰谷差矛盾，减少停电次数，拉闸不拉路； 通过数据采集功能，可以为用电负荷分析、电费结算和用电监察提供有力的支撑1 1 1 】；另 一方面，通过负荷管理系统的功能扩展可以进行电表状态监测、防窃电、电能质量监测 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 等功能。我们依靠现代化计算机技术、网络技术、电子通信技术和电能计量技术，从强 化电力营销管理和提高客户服务质量为出发点，及时获取客户用电的第一手资料，提高 管理的针对性和有效性，构筑需求侧管理现代化平台，建立市场化的限电模式，改进现 行营销工作方式，将负荷管理系统发展成为集数据采集、负荷控制、用户服务的多种功 能为一体的用户信息管理综合功能： ( 1 ) 支持系统互联：随着系统发展，系统资源的共享，是系统发展的必然，负荷 管理系统从其他系统获得数据，其他系统也需要从负荷管理系统中获得数据：负荷管理 系统需要其他系统的信道资源，其他系统也可以共享负荷管理系统的资源。最大限度地 发挥各系统的作用，实现采集和业务管理自动化。 ( 2 ) 线损管理：随着负荷管理系统采集的数据范围的扩大和支持的采集设备的多 样化，除了采集专变的数据外，还可采集公变和系统变电站的数据，为线损的管理提供 了大量的基础数据，也改变着线损管理的方式和工作内容，为更精细的线损、实时的线 损管理提供技术保证。 ( 3 ) 电能质量：随着电力市场的规范和成熟，电能的质量越来重要，负荷管理系 统可以通过采集和处理电压、电流、谐波、停电时间、不平衡度等数据，实现电能质量 的监视和管理。 ( 4 ) 需求侧管理功能：在系统采集数据基础上，进行分析用电市场分析，需求趋 势预测，指导电力市场的管理和开拓，支持辅助决策。 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章负荷管理系统软、硬件升级改造 3 1 系统升级改造原则 这次系统的升级改造是在原有系统基础上进行的，所以必须坚持以下原则： ( 1 ) 主站系统做到工作标准统一、业务流程统一、软硬件平台统一、应用系统接 口统一。能够满足通用的、符合标准的终端设备。 ( 2 ) 坚持实用性和先进性相结合，在保证系统实用性的前提下，能够满足系统规 模和应用功能的不断扩展和完善，努力降低投资和运行成本。 ( 3 ) 保证可靠性和安全性，在系统软、硬件的选型和配置上具备良好的兼容性和 可靠性，同时采取有效的安全措施和技术手段保证系统平台和数据的安全，满足系统全 天候的运行要求。 ( 4 ) 充分结合现在组织机构，建立统一的协作机制，业务部门与管理部门互相配 合，通力协作，以执行系统职能。 ( 5 ) 投资保护，充分考虑现有电力负荷管理系统、公用配变监测系统、居民集中 抄表系统等的已有的软硬件设备，继承有价值的数据及设备资源，避免资源的浪费。为 了保护已有投资和适应今后的技术发展，系统要在系统平台、通讯方式、终端设备、数 据传输规约等方面充分考虑系统兼容性的要求。 3 2 系统体系结构升级 如图3 1 所示，电力负荷管理系统进一步进行扩展形成以采集为主的电能信息采集 与监控系统平台。其中业务逻辑层主要由数据采集组件与数据服务组件为基础，而数据 采集组件向下进一步调用数据收集层提供服务；数据服务层则向上对客户层、用电营销 系统、客户系统等提供数据服务。 3 2 1 现场数据采集监控层 现场数据采集监控层，主要由用电现场运行的各类终端设备组成。终端负责现场用 电信息采集、异常事件的上报和执行主站各种监控命令。终端通过g p r s 【1 2 】、c d m a l x 、 2 3 0 m 无线专网、光纤、g s m 、有线电话线等物理信道配合相应的通讯规约实现与主站通 信。终端不但可以是各类负荷管理控制终端，而且可以是各类馈线自动化终端、变电站 抄表终端、公用配变监测终端、居民集抄终端等各种类型设备。 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 3 2 2 数据收集层 数据收集层通过不同信道驱动组件实现对具体的各种物理信道操控，负责主站数据 下发和接受终端上传部分，即信道服务层。该层主要工作分布在地主台系统的前置机上， 由于该层是整个系统实现远程通讯的关键所在，所以必须确保该层所运行软件模块的简 单、稳定、高效，系统采用多线程、多任务设计，可对各信道通信情况实现实时监测、 分类统计、报文过滤等功能。并通过调用规约管理模块，加载规约库的方式实现，对多 种规约，包括不同帧结构规约支持，真正实现对多规约兼容。 专 审 p 壤 业 操 浏 作 览 器 站 w a s ，o r b 、c o m - c (m + 公共舸豫代理，w e b 荔a 粕暇铬 数据经照 服务层 数 巾阔接口 一_ 。、 一 债道路娃l 及负载均衡卜一消息队列 现场数据 采缎监控缓 物理储道 曰围圈圈回备攀 图3 一l 系统体系结构 具体实现方法是在该层上提供了标准消息队列( m q ) 对外服务调用接口，可以直接 1 7 华北电力大学工程硕士学位论文 调用前置机信道服务。系统内通过信道路由模块及负载均衡模块实现对前置机工作负载 的平衡调度，根据具体信道通讯的不同特点，实现多信道负载平衡及多信道实时热互备。 3 2 3 数据集成 中间层对外提供统一的接口服务，接口包括w e b s p h e r ea p p l i c a t i o ns e r v e r 接口 服务、消息队列接口服务、c o r b a 标准0 r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r 对象请求代理) 接 口服务、c o m 、c o m + 接口等，可满足各种客户应用需求和已知系统或未知系统对负荷管 理系统的功能、数据、资源的使用。 对外数据集成主要指两方面：一方面是指负荷管理系统一些基础运行数据、流程电 子传单传递等内容的信息流入，例如从用电营销系统获取用户报装有关用户用电信息， 购电传票等；另一方面指给各外部系统提供更贴切数据服务，例如按具体系统要求提供 中间数据库表，为了调度自动化系统安全而进行系统串口对联、w e b 网页数据发布提取 等特殊要求的数据服务。 3 3 主站体系升级 3 3 1 主站软件升级 3 3 1 1 主站软件结构体系 包供原有的负荷管理系统，受到当时技术和应用的局限，在技术上采用的是二 层结构，已经不能满足集团公司广域网的统一安全规划的需要。另外，在软件功能 上，与日益增长的用户需求不符合。两层结构存在以下两个主要缺陷：a ) 管理方面： 当一个二层系统发展超过某一特定点，长时间的维护可能就会非常困难。b ) 二层结构还 对他们的数据结构有很强的依赖性，当你正在开发一个修改数据结构的新的客户方的应 用程序，因为当前的所有应用程序直接与数据库服务器本身对话，所以不得不修改为考 虑了新的数据库结构和格式。 从体系结构上讲，两层结构，客户端是直接与数据库服务器连接的，而且，连 接信息在客户端程序中，数据库帐号和密码比较容易破译。同时，随着企业营销改 革的深入，营销组织机构在不断调整中，营销业务在优化重组，营销业务及管理的 需求在不断变化，如何使系统经过简单的调整，迅速适应这种变化，保障系统的稳 定运行，将变得越来越重要。因此，有必要引入三层结构。 3 3 1 1 1 二层结构 包头供电局现有的负荷管理系统采用的是二层结构，这种体系结构出现在8 0 年代，即：客户机服务器。网络应用绝大部分分为四个层次：表现层、事务层、 1 8 华北电力大学工程硕士学位论文 数据逻辑层和数据存储层。在两层结构中，表现层和事务层都放在客户端，数据逻 辑层和数据存储层则放在服务器端。在两层结构中，客户端保持着应用程序，直接 访问数据库：服务器端存放着所有数据，每个客户与数据库保持一个信任连接。客 户端通过应用程序向数据服务器发出s q l 请求，数据库服务器据此请求对数据库进 行操作，并向客户端返回结果。服务器为多个客户应用程序管理数据，客户程序发 送、请求和分析从服务器接收的数据，是一种“肥客户机 、“瘦服务器”的模式。 图3 1 两层结构图 两层结构应用软件的开发工作主要集中在客户方，客户方软件不但要完成用户 交互和数据显示的工作，而且还要完成对应用逻辑的处理工作，既用户界面与应用 逻辑位于同一个平台上。这样就带来了两个突出的问题：系统的可伸缩性较差和安 装维护困难，使得两层结构应用软件在i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下的使用受到较大 限制。 3 3 1 1 2 三层结构 包头供电局负荷管理系统，有内蒙电力公司和本局电营销管理信息系统两方面的联 网需求，同时调度自动化系统等其他子系统也和它有联网的需求。传统的c s 系统没有 应用服务器，把它的功能并入用户接口的应用程序中，这样对于其它的联网的要求，就 要有相应的接口程序，这些程序功能有想当的功能重叠，不变于维护和升级，也不能通 过简单地增加运行硬件的数量来提升系统性能。把应用逻辑和功能在应用服务器上实现 则可以同时满足以上几方面的需求，实现负载均衡。这样用户接口应用程序就变得相当 的简单，可以由浏览器承担，实现瘦客户机功能，客户端无须安装。 三层结构是为了缓解在二层结构中遇到的一些问题。和二层结构一样，三层结构具 有一个数据层，它通常运行一个管理应用程序数据的数据库。然而，在三层的模型中， 应用程序被一分为二。客户仍旧负责维护用户接口，因为在三层结构中客户只含少量的 功能，所以这些程序被称为瘦客户。大部分的业务逻辑和应用程序规则现在都从客户层 被分离出来并放置