（电气工程专业论文）配电网线损在线监测及分析系统设计方案研究.pdf

华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 以“厂网分开，竞价上网”为核心的电力体制市场化改革的推进，电力供过于 煤价格市场化使供电企业面临着更大的市场压力。目前，供电企业正尝试利用 的信息通讯技术和配网自动化技术，整合现有的分散、孤立的电能信息采集系 一个应用高度集成、信息高度共享、运转通畅、科学规范的配电网线损在线监 系统，以有效降低线损，实现电网经济运行。 针对以上难点讨论了配电网线损在线监测及分析系统设计方案研究过程。文中 了系统设计采用的几个关键技术，如电能量采集及防窃电技术、不同类型终端 的一体化接入、营配系统间信息交互共享、在线线损的计算和分析及基于g i s 的理论线损计算等，并最终给出了系统整体设计。 配电网，线损，系统，设计 w i t ht h er e f o r m a t i o na n dd e v e l o p m e n to fp o w e ri n d u s t r ym a r k e t i z a t i o n , w h i c ht a k e s “s e p a r a t i o no fg e n e r a t i o nf r o m 鲥d ，b i d d i n gf o rg e n e r a t i o n ”a sc o r e ，p o w e rs u p p l ye x c e e d i n g d e m a n da n dp r i c em a r k e t i z a t i o no fp o w e rc o a lm a k ep o w e rs u p p l yc o m p a n i e sf a c eg r e a t e r p r e s s u r e a tp r e s e n t , i no r d e rt oe f f e c t i v e l yr e d u c et h el i n el o a s e sa n di m p l e m e n te c o n o m i c o p e r a t i o no fp o w e rn e t w o r k , p o w e rs u p p l yc o m p a n i e sa r et r y i n gt oi n t e g r a t et h ee x i s t i n g f r a g m e n t e da n di s o l a t e de n e r g ya c q u i s i t i o ns y s t e m , t ob u i l dao n - l i n em o n i t o r i n ga n da n a l y s i s s y s t e mo fl i n el o s si nd i s t r i b u t i o ns y s t e mw h i c hh a sh i g h l yi n t e g r a t e da p p l i c a t i o na n dh i g h d e g r e eo fs h a r i n go fi n f o r m a t i o n , n l n ss m o o t h l y , a n di ss c i e n t i f i ca n ds t a n d a r d i z e dw i 廿lt h e r a p i d l yd e v e l o p i n gt ec ：h n o l o g yo fi n f o r m a t i o n , c o m m u n i c a t i o na n dd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n a c c o r d i n gt oa b o v ep r o b l e m s ，t h i sa r t i c l em a k e sr e s e a r c ho fd e s i g no fo n - l i n em o n i t o r i n g a n da n a l y s i ss y s t e mo fl i n el o s si nd i s t r i b u t i o ns y s t e m s e v e r a lc r i t i c a lt e c h n o l o g i e sa r e d i s c u s s e d ：e l e c t r i ce n e r g ya c q u i s i t i o na n da n t i t a m p e rt e c h n o l o g y , a c q u i s i t i o na n dm o n i t o r a c c e s st od i f f e r e n tt y p e so ft e r m i n a la saw h o l e , i n f o r m a t i o ne x c h a n g eb e t w e e nd i s t r i b u t i o n a n db u s i n e s sc o m p u t e rs y s t e m s ，c a l c u l a t i o na n da n a l y s i so fo n l i n el i n el o s s e sa n dc a l c u l a t i o n o ft h et h e o r e t i c a ll i n el o s s e sb a s e do ng i sn e t w o r kt o p o l o g y a tl a s t ，t h ed e s i g no ft h es y s t e m i sg i v e n z h a n gh a nj i n g ( e l e c t r i cp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a n gj i n gy a n k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o ns y s t e m ，e n e r g ya c q u i s i t i o n ，l i n el o s s ，s y s t e m ，d e s i g n 学工程硕士专业学位论文 目录 1 ：z 4 5 ! ； j ! ； ! ； 6 2 3 理论线损计算6 2 3 1 概j 苤。6 2 3 2 理论线损计算的原理7 2 3 3 配电网的等值电阻计算8 2 3 4 常用理论线损简化计算方法9 2 3 5 常用潮流计算方法1o 第三章配电网线损在线监测与分析系统设计 1 4 3 1 配电网线损计算和分析工作的现状1 4 3 1 1 各电能采集系统的建设情况1 4 3 1 2 线损计算与分析系统现状1 4 3 1 3 现状分析1 5 3 2 系统总体设计1 6 3 2 1 设计原则与目标1 6 3 2 2 系统逻辑架构1 6 3 2 3 系统物理架构。17 3 2 4 系统功能架构1 8 3 3 采集设备设计l9 3 3 1 采集对象分类及采集要求1 9 i i 士专业学位论文 ：! ( ) ：! ：! ：! ：! ：1 6 ：1 7 ：1 7 ：1 7 ：1 8 ：1 9 ：il ：；1 ：i ：! ：i ：1 3 7 4 主站信息采集流程3 4 3 8 系统接口与应用集成技术3 6 3 8 1 服务总线3 6 3 8 2 与营销技术支持系统的无缝集成3 8 3 8 3 与其他系统接口3 9 3 8 4 跨系统的业务流程3 9 3 9 实时损耗计算、监测与分析平台4 l 3 9 1 损耗计算模型4 l 3 9 2 功能设计4 4 3 9 3 分线线损4 4 3 9 4 分台区线损4 4 3 9 5 分压线损4 5 3 9 6 区线损4 5 3 9 7 理论线损的计算4 5 3 1 0 事项管理服务：4 5 3 1 0 1 事项分类4 6 3 1 0 2 告警策略4 6 3 1 0 3 事项发布与订阅4 6 3 1 1 系统功能设计4 7 i l l 3 1 1 1 2 有序用电管理5 4 3 1 1 1 3 预购电管理5 4 3 1 1 1 4 统计报表5 4 第四章系统建设应用情况与成效分析。5 4 4 1 系统建设应用情况5 4 4 2 系统运行成效5 5 第五章总结和展望。一一一。一5 7 5 1 总结5 7 5 1 1 应用特点j 5 7 5 1 2 设计的创新点5 8 5 2 展望5 9 参考文献。6 0 致谢 在学期间发表的学术论文和参加的科研情况 i v 6 2 6 3 电力大学工程硕士专业学位论文 第一章绪论 考核电力部门的一项重要经济指标，也是表征电力系 经营管理水平的一项综合性技术指标。在电力网的实 出的供电量和售电量之差得到的线损电量，称为统计 统计线损率。在统计线损电量中，有一部分是电能在 ，其数值由相应时段内运行参数和设备参数所决定， 理论线损电量，相应的线损率称为理论线损率。另一 造成，称为管理线损电量n _ 1 。统计线损电量包括了管 一定能反映电力网的真实损耗情况。 ，提出优化电网结构的措施，实现电网经济运行，合 理制订线损指标，在能源部颁发的电力网电能损耗管理规定中明确规定：各级 电力部门必须定期组织负荷实测，并进行线损理论计算，为提高理论计算的准确度 和速度，应使用电子计算机计算。随着电力体制改革的逐步深化，强化线损管理、 深挖内部潜力、提高经济效益迫在眉睫。国家电网公司在2 0 0 4 年以国家电网生 2 0 0 4 1 2 3 号文下发 o 5 时，按直线变化的持续负荷曲线计算k 2 ，公式为( 2 - 1 4 ) 后2 ：1 t r + ( 1 - a t ) 2 3 ( 2 1 4 ) 【( 1 + a ) 2 当f a 时，按二阶梯持续负荷曲线计算k 2 ，公式为( 2 - 1 5 ) k 2 ：f ( 1 + = a ) 一- t t ( 2 1 5 ) 1 再根据公式( 2 - 1 6 ) 可确定电能损耗电量为： a , 4 = 3 2 4 k 2 1 2 ，r l o 一3 ( 2 1 6 ) 平均电流法和均方根电流法都是以等值电阻为基础的，公式中的电阻r 都是配 网中线路各计算线段的等值电阻。 2 3 5 常用潮流计算方法 配电网潮流算法是配电网网络分析的基础，配电网的网络重构、故障处理、无 功优化和状态估计等需要用到配网潮流的数据。与输电网相比配电网的网络结构有 着明显的差异。配电网的网络呈辐射状，在正常运行时是开环的只有在倒换负荷 或发生故障时才有可能出现短时环网运行情况。配电网的另一个特点是配电线路的 总长度较输电线路要长且分支较多配电线的线径比输电网细导致配电网的r x 较大，且线路的充电电容可以忽略。潮流计算可采用多种计算方法，本文主要介绍 前推回代法、牛顿一拉夫逊法、p q 分解法三种方法。 1 0 华北电力大学工程硕士专业学位论文 ( 1 ) 前推回代法是配电网支路类算法中被广泛研究的一种方法。该方法从根 节点起按广度优先搜索并对配电网进行分层编号，编号反映了前推回代的顺序。潮 流算法订j 1 1 2 3 如下： 1 ) 计算节点注入电流公式为( 2 - 1 7 ) 露= ( 墨r , 扣1 ) - r y , 扣1 ( 2 - 1 7 ) 式中v 。卜1 为第k - 1 次叠代的节点i 的电压，s 。为节点i 的注入功率之和，y 。为 节点i 的并联导纳。 2 ) 回代过程 设第l 条支路的起点为节点l l ，且终点为l 2 ，则有公式( 2 - 1 8 ) ： 以= 一硭2 + f ( 2 1 8 ) 式中j 。为第l 条支路上的电流，i 。：。为节点l 2 上的注入电流，i 为从l 2 点 出发的各分支支路上的电流和。 3 ) 前推过程 第l 条支路的终点为l 2 的电压为 一 k 左= v 击一乙以 ( 2 1 9 ) 4 ) 判断收敛条件 m a x ( v _ f 一巧卜1j g ( 2 2 0 ) ( 2 ) 牛顿法( 或称牛顿一拉夫逊法) 是解非线性方程组最有效的方法基本原 理是在解的某一邻城内的某一初始点出发，沿着该点的一阶偏导数一一雅可比矩 阵，朝减小方程残差的方向前进一步，在新的点上再计算残差和雅可比矩阵继续前 进，重复这一过程直到残差达到收敛标准，即得到了非线性方程组的解因为越靠 近解，偏导数的方向越准，收敛速度也就越快，所以牛顿法具有二阶收敛特性而 所谓“某一邻域刀是指雅可比矩阵方向均指向解的范围，否则可能走向非线性函数 的其它极值点h 。一般来说潮流由各母线电压( 相角为o ，幅值为1 ) 启动即在此邻域 内。 牛顿一拉夫逊潮流计算的核心问题是修正方程式的建立和求解，软件根据对节 点注入功率的约束、对节点电压大小的约束和对相对相位角的约束条件自动列出电 力网络的修正方程式，然后利用牛顿法迭代原理进行迭代计算。牛顿一拉夫逊法潮 流计算流程图如图2 - 2 所示。 华北电力大学t 程硕士专业学位论文 图2 - 2 牛顿一拉夫逊法潮流计算流程图 ( 3 ) p q 分解法 p q 分解法又称快速解耦法，或快速分解法。它派生于以极坐标表示下的牛顿一 拉夫逊法，它是经过对有功和无功的解耦运算得到的一种快速计算方法。二者的主 要区别在修正方程式和计算步骤。p q 分解法潮流计算的方程式是对牛顿一拉夫逊法 修正方程式的简化。 ( 4 ) 潮流算法自动切换 通过以上对这几种典型的配网潮流算法分析，可以得出如下结论： 1 ) 牛顿法具有二阶收敛特性，且能够处理任意环网，在配电网潮流计算中仍 1 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 然保持着收敛速度和迭代次数方面的优势。在配电网的实际应用中仍然是一种性能 优异的潮流算法。不过，牛顿法潮流的计算速度比较慢。 2 ) 前推回代法还不需要矩阵运算，占用计算机资源很少。当配电负荷为恒定 负荷时，从递推公式到前推公式的变化是保留了支路网损的非线性，一般来讲，迭 代收敛性不会变差。而支路网损对支路功率求偏导数的近似比起潮流方程j a c o b i a n 阵中的非零元素值来说，微乎其微，其精度很高。这意味着，在辐射状配电网络中， 这种看似简单的前推回推算法与严格的p q 耦合的牛顿法有着精度很高的逼近。但 是，前推回推法的缺点在于处理网孔的能力比较弱。 3 ) p q 分解法计算速度快，也能够处理任意环网，但由于配电线路的r x 较大， 无法满足p 、q 解耦条件g b ，所以在输电网中常用的快速解耦算法( f d l f ) 在配电网 中可能收敛困难。 因此，可以根据电网的特点自动切换潮流计算方法，同时兼顾潮流计算的收敛 性和快速性。当所计算的配电网不存在环网时，优先选用前推回代法进行潮流计算， 以利用前推回代法的简单性和快速性。当前推回代法不收敛的情况下，可以再采用 牛顿法进行计算。如果所计算的配电网存在环网时，可优先选用p q 分解法计算潮 流，同样利用p q 分解法的简单性和快速性，当p q 分解法不收敛时，再采用牛顿法 进行计算。潮流算法自动切换的具体流程如图2 - 3 所示。 图 2 - 3 潮流计算的自动切换 对于单次的潮流计算而言，上述潮流算法自动切换的优势并不能得到充分体 现，因为不论哪种潮流算法，单次计算均能够满足用户对计算速度的要求。潮流算 法自动切换的优势主要体现在需要频繁潮流计算的应用中，例如无功优化、有功优 化调度等。在这些应用中，首先采用快速潮流算法试算，如果收敛，在后续的计算 中一直使用快速潮流算法，当试算不收敛，才采用收敛性更好的牛顿法进行计算。 这样，节约的计算时间是很显著的。尤其是当这些应用需要达到在线计算的要求时， 采用潮流计算的自动切换很有实用价值。 1 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第三章配电网线损在线监测与分析系统设计 3 1 配电网线损计算和分析工作的现状 3 1 1 各电能采集系统的建设情况 ( 1 ) 2 3 0 m 负荷控制系统 2 0 世纪9 0 年代中期，在计划经济用电体制下，电力负荷短缺、电力供需关系 异常紧张，山东1 7 个供电单位相继开展了负荷控制系统建设，为缓解电力供需矛 盾发挥了重要作用。目前全省共安装2 3 0m h z 负控终端4 6 7 6 块，其中青岛安装6 0 0 块，系统在营销处管理。 ( 2 ) 厂站关口电能信息采集系统 从2 0 0 0 年开始，各单位分别建设了厂站关口电能信息远抄等系统，一定程度 上提高了抄表的自动化、现代化水平。目前全省共安装厂站终端1 4 3 5 台，其中青 岛安装1 2 0 块，系统在生产技术处管理。 ( 3 ) 公变和专变客户电能信息采集系统 在2 0 0 4 年试点的基础上，2 0 0 5 年济南供电公司率先在公变、专变客户计量点 安装高压客户现场监测终端。2 0 0 6 年开始在全省各地市供电公司推广使用，2 0 0 8 年全省各地市全部完成安装调试，累计安装终端9 0 7 7 6 台，其中青岛安装8 3 0 0 块， 系统在发展策划处管理。 ( 4 ) 低压客户电能信息采集系统 1 9 9 5 年山东开始低压集抄采集试点工作，主要采用有线方式，同时也进行了少 量的载波抄表的试点和应用工作。在试点的基础上，各地市不同程度地开展了部分 台区的低压客户电能信息采集工作，济南、青岛等地市形成了一定规模。但由于受 机械式电能表、载波方式受环境条件影响大等因素影响，以及管理、资金等因素的 影响，这些系统发挥的作用不大。为保证低压客户电能信息采集工作扎实有效地开 展，公司决定在集抄基础较好的德州、济宁、威海等市公司先行开展建设。目前， 全省共实现远方采集的低压客户共1 6 8 4 3 3 户，其中青岛实现2 2 0 3 0 户，系统在城 区供电部管理。 3 1 2 线损计算与分析系统现状 基于以上电量采集系统的建设，2 0 0 0 年开发的独立的线损在线生成与分析系 统，在数据库层面开发了与电能采集系统和营销技术支持系统、生产m i s 系统之间 点对点的档案及数据上传及档案同步接口，基本实现了线损的计算和初步分析功 1 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 能。但线损的深入监测和分析，还是分配到各部门的电能采集系统上去开展，工作 配合相当麻烦，大大降低了工作效率。基于各分散的电量采集系统的线损计算与分 析系统结构框架图如图3 - 1 所示。 历史数据库 ( 所有的数 据供查询) 服务器( 提供w d a 查询， 在线生成、备份，历史 数据恢复等功能) i 数据集成 i i i i ! 一j c s 客户端工作站( 大部分客户端 通过浏览器、部分客户直接连接1 图3 1 基于各分散的电量采集系统的线损计算与分析系统结构框架 3 1 3 现状分析 目前，负荷控制系统、低压客户集中抄表系统、变电站远抄系统、用电现场服 务管理系统等电量采集系统，以及营销技术支持系统是计算理论线损和统计线损的 数据基础和档案基础。当前线损系统在实际运行过程中存在以下问题： ( 1 ) 各电能采集系统建设时间不同，通讯方式多样，功能应用各有侧重，且 归属不同部门管理，系统之间缺乏有效的信息整合，难以实现从购电侧、供电侧到 售电侧电能量信息的一体化的实时采集与在线监控。 ( 2 ) 各类客户电能采集终端的安装没有统一的规划，覆盖率低。终端安装没 有按线路、台区进行覆盖，l o k v 客户专变及公变采集终端的覆盖率达不到1 0 0 ， 低压集抄系统的建设更是刚起步，还不能完全实现基于远抄数据的分线、分压、分 台区的线损计算和分析功能。 ( 3 ) 各类采集终端在采集、防窃电、工况异常报警、电能质量监测等方面功 能各异。早期的2 3 0 m h z 的负控终端、g p r s ( g s m ) 用电现场监控及采集终端没有交 流采样，不能产生c t 二次短路、失压断相、电压逆相序、电流反极性、终端断电、 无功过( 欠) 补偿、电表停走、电表飞走等判断和报警功能，不支持电压合格率采 集，不利于窃电分析、电表异常监测和无功电压管理。 ( 4 ) 基于分散的电能采集系统的线损在线计算和分析系统监测分析功能不足。 线损计算与分析系统仅从数据库层面集成电能数据和档案信息，未能有效集成应用 电能采集和监控平台，因此无法从采集终端安装率、采集成功率、电能数据上传成 1 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 功率等角度来进行数据完整性和线损计算的准确性分析；也无法从现场用电工况变 化、窃电分析、电压合格率、配变负载率、功率因数等层面，对高损线路进行便捷、 准确、全面的线损在线监测与分析。 ( 5 ) 线损在线系统与营销技术支持系统、“9 5 5 9 8 系统短信平台、生产m i s 、 配网6 i s 等系统未实现无缝接口，接口效率低，扩展性差。点对点的两两接口方式 和系统自身的c s 结构，降低了系统的整体集成度、运行效率、扩展性和可靠性， 增加了接口的复杂性、开发难度，不支持跨系统的终端安装、表计异常处理业务流 程。 ( 6 ) 系统综合业务分析功能单一，未开发负荷分析、有序用电、市场分析等 综合业务与分析功能。 随着电力供求关系的变化和电力体制改革的不断深化，这些系统在管理理念、 技术体系、系统功能、整体集成、可扩展性、可维护性等方面都越来越无法满足供 电公司优质经济运行、快速响应市场变化的需要，在一定程度上阻碍了电力营销服 务管理工作向更高层次和水平迈进的步伐。 3 2 系统总体设计 3 2 1 设计原则与目标 系统的总体架构设计要满足先进性、成熟性、开放性、安全性、标准化和跨平 台的设计原则。设计过程中遵循一体化的设计思想，在充分兼容原有运行电能采集 终端、完成电能采集全覆盖目标的基础上，实现不同通讯方式、通讯规约的采集终 端采集与监控一体化接入，系统与电力营销、客户服务、生产管理( 调度自动化、 配网自动化、6 i s 系统) 等系统无缝集成和业务交互，业务管理流程化，线损模型 调整及线损计算快速灵活，线损在线监测与分析操作便捷、定位准确等目标。 3 2 2 系统逻辑架构 用电信息采集系统在逻辑上分为主站层、通信信道层、采集设备层三个层次： ( 1 ) 主站层又分为前置采集平台、营销采集业务应用、数据库管理三大部分。 前置采集平台负责对各种与终端的远程通信进行管理和调度，采集终端的用电信 息，进行协议解析；业务应用实现系统的电能采集、电量计算、工况监测、线损计 算分析等各种应用业务逻辑，并与营销技术支持系统、客户服务系统等其他相关系 统进行应用集成；数据库管理负责用电信息在数据库中的存储和维护。 ( 2 ) 通信信道层是主站和采集设备的纽带，提供了各种可用的有线和无线的 通信信道，为主站和终端的信息交互提供链路基础。主要采用的通信信道有：光纤 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 专网、g p r s c d m a 无线公网、2 3 0 m h z 无线专网。 ( 3 ) 采集设备层是用电信息采集系统的信息底层，负责收集和提供整个系统 的原始用电信息，该层可分为终端子层和计量设备子层。对于低压集抄部分，可能 有多种形式，包括集中器+ 电能表和集中器+ 采集器+ 电能表等形式。终端子层收集 用户计量设备的信息，处理和冻结有关数据，并实现与上层主站的交互；计量设备 层实现电能计量和数据输出等功能。 系统逻辑架构图如图3 - 2 所示： 3 2 3 系统物理架构 图3 - 2 系统逻辑架构 系统从物理上可根据部署位置分为主站、通信信道、采集设备三部分。系统物 理架构图如下图3 - 3 所示： 1 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 通信信道 现场终端 ：一一_一一一。一一一一一一：患 图3 - 3 系统物理架构图 3 2 4 系统功能架构 主站系统在功能层次上分为数据采集控制层、数据处理层、业务管理层、数据 应用层、分析决策层，每一层的功能作为其上一层的基础。为提高系统的开放性和 互操作性，分离出应用和信息集成服务。系统业务功能结构图如图3 4 所示。下面 说明每一部分的功能和职责。 ( 1 ) 数据采集控制、通信层：部署在前置机，核心部分是终端适配器，用于 屏蔽各种采集终端的差异性，以统一、一致的方式进行数据采集、负控指令控制、 终端路由等。 ( 2 ) 数据处理层：主要定义计算模型、生成计算任务并管理任务的调度，完 成功率、电量、线损的计算和统计，处理终端的事件。 ( 3 ) 业务管理层：主要提供日常业务管理功能，包括终端管理、档案管理、 负荷管理、以热定电管理、有序用电管理、旁路代供管理等。提供各类异常监控、 报警功能，主要功能包括计量资产监控、配变监测、系统运行监控、线路监测、电 1 8 i 上 华北电力大学工程硕士专业学位论文 迳雉瞥理层雷笼鋈薹薹薹篓塞翼篓：薹薹薹塞茎薹嚣薹薹墓垂至至翼霎鋈鋈蚕薹霪茎薹蚕霪薹茎霪薹蚕霍雾薹圈 分析决簟层l 考核指标 l 省、市报衰 l 交互式钻取分析 客户优质譬，宰耋：嚣蛊? 繁谴负荷、电| 客户服务层 教据应用层 画歪三! = _ 二j 磊墓囊薹i 二 _ 三5 j 品矗丢i _ r 二三i 旨；i 三二l _ _ 嘲 塑幽i 婆墨t 斧誊晕耩h 乙梦磺鐾毽墼憩峨，堡建罗爨冁+ 熊曼寥4 够终曼受憋；謦棼参鳗! 垃务警理层l 档案维护l 实时线撮i 终螭管理l 方案编嘲| 敦据采集l 负荷控制l 蠡一层e 茹莲骂兰矗主茧篮竺矗芒銎兰三要 雌掘缓冲 l 一教据持久化l 负载均衡镭 i 任务凋懂 l l ：敷抛艰袋负荷控制 锈 1 通亿耀约解忻 i 俏j 盟路 “i 捌，翟 麓 艮建立与维持网络亿遭建立与维挣串口信翊豳 置信通道层匣罡坦监封竺蚓墨司 致终端囝兰堕臣蔓谰 接口 总线 匿因堑固竺虹量i _ 固系糯 l 营霎毳理l 客主黟 讽嬲化l 萁他系统l 蓥嘉 l系统l系统系统i “5 4 l 资潭 图3 4 系统业务功能结构图 ( 4 ) 数据应用层：在数据处理、业务管理的基础上，根据采集的实时或历史 数据，进行各类统计查询和初步分析功能，主要包括各类统计报表、母线不平衡率 分析、线损分析、异常用电分析等。 ( 5 ) 分析决策层：通过抽取电能量原始数据和各地的汇总统计数据，建立相 应的预测、分析模型，为决策分析人员提供高端的预测、分析结果。主要包括负荷 预测、实时损耗分析、防窃电分析、热电联产分析、客户能效分析等。 ( 6 ) 应用集成与信息集成：是系统用来和外部系统进行信息交互、业务协作 的桥梁和纽带，分为接口服务和数据访问服务，分别用来实现与外围系统、上级主 站系统之间的业务流程整合和信息集成。 3 3 采集设备设计 3 3 1 采集对象分类及采集要求 系统的采集对象包括：所有电力用户，包括专线用户、各类大中小型专变用户、 各类3 8 0 2 2 0 v 供电的工商业户和居民用户；公用配变考核计量点；小火电上网关 口、直到统调关口、变电站的各类计量点。要求采集覆盖率1 0 0 。 系统采集对象的详细分类标准如下表3 - i 所示： 表3 - i 采集对象详细分类标准 类别小类采集方式采集数据项 专 电能数据：总电能示值、备费冲【电能示值、 j f h _打_ - 血h t h _ - t1 一 - 舟 1 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 电负荷控制。交流电气量：电压、电流、有功功率、无 功功率、功率凶数等： 利用变电站远抄终端采集；在用户端 工况数据：开关状态、终端及计量设备工 变 专线客户 安装专变采集终端进行用电负荷控制。 况信息； 用电能质量：电压、功率因数、谐波等越限 户 统计数据； l o l 【v 客户 在用户端安装g p r s 专变采集终端实事件记录：终端和电能表记录的事件记录 现抄表和用电负荷控制。数据。 其它数据：预付费信息、负荷控制信息等。 电能数据：总电能示值、各费率电能示值、 最大需量等； 在用户端安装带g p p s 远程低压三相交流电气量：电压、电流、有功功率、无 低 三相用户 表，实现预付费控制和自动抄表功功率、功率因数等； 压 事件记录：电能表记录的事件记录数据。 其它数据：预付费信息等。 客 户电能数据：总电能示值、各费率电能示值、 g p r s 低压集中器集中抄表，电表内最大需量等： 单相客户 部跳闸。事件记录：电能表记录的事件记录数据。 其它数据：预付费信息等。 统调发电厂内的在发电厂安装变电站远抄终端，直接 上网关口 采。 非统调发电厂内在发电厂安装g p p - , s 专变采集终端实 电能数据：总电能示值、总电能量，最大 需量等； 的上网关口现抄表。 交流电气量：电压、电流、有功功率、无 变电站内的发电 功功率、功率因数等； 关 上网或网问关口 在变电站安装变电站远抄终端，直接 工况数据：终端及计量设备工况信息； 口 地市供电关口、趸 采集 事件记录：电能表记录的事件记录数据。 计 售关口 量 电能数据：总电能示值、总电能量、最大 需量等； 点 交流电气量：电压、电流、有功功率、无 安装带g p r s 通讯模块的低压三相多 功功率、功率因数等： 公配变考核关口工况数据：开关状态、终端及计量设备工 功能电能表实现计量和配变监测 况信息； 电能质量：电压、功率因数、谐波等越限 统计数据； 事件记录：电能表记录的事件记录数据 3 3 2 终端的设计 终端分为2 3 0 m h z 负荷管理终端、g p r s 专变采集终端、g p r s 低压三相四线多功 能表( 用于公用配变和低压三相客户) 、变电站远抄终端、低压集中器五类。各类 采集对象的采集要求不同，终端在采集数据项、控制功能、电能质量、防窃电方面 的要求也不同。如2 3 0 m h z 负荷管理终端控制功能强并且人机界面友好，非常适合 功率电量控制、保证有序用电。电能采集终端的功能配置如表3 2 所示。 ( 1 ) 采集终端功能 表3 - 2 终端的必备功能和可选功能配置 华北电力大学工程硕士专业学位论文 g p r s 光纤 g p r s 序 2 3 m m z 、g p r s 低压三相表 号 项目变电站远抄低压集 专变终端( 公变、低压 终端中器 三相户) 开关状态量采集 、， 、， 数据 电能表数据采集 ， 、， l 采集 脉冲量采集 交流( 电压电流) 采集 ， 实时和当前数据 ， 数据 2历史数据， 处理 电能质量合格率统计 、， 时钟召测和对时 t a 变比、变比及电能表 ， 常数 参数电压、电流限值 、， 3设置 电能量定值 查询 功率时段和定值 终端参数 ， 抄表参数 ， - 功率控制 电能量控制 4 控制保电剔除 遥控 ， 无功就地平衡监控 ， 电表异常事件记录 ， ， 交采p t c t 异常事件记录 、， 5记录 控制事件记录 、， 终端停送电等一般记录 ，、， 与主站通信 ， 数据 6 中继转发 传输 与电能表通信 ，、， 本地 显示相关信息，、， 7 功能 客户数据接口 ， 终端 自检自恢复 、， 8 维护 终端初始化 、，、， 、， ( 2 ) 终端线损管理功能设计 1 ) 电能质量合格率统计 专变客户、公变终端通过对电压、电流的交流采样，监测客户、公变电压并统 计电压合格率，为无功电压管理提供数据支持。 2 1 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 ) 计量装置异常的监测 各类终端通过分析电表的表码、交流量数据、事件和状态字数据，判断表码飞 走停走、失压断相、表参数修改等异常事件并及时生成告警事件。 3 ) 电压、电流交流采样实现二次回路异常实时监测和窃电分析功能 专变客户、公变终端交流采样功能，可对电流电压、二次回路输入特性进行实 时的监测分析，判断逆相序、电流反极性、p i 失压断相、c t 二次开路短路并生成 告警事件及时上报。交流采样后经计算得到电流、电压、功率和电量曲线，可就地 或送回主站与电能表的数据比较，实现计量装置异常直观、综合的跟踪分析。 终端交流采样可接入计量回路，亦可接入与计量回路对应的客户指示仪表回 路。前者反映计量二次回路问题比较及时，后者综合判定计量装置异常非常直观有 效。交流采样在防窃电方面效果非常明显。 4 ) 公变终端无功就地平衡监控 将电容器开关控制回路接入终端的各轮次控制继电器，可实现并联电容器远程 投切。通过采集有功、无功负荷及功率因数和终端遥信功能，可监视电容器的自动 投切情况，实现无功就地补偿的远程监控。当功率因数超限时向主站发出报警信号， 由主站远程完成投切。 3 4 通信信道设计 3 4 1 信道的种类 远程通信网络完成主站系统和现场终端之间的数据传输通讯功能，现场终端到 主站的距离通常较远( 在一到数百公里范围) 。适用于电能信息采集系统的远程通 信网络主要有配电光纤专网，g p r s 、c d m a 、3 g 等无线公网，2 3 0 m h z 负荷管理专用 无线专网，中压电力线载波这四种网络。主站可以同时支持各种通信信道类型。 本地信道用于现场终端到表计的通讯连接。高压用户在配电间安装专变采集终 端到就近的计量表计，采用r s - 4 8 5 方式连接。而在低压用户中，在一个公用配变 下有大量电力用户，用电容量小，计量点分散。为了将信息采集的成本控制在一个 可接受的范围内，需要通过一个低成本的本地信道方式将信息集中，再进行远程传 输到系统主站。在低成本解决方案中，低压电力线载波、微功率无线网络、r s 一4 8 5 通信成为可选择方案。 ( 1 ) 结合运行经验，远程通信信道技术指标如下： 表3 - 3 光纤专网( e p o n ) 序号指标名称 性能参数 l传输速率 1 2 s g b p s ，通常使用l w l o o m b p s 速率 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 传输误码率 1 0 1 0 3传输距离不小于2 0 k m ( 单芯分路比l ：1 0 下) 4 一次采集成功率 9 9 5 周期采集成功率1 0 0 ( 周期为l 天，采集日冻结数据) 6控制操作响应时间 i s 7 召测数据响应时间 l s 8 并发传输速率 1 2 s g b p s 批量终端操作响应时间( 1 0 0 0 个终 ( 1 ) 主站巡检重要信息：5 s ( 双工信道、主动上报重要信息) ； 9 ( 2 ) 系统响应客户事件： - 3 d b m ； ( 4 ) 上行接收灵敏度 - 3 2 d b m ； ( 5 ) 下行接收灵敏度 - 3 5 d b m 。 表3 - 4g p r s 无线公网 序号指标名称 性能参数 i 传输速率理论约17 1 k b p s ，实际2 0 4 0 k b p s 2 传输误码率 1 0 - s 3传输距离无限制 4 一次采集成功率 9 7 5 周期采集成功率9 9 8 ( 周期为l 天，采集日冻结数据) 6 控制操作响应时间 5 s 7 召测数据响应时间 1 0 s 8 并发传输速率取决于g p r s 的光线接入带宽，一般为2 0 m 批量终端操作响应时间( 1 0 0 0 个终 ( 1 ) 主站巡检重要信息：1 0 s ( 双工信道、主动上报重要信息) ； 9 ( 2 ) 系统响应客户事件： 1 0 m i r a 端) ( 3 ) 抄收日数据和曲线数据： 3 0 r a i n 。 ( i ) 参考灵敏度 - 1 0 2 d b m ( 4 级和5 级) ； ( 2 ) 输出功率误差：e 6 d b ( 最大功率控制级) l l o 其它特殊指标要求 ( 3 ) 载波频率误差：在i x l 0 - 7 范围内l ( 4 ) r m s 相位误差：士5 表3 - 52 3 0 m h z 无线专网 序号指标名称 性能参数 l 传输速率12 0 0 b p s 9 6 0 0 b p s 可选 2 传输误码率 1 0 - s 3 传输距离3 0 k m 5 0 k m 2 3 华北电力大学工程硕士专业学位论文 4 一次采集成功率9 7 5 周期采集成功率9 9 5 ( 周期为1 天，采集日冻结数据) 6 控制操作响应时间 l s 7 召测数据响应时间 2 s 批量终端操作响应时间( 1 0 0 0 个终 ( 1 ) 主站巡检重要信息： 5 m i n ； 8 ( 2 ) 系统响应客户事件： 1 5 m i n ； 端) ( 3 ) 抄收日数据和曲线数据： 6 h r ( 1 ) 接收机电性能指标如下： a ) 参考灵敏度：i h v ( 正常和极限工作温度) ； b ) 邻道选择性( + 2 5 k h z ) ：7 0 d b ： c ) 杂散响应抗扰性：6 5 d b ： d ) 互调抗扰性：6 5 d b 。 9 其它特殊指标要求( 2 ) 发射机电性能指标如下： a ) 输出载波功率：一般为5 w - - 1 0 w ，特殊需要时不大于2 5 w ； b ) 载波频率误差：在7 xl o _ 6 范围内( 正常和极限工作温度) ； c ) 发射频偏：5 k h z ； d ) 杂散射频分量：1 0 9 w ( 2 5 w 电台 8 5 5 周期采集成功率猡8 ( 周期为l 天，采集日冻结数据) 6 控制操作响应时间 5 s 7 召测数据响应时间 1 5 s 8 并发传输速率 15 0 b p s 7 s k b p s 批量终端操作响应时间 ( 1 ) 主站巡检重要信息： 5 m i n ； 9( 2 ) 系统响应客户事件： 1 5 m i n ： ( 1 0 0 0 个终端) ( 3 ) 抄收日数据和曲线数据： 6 h r ( 1 ) 标称输出阻抗：7 5 欧姆： ( 2 ) 最大载波发送功率：5 w ： 1 0 其它特殊指标要求 ( 3 ) 接收灵敏度 9 5 ( 周期为l 天，采集口冻结数据) 6 集中器单点抄表时间 l o s 7 集中器轮询抄表时间 6 0 r a i n ( 3 0 0 个电表)