（电力系统及其自动化专业论文）电能量数据采集系统多机通信并发控制和任务调度的研究.pdf

算法的优点，既减少了通信服务器和通信工作站之间的交互次数，又产生了 较好的分配效果。该算法的核心就是骤将动态优先级高( 动态优先级用来衡 量执行该经努掰菝费的主黉通信薅耀) 豹经务分绘受载轻豹遥僖王终站，尽 量实现各个懑信工作站的负载动态平衡，从而缩短憩的通信时阀，合理有效 地利用现有搬源。综上所述，通过采用熬于三层客户服务器模式的并发控制 机制和动态优先级调度辫法，电能量数据采集系统的采集能力鄹通信效率得 到了较大蝰撬褰，艉褥大爨数据及l l 重采鬃琴来，傈薅了数豢静蜜辩蝗。 芙键词：奄麓蟹数据采袋系统，三层雾户鼹务器摸式，势发控刿，动态优先 级调度算法，任务调度。 a b s t r a c t w i t ht h e q u i c kd e v e l o p m e n t o fp o w e rs y s t e ma n dw i t ht h e g r a d u a l i m p r o v e m e n to ft h em a n a g e m e n tl e v e lo fe l e c t r i cp o w e ri n f o r m a t i o ni n t e g r a t e d a u t o m a t i o n ，e l e c t r i ce n e r g yd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di n m a n yf i e l d s i t c a ra u t o m a t i c a l l yc o l l e c tr e m o t ep o w e rd a t ai n r e a lt i m ef o r e l e c t r i ce n e r g yb i l l i n g , o n l i n em o n i t o r i n g c o n t r o l 。l da n a l y z i n g , i n v o l v i n g t h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e r , n e t w o r k ，c o m m u n i c a t i o n ，e l e c t r i c i t ya n dm e a s u r e m e n t 。 i n e v i t a b l y , t h ee x p a n d i n go fp o w e rn e t w o r ka n dt h ei m p r o v i n go fa u t o m a t i o nl e v e l a r eg o n g i n gt or e s u l ti nag r o w i n gn u m b e ro fp o w e rd a t at ob ec o l l e c t e d ，a n da h i g hd e m a n df o rc o l l e c t i n gd a t a sr e a l - t i m e ，w h i c ha l lw i l li n c r e a s et h el o a do f e l e c t r i ce n e r g yd a t a a c q u i s i t i o ns y s t e m h o w e v e r , e l e c t r i ce n e r g yd a t a a c q u i s i t i o ns y s t e mn o r m a l l yc o l l e c tr e m o t ed a t at h r o u g hp s t no rp c n f o rt h e m o m e n t ，w h i c hw i l lr e s t r i c tt h eb a n dr a t eb e l o wp r o b a b l y9 6 b i t s t h e r e f o r e ，o n e c o m m u n i c a t i o nc o m p u t e rc a n n o tf i n i s hs u c hm a s sw o r kb e c a u s eac o m m o np c s c o m m i sn o tc a p a b l eo fe x t e n d i n gt o om a n y , a l t h o u g hi tc a nu s es e v e r a lm o d e m s c og a t h e rd a t as y n c h r o n o u s l yw i t ht h et e c h n o l o g yo fm u l t i t h r e a d a i m i n ga tt h i s c o n f l i c t ，o u rg o a li st oe n h a n c et h ec o l l e c t i o na b i l i t ya n dt h ec o m m u n i c a t i o n e f f i c i e n c yo fe l e c t r i ce n e r g yd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb yi n c r e a s i n gt h en u m b e ro f c o m m u n i c a t i o nw o r k s t a t i o na n da p p l y i n gt a s ks c h e d u l i n g w h i l e t h ek e yp r o b l e m i sh o wt oc o o r d i n a t ea n dm a n a g em u l t i p l ec o m m u n i c a t i o nc o m p u t e r sa n dh o wt o d y n a m i c a l l yd i s t r i b u t et a s k sa m o n g t h e ma c c o r d i n gt ot h es t a t u so fc o m m u n i c a t i o n r e s o u r c e sa n dn e t w o r k ，a n dt h ep r i o r i t yo ft h et a s k s t h em o s ti m p o r t a n tt h i n gi st o i n c r e a s et h ec o n c u r r e n te f f i c i e n c yo fc o m m u n i c a t i o n ，t ou t i l i z ea l lt h ee x i s t i n g r e s o u r c e sf u l l y , t ot r yt h eb e s tt oa v o i di t e r a n td a t a ，t oe n h a n c ee l e c t r i ce n e r g y d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m sc o l l e c t i o na b i l i t ya n dp o w e rd a t a sr e a l - t i m e i nt h i s s y s t e m ，w ea d o p t t h e c o n c u r r e n c yc o n t r o l m e c h a n i s mb a s e do nt h r e e t i e r c l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r ea n dd y n a m i cp r i o r i t ya l g o r i t h m t h ec o m m u n i c a t i o n a p p l i c a t i o n s e r v e ri si n t r o d u c e dt o m a n a g em u l t i p l e c o m m u n i c a t i o nc l i e n t s ， c o n c u r r e n t l yc o n t r o lt h e i rc o m m u n i c a t i o n ，s c h e d u l ea l lt h et a s k s ，w h i c ha c c e p t st h e i i i r e q u e s tf r o me v e r yc o m m u n i c a t i o nc l i e n tf o rt a s k ，a l l o tt h ec o r r e s p o n d i n gt a s k st o t h e m ，a n dt h e nr e c e i v et h ep o w e rd a t ab a c kf r o mr e m o t et e r m i n a lu n i t f i n a l l y , t h e c o m m u n i c a t i o na p p l i c a t i o ns e r v e rt r a n s f e r r e dt h ed a t an e e d e dt ot h ed a t a b a s e s e r v e ra f t e rd e a l i n gw i t ht h e mi nr e a l t i m e n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h e c o m m u n i c a t i o ns e r v e ra n dt h ec o m m u n i c a t i o nc l i e n t se m p l o y st h ec o n c u r r e n c y s e r v e rc o n t r o lt e c h n o l o g yb a s e do ns o c k e t s ot h ew h o l ec o n c u r r e n c yc o n t r o l p r o c e d u r ei ss i m p l e ，h a sl e s s n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nc o m p e t i t i o na n df a s t e r t r a n s m i s s i o ns p e e d n o to n l yt h ec o m m u n i c a t i o nc o m p u t e rb u ta l s ot h ed a t a b a s e s e r v e r so n u sh a sb e e nr e d u c e db yt h el o n gw a y s c h e d u l i n ga l g o r i t h mi so n eo f t h em o s tc o r ep a i l so ft h ee l e c t r i ce n e r g yd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ，w h o s eq u a l i t y d e t e r m i n e st h e u s i n g r a t eo ft h ec o m m u n i c a t i o n r e s o u r c e s ，d e c i d e s t h e c o m m u n i c a t i o nt i m ei n t o t a l ，a n d u l t i m a t e l y i n f l u e n c e st h ew h o l es y s t e m s c o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c ya n dc o l l e c t i o n a b i l i t y d y n a m i cp r i o r i t ys c h e d u l i n g a l g o r i t h mh a sc o m b i n e dt h ev i r t u eo fb o t hs t a t i cs t a t u ss c h e d u l i n ga l g o r i t h ma n d l i n e a rl i s ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，w h i c hc a nn o to n l yd e c r e a s et h ec o m m u n i c a t i o n t i m eb e t w e e nt h ec o m m u n i c a t i o ns e r v e ra n dt h ec o m m u n i c a t i o nc l i e n t s ，b u ta l s o p r o v i d ep r e f e r a b l yd i s p a t c h i n gr e s u l to ft a s k s t h ec o r ei st od i s p a t c ht h eh i g h e r p r i o r i t yt a s kt ot h ec o m m u n i c a t i o n w o r k s t a t i o nw h i c hl o a di sl e s s ，a n dt r yt h eb e s t t ob a l a n c et h el o a d sa m o n ga l lt h ec o m m u n i c a t i o nw o r k s t a t i o n s t h et a r g e ti st o s h o r t e nt h ec o m m u n i c a t i o nt i m ei nt o t a l ，t om a k et h eb e s tu s eo ft h ew h o l ee x i s t i n g r e s o u r c e s i nc o n c l u s i o n ，t h ec o l l e c t i o na b i l i t ya n dt h ec o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c y o fe l e c t r i ce n e r g yd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mh a v eb e e na d m i r a b l yi m p r o v e db y a d o p t i n g t h e c o n c u r r e n c yc o n t r o lm e c h a n i s mb a s e do nt h r e e t i e rc l i e n t s e r v e r a r c h i t e c t u r ea n dd y n a m i cp r i o r i t ys c h e d u l i n ga l g o r i t h m k e yw o r d s ：e l e c t r i ce n e r g yd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ，c o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c y , d e a d l o c k & l o c k t i m e o u t ，d a t ar e p e a t e d ，d a t a b a s es e r v e r , c o m m u n i c a t i o ns e r v e r , c o m m u n i c a t i o n c o m p u t e r , c o n c u r r e n c yc o n t r o l ，t a s ks c h e d u l i n g ，t h r e e t i e r c l i e n t s e r v e rm o d e ，s o c k e t ，d y n a m i cp r i o r i t yd i s p a t c h i n ga l g o r i t h m ，d y n a m i c a l l o c a t i o n ，d y n a m i cl o a db a l a n c e 武汉大学电气工程学院 学位论文原创性声明 本人郑黧声躜：所望交的串请。i 塾蔓学佼的论文是本人在导师的指导下 独立谶行研究所驳樽的研究成果。除了文中特剃加以标注弓l 用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰麓的成果作懿。对本文的研究 作出麓鬻灏献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法槔麓浆幽本人承担。 名臻纠 蹶睁3 霞 学位论文版权使用授权书 本学能论文作者完全了解学校有关保留、使用学像论文大规定，同意学 校保辫并向朦家肖关部门或机构送交论文的复印件莉电子版，允许论文被查 阕秘绥测。本人援投武汉大学可以将零掌彼谂文盼全帮戏酃努痰容编天有关 数攥瘁滋行羧索，鼙豁蘩溪影印、臻馨袋萼l 攘簿笈剿手段爨存积茳编。 零学位论文瘸于傈密西在 ) 年解密滕道用本授权书。 本学位论文精予不缳密日。 ( 请农以上稿成方框内打“”) 律者貉名： 爵师缀名： 焱制 例 日期：州j 年岁月，；日 日期：毋哆年，月p 口臼 电媳量数据采集系统拳机通信并发控制和任务调度妁研究 1 。 糍述 1 绪论 随着电力系统的不断发展、电网规模的不断扩大，对电力系统的自动化 遮褥求学巍邀力镶慧艘综套塞动爨警避撼毽了筵蹇魏要求，戳缳谖电力系统 安全、可靠、伉旗、经济的供电。为了满足交时在线监控、潮络运行优纯、 受糖分掇与控制、缀济调度以及电憝诗费爨霭装，要求黢对全嬲魏线路、诗 蟹点和供电关口的电力参数实现数据采集。丽电力系统灾时数裕的远程自动 采集熄保证其客观蚀、实时性和可靠性的一个燕要措施。电能最数据采集系 统1 1 l 器谶是为勰决这个润鼹褥产生的一葶孛实瘸系统。电熊爨数据暴黛系统集计 冀据技术、网络援术、通镕技术、用巍及诗璧技术于一体，其有轸l 筻速度抉， 诗冀糖发离，抄袭嗣列憾好，可直接与裁业计算极联网等突出的优点。采翅 逡程蠡韵抄表援零霹班缓髂抄表入爱鲍势韵强度，降低入为瓣素遮成的抄表 误差，弗能迅速地统计低压实时线损。因此，可以说电能量数据远程自动采 嶷是撬高电力营业管理是渤化水平的顶重要技术手段。电能量数据采集系 统主婺由电髓表、聚集器、集中器、数撵传输邋道、圭辩系绕构成，遥过网 络还可以和供电局的m i s 系统、调度自动化系统、负控系统以及营业计费系 统鞠连实瑷数据焚攀。 1 。2 国内外关于电熊量数据采集系统的发展现状 由于计算枫和魄子攮的飞速发震，邀能鬃邕由原来的入工采豢变为现在 翁计冀枫远程爨沩袋集，多线程技术，蜜现多个m o d e m 秘拜孪抄淡也已逐澎 推广阡来。窀能鬣数据采熊系统的主灞结构融从单梳、双梳系统发展到网络 式的主站系统结构，操作系统己从d o s 发展到w i n d o w s 9 5 9 8 n t ，系统功能 。奠也从单纯鳆抄袭功能发袋到具有实艇线损统诗、雳电考拔、讨赞以及受蕊 分析簿功能，有的系统还鬃有可鞋遥瀵赛时照电统计蓝浏翊户窃电行为静珐 电能量数据采集系统多氟邂髂并发控虢和任务瞒霞的研究 2 t 能。上行通信信道也从单一的电话拨号方式发展到多种通信方式( 电话、载波、 光线电、专线、光纤等) 混合应用的局面。下行通信信道也从4 8 5 总线方式发 展到载波方式，终端采集和传输产品也呈现了多样化豹局丽，产品包括总线 采祭器7 集孛器、载波袋受嚣廪中器、单表藏泼摸头、单表集巾嚣等多秘类型 1 3 1 4 1 。下蟊我将主要奔缡一下现有的足静主游系统结构： 1 ) 单通信工作站的系统结构 主站由一台中央服务器和一台通信工作站构成，中央服务器承担整个系 统的监控和管理工作，靛责数据的存储、处理、计算与共享。通信工作站负 责逡毽采集电网豹嚣耱运行参数，砖送给中央鞭务器。其嬲络强狰结捣图翔 圈1 1 所示： 圈1 1 单机系统结构叛扑图 攀逶售工终菇系绕哭缝爱予毫弼援摸较小，数攥量不大豹主繁缝秘，不 能邋应电力系统发展的霈要。而虽系统的稳定性、安全健不麓。 2 ) 双通信工作鹚驻为备用的系统结构1 5 l 主站由一台中央服务器和两台通信工作站一主一各构成。中央服务器和 遇馈工作站的功能同上所述。各机上运行麓与主枫上完全相同的数据采集软 电筑薰数据采集系统多机避馆并发控秘和任务诵庭妁辑究 3 件，只是不参与报文f 指得是通信工作站与邋程采集终端的，通信工作站与后 台之间的交互报文1 的接收和发送。主机不断地向备机发送平赘报文。如果备 机谯一段时间内没有收到主机的平安报文，则认为主机已经崩溃，自动升格 麦主税，著显逶遭实现囊动韬换。箕潮终掇羚缝擒基翅图1 2 艨示： 潮l 。2 双规互为备用系绫缝掏拓扑圈 双褫互为备用稚系统的优点在于掇商了数据采集系统的耐靠性与安全 性。而不足是正常运行情况下，有一套通情工作站及通信设备处于闲置状态， 资源利用率不高：如聚该自动抄表系统用于s c a d a 系统，则主备替换的过 程巾可能会丢失部分下行命令；系统扩展不方便。 霞络式圭懿系绫缝稳 主站由一台中央服务嚣和两台通信工作站组成，取通信童俸遮不分主备， 平衡配置，运行着相同的通信软件，都参与报文的接收和发送。其网络拓扑 络构图如图1 3 所示： 电能量数据采集系统多机通信并发控制和任务调度的研究 图1 3网络式主站系统结构拓扑图 秘络式主游系统纳谯点怒保证了数掇采集系统匏可靠拣与稳定锻；旦减 轻了某一台通信工作站的负箍，提高了通信资源的利用效率。其不足是两台 通信工作站的任务调度都由中央服务器来控制，增加了中央服务器的负担； 每台逶繁工露绉帮装配委数掇疼客户壤，不粳予藏星系统瓣安装_ 摹雾缝轳。 由此可见，电能量数据采集系统缀历了一个幽集中式系统向分布式、网 络式、开放式系统演变的发殿过程。 1 3 提出问题 电力系统的逐遽发展，鑫动仡求平的不断穗商，必然导致需要袋集的数 据的种淡越来越多，数据量也越来越大。然而现有的远稷数据自动采集一般 是逶遘公雳毫透溺载毫力载波弼，受髅道蒺量黢遴绩蛙戆豹影羲，波特率不 能太高，般在9 6 k b i t s 左右，传输速率受到限制。下耐以襄樊供电局的电 能量采集与分蓼亍系统为例，对比一下魄能量数据采集系统掰嚣临的袋集量和 现有采纂能力之间的矛盾。襄樊供电简的电能鬃采集与分桥系统规划的采集 能力要能处理1 0 0 个远程采熬终端，欺3 0 0 0 块电能表的数据，并还辨为以后 瓣系绫扩窑整下余邋。该系绫硬辞这鹅东方毫予翡产晶，搜篪电簸诗萋东方 电熊量数据采集系娆多瓤逮撂势发控女4 表强势调建驰研究 5 d f l 0 2 筑约与邋程袋集终端逶绩。每块毫黥裹夺镶4 炎数摄( 窀爨、骧辩量、 需爱、失送断糕) ，其中魄凝数搌包含8 个模拟最，每个模拟量下分为总、尖、 峰、平、谷五个费率，每个数据有5 个字节，传输电鬣的数据帧为2 3 6 个字 节i 需麓数攥毹含8 个模拟量，每个模捺爨下分为慈、尖、峰、平、谷五个 费攀，每令数撼真9 令字节，接辘霭蕊的数擐犊为3 8 8 个字节；瓣对挺数掇 包含1 8 个模拟量，每个数据有4 个字节，传输瞬时量的数据帧为1 1 0 个字节； 失压数描包含1 9 个模拟爨，每个数据密4 个字节，传输失压的数据帧为1 1 5 令字节( 谨缀豹诗箨诸参楚2 。2 2 节) 。毫缝表繇鞴5 分镑记录次数蕹( 每 类数据一天就有2 4 x 6 0 + s 一2 8 8 个点) 。这样，抄圆一块表一天记漾的所有数 据就需要传送( 2 3 6 + 3 8 8 十1 1 0 4 1 1 5 ) 2 8 8 = 2 4 4 5 1 2 个字节。根据串口通信 原理的知识，个字节蠢1 0 b i t 组成( 一个起始位，8 令数据位袋7 个数据经 擒令校验位，一个终圭 ：位) 。公翅魄话交换嗣( p s t n ) 艟传输速度一般为 9 6 k b i t s 。考虑到一般p c 机的性能和资源的合理利用，一台p c 机能同时挂 的m o d e m 的个数是有限的，大概为8 个。所以，一螽挂有8 个m o d e m 酶 透信工终鳐娶宠藏掰鸯远程采集终糕天数据熬采集王孬褥要： f3000 x244512x10 2 6 5 3 ( , 1 、时) ( 1 1 ) 9 绷x 3 6 0 0 x 8 、。 丽事实上现在电能慧数据采集惹统的疆求是当天的数据当天凹，并且邂 渐向实时抄表，实时监测钓方向发鬣。这些都时电燕数据采集系统的数撵 采集麓办帮数攥传输速凄搓窭了更滗垂毫要求。嚣且上述熬诗箕巾貔织j 丕没鸯 考感一些其他驸热婕况。如： 1 ) 主站系统与远程采集终端存在频繁的应答交互过程，这楚葵花赞相当 一部分时闻酾。 签在逶髂转输过稳出予一些不霹控豹溷素( 翅；载波潢失，占线，对方 虻等) 导致数据采集任务的中断都会造成工作的延期完成。 3 1 一星出现停祝或检修，有一个月的数据未抄，剐补回这戆数据所需黉 的时闻更是会诖久无法忍受。 另钤，隧誊业务的开展与参。大，远程采集终端的数目将会惫基4 增多，功 黥也会加强( 如：与r t u 进行数据交换；与模拟屏系统进行通信；与上级调 瓤瞻量数据采綦系统多机遵镭并发控朝章妊务铺度酶研究 6 魔以及其他调度中心交换数据；实时数据采集、报文校验、舰约解释、数据 预处理；通过网络向s c a d a f e m s 主系统提供格式统一的、标准的、实时的、 缀避预处理的数据) 。 瑟整一套透癌王掺戆不毒藐毒效魏宠矮魏筵大豹数攥楚壤王终。 1 4 本人所做的主要工作 随着系统的发展，电能量数据采集系统所采集量与其采集能力之间的矛盾 秘蕊突出。那么如何掇麓通信效率，增强魄艨量数据采集系统鹣采集能力将越 慕越受到关注。采瘸多遽售工俸站，每一个逶信工作蜒支持多线翟，实瑰多令 m o d e m 同时抄表是解决这一问题的有效途径。而关键是如何协调管理多通信 工作站，根据通信资源的多少以及忙闲状、侃情况，和通信任务的重要度等级， 在它们之间实现任务的动态分配。本人在送方面做了以下主要工作： 1 ) 在参翅了有关本课题靛国内外大爨熬文麸资秘的基礁，针对巢供电 髑懿实际请嚣，握出了袋用基于三墨客户驻务器模式静劳发拯翻祝裁来协调 臀理的多通信工作站数据采集方案，将大篷的数据分组并行采集，从而减少 采集周期。 2 ) 针对三层客户服务器模式的弗发控制机制提出了一种新的调度算 法“动态饶先级调菠算法”，摄据遥偿工传站豹虻阑状态翱受载清况， 激爱翻络的透篪，蘧穰任务兹重要凄警缀，在各个逶信王终辩之闽实现任务 的动态分配。 3 ) 用面向对象的可视化高级开发软件d e l p h i 编写了前置系统服务器端和客 户端的程序代码，并究成了通信服务器和通信工作站的配置方絮的规划工作。 4 ) 在电戆量数攥袋集豹工捧孛，数豢瘴凭镀窝镁超时是一个毙较鬻趸盈 严熏f 孽闯题。数据露服务器是电躯羹数攒采集系统中的一个蕊簧组成部分， 窀担负着极其繁重和熬簧的工作，数据库的死锁或锁超时会严重影响整个系 统的稳定性。为解决这个问题，我们引入通信服务器作为中介，极大地减少 了数嬲库服务器的连接数，并将采集回的数据经通信服务器加以缓存和过滤， 然嚣分组努奄，采取羝羹、集中豹方式存入数摆疼。馨尽鏊褥瓣数据疼懿并 电辍羹数据采集系统多机遇髂并发控$ 争任务调度斡辑宛 7 行操作串行化，并尽量减少对数据库的操作时间。 5 ) 电能量数据采集系统每天担负着繁煎的数据采集任务，如何有效减少 数据的重复采集，以及避免重复数据入库成为优化系统性能，保证系统稳定 运磐豹一令关键接蓬。程实际熬开发遘瑶孛，我翻亏| 入了迸发豹辍念来耘识 数据的采集涛掘，厨时方面利用数据麾蠢身的主健约柬，另一方面在通信 程序中设置异常保护来解决上述问题。 6 ) 参与了现场调试，通过运行测试表明，该方案是切实可行的，解决了 电熊懿数据采集系统采繁能力和通信效率不满的目题，达到了预期的目标， 爨鸯突蠲徐夔。 电能量数据采集系统多机通信并发控制和任务调度的研究 2 电能量数据采集系统 2 1电能量数据采集系统的网络结构 我所开发的电能量数据采集系统基于多通信工作站网络通信的并发控制 与数据采集的任务调度，是襄樊供电局电能量采集与分析系统的子系统。由 于电力系统远程采集终端数目的庞大和分布的分散，为充分利用有限的通信 资源，减少投资、节约成本，基于主站一体化、系统化的设计思想，应用先 进的计算机网络通信及控制技术，电能量数据采集系统采用分层、分步、分 散式结构，实现输、配、用电等电能量的自动采集、分折和计费功能。下面 计量点的数据通过多层系统的集结与转发，上传至主站系统。然后借助网络 支持多用户的数据共享与应用分析1 6 】。系统按拓扑结构划分为主站系统、远端 采集系统和局域网三大部分。其网络拓扑结构图如图2 1 所示： 电能量数据采集系统的硬件模块由以下几个部分组成1 7 j ： 1 1 远程终端采集系统 考虑到本系统的规模和数据传输的实时性，远程终端采集系统采用三层 集结的方式将下面各个分散的点的大量数据集中上传。每个采集器通过 r s 4 8 5 通信口或复用光纤口连接多个电能表，然后多个采集器由可经过r s 4 8 5 总线或电力线载波集结到一个集中器上。 ( 1 1 电能表：电能表有脉冲电能表、机械电能表和电子式多功能智能电能 表三种。本系统采用的是东方电子的新型多功能智能电能表。它本身具有采 集、储存和处理电表数据的功能，还可以实现电表问互为备用的工作方式。 新型多功能电能表可以预先编程，以实现定时或在事件发生时主动向上报告 电能表本身的状态信息，如t v 缺相、t a 断线、相序错误、失电、电压偏差 超限、负序和谐波超限等多种重要信息，并配有相应的时标，以便及时发现 和采取相应的措施。具体的功能可分为： 用电计测功能累计计量功能：累计双向供电的有功电能、无功电 能和视在电能，累计掉电时间、掉电次数和累计超过功率时间等：实时计量 电能量数据采集系统多瓿遵信并发控稍争任务诞瘦磅研究 9 功能：实测各相电流、相电压及线电压和三相有功功率、无功功率、视在功 率和功率因数，以及供电频率等。 监视功能最大需量监视、反窃电监视、缺相指示、断电、恢复供 爨辩耀记录窝邀疆舅露攘警等。 管理控制功按时段，费率进行复费率分时计费、拜重段控制、抄表 以及组网管理等。 存贮功能将段时间采集到的各项参数及时问打上时标存贮在存 贮器中，并做到掉电仍不消失。 塞恢复与鑫捡溅功旋。 图2 1 电能量采集与分析系统嗣络拓扑结果图 ( 2 ) 采集器：采翊r s 4 8 5 串葶亍1 3 遥痿：零与3 0 1 2 8 块具有4 8 5 接翻豹奄 电魏量教据采集系统多机遇嚣张发控期和任务诵痰雅磷霓 l o 能袭交换数据。按设定的周期存贮全电予电能表的各种类型电爨数据、需量 数据和瞬时量数据以及失压断相等数据。多种电源供电：装鬣同时可由交流、 童流供电，由采集装鼹凭闯隙切换，装鼹笈位及参数改变时能保持数据的完 整镶。采集器豫宠残漱裳戆毫麓量数摄采集工终班羚，还要摄攥系统的要求 完成与集中器之闻斡数攒通信，将需要佼邋的电能量数据送副粲中器中。 ( 3 ) 集中器：本系统使用的时东方的c h l 0 6 4 1 j 集中器。集中嚣可与多个 采藤器级联，在电能墩采集与分析系统主站和采集器之间提供条透明的通 信通道，进行电能量数据传输。集中器还支持多规约转发，最多可采用6 种 不弱憋遵诱惑约采集1 8 6 块数字龟能表的数撰。著逶过m o d e m 口以约定兹 逶诫麓约发往主避系绕。c h l 0 6 4 一l 集中器采震模块纯结 奄设诗，主要有主 控板、键盘显示板、通讯板、端子板、电源板、电能存贮卡、m o d e m 板组 成。并可以通过红外通讯头与便携式电脑逑接，进行当地维护。集中器共有 1 1 个不同类型的通讯端翻：6 个r s 4 8 5 通讯口( 其中4 路与光纤复用) 分别髑予采集3 l 路数字瞧表豹电能数缀；复翊光纤口旗戆嗣r s 4 8 5 强鞠溺；m o d e m 逶镶强与远程主懿逶谶；光绥日双狡蒸餐、或缀 联用：r s 2 3 2 通讯口接g p s 卫星或其他智能设备；红外霸接红外维 护电缆进行当地维护。集中器的主要任务肖两个： 完成与采集器的数据通信工作，向采鬃器下达电能量数据冻结命令， 定时循环接收采集器的魄能量数据，或投瓣系统要求接收菜个电表或菜组电 表豹数撵。 根据系统要求究成与主站的通信，将电能量数据等主站需要的信息传 送到主站数据库中。 2 ) 通信信道：系统由三级通道组成 ( 1 ) 上彳亍通道：指钓是集中器与主站之闼的通信线路，可以激蹋公用电话 豹( p s 墨孤) 、电力载波燃、无线、无线扩频、r s 4 8 5 总线、毙绔耪迄话专线 等邋信介质； ( 2 ) 下行通道：指的鼹集中器与电能表计或者采集器之间的通信线路，主 要商4 8 5 总线、电力线藏波两种通信方式。 ( 3 ) 主站内部通过以太局域网( e t h e m e t ) 相连。 3 圭嚣系统 蕺能量敷耱采桑系统多瓤避髂并炭控翩和柽务调度酶研究1 l 包括一台数据库服务器、一台通信应用服务器和三台通信工作站，构成 了电能量数据采集系统的三层客户服务器模式。负责运行数据的收集与处理 ( 包括母线电压，备条线路电流，有功功率，无功功率，主爨用户豹电力负 楚) ；定薅或疆瓣抄羧瑟瑟或囊尹| 邀表毅魄燕壹码数据；对供彀潮及翅蠹鑫交 电滔运行情况的蓝褫；以及重要数据的存储 本系统还配有一个主应用工作站和多个辅应用工作站，以供业务分析使用。 钔局域网 配置了w e b 服务器、路由器，使用户可以通过蜀域以太潮浏燕该系统的 溪鬻、掇表、曲线篙，实瑗鼗豢共享。 通过与互联网服务器与负荷控裁系绕、电能计费系统、s a a 系统和 m i s 系统等相连，黛观与外部系统的开敝数掘访问。 2 2 电能量数据采集系统的功能与数据需求 2 2 。1 电能量数据采集系统英有以下的萌巍 n 计量考核关口电能表数据的自动采集及传输。 2 ) 用电异常分析与告警。 3 ) 电能计费与核算。 翁表 运行壤援谯线夔溅。 5 1 对电鼹帮用户送行实时监涮。 6 1 负荷特性分析。 7 1 测量线损，提高管理水平。 8 ) 效防止窃电。 蓉统还要逶避i i s ( i n t e m e t 蘧惠羧务) ，实爨w e b 爨焚粪逶。莠与不羁 系统的集成，利予资源共享、信息交换、功能扩展。觚丽可以提高设备鲍利 用率和信息系统的工作效率，减少系统煎复信息所占的数字通信费用和避免 通道拥挤阻塞，减少资源浪费和信息系统运行、维护费用。 随着系统规模的扩大和功能的扩展，也由于系统集成，数据共享发展趋 电能量教据采集系统多机通信并发控制和任务调度的辑兜1 2 - 势的需求，对电能蹙数据采集系统提 圭l 了更大数据量，藤简实时性的要求。 这些都增加了提高通信效率，增强电能量数据采集系统采槊能力的迫切性。 零系统采臻亵翻越象豹援疹设嚣方法，姆数攥疼管理、麴络逶瀑等诗冀橇 应用、随络、通倍技术与嚼力行业的专娩知识鞠专业标准蠢钒地结合起来，设 诗了霹巍纯、隧络他、蓉戆绽、实囊他、漆突辩、模块氆缀搦豹瘦鼷较 孛系统， 并戳襄樊供电局的现有采集点配置为背撩开发而成。电能量数据采榘系统的软 件模块组成如下网2 2 所示： i ) 数摇瘁系缓管理 爨2 2 逡襞耋采集系缝戆较傅搂凌维纛鬻 2 1 通信应用稔序 ( 1 ) 逶售调浚模块：跫遴信工终麓鸟数赛黪辍务器之瓣联系懿耩粱。逶蕊 调度模块又包括下面三个子模块。 任务生成模块：负资获取数据魔服务器冉勺原始参数，嫩成静种数据采 集强务，鞋籍诱发。 电毵量数搪采集系统多机遇信并发控常j 和任务谰蕨的研究1 3 任务调度模浚：根搦调度算法，动态分配任务到最佳匹配的通信工作 站。并根据各个通信工作站的负载水平，相应地进行任务调节。 鞠络逶楚模块：开发基予t c p i p 捺议瓣潮终逶售。辫麓s o c k e t ，逶猿 应用服务器并发控帝多个通信工作站，淘它们分配任务，并接收通信工作站 上姥熬袋集数据。 ( 2 ) 数据采集横块：执行通信应用服务器下达的任务，岛数据遗程采集终 端通信，完成全网备种运行参数和电墩数据的抄收。数据采集模块下面又包 禽5 个予模块。 定时采集任务模块：檄据设定盼时问点和时间周麓，定时自动采集各 诗鐾患绒线路豹奄黧、瓣瓣燕、嚣量、缀警、尖莲等数据，莠熬戳辩标稼存。 对赢管犬户、上嘲电厂、供电关口实现零点抄袭。采集的同时还可根据系统 设定的对时误差，通过系统自动完成列数据远程采集终端和表计镣设备进行 蠡麓对瓣，薅糅全系绕设餐辩檬客鼹秘躜步。潮辩提筷夔季燕塞酮蕊子羹巍藜 始撮文，对于通倍必散或采集失败的计餐点、线路，给予详蹋的记录( 包括 失效戆l 靖藏帮失效瓣琢溺) 。 随时采集任务模块：随时直接抄读任意线路表计或数据远糕采集终端 的数据戏参数( 如电能表的蜂、平、豁电量、时段、失压记录、断流记录等) 。 多线程控秘模凌：一台逶信工幸錾港支簿逶接多个m o d e m 嗣嚣李移表，每 个线稷管理一个通邋，线獠之间保持同步，将任务分配绘空闲。 簇始数据瓣谈遘滤模块：对采繁数据逡 爹台法惶及宠蹩犍獠毅，错误 数据自动辨识、自幼过滤。 数据异常通信报警模块：监视通信状7 兄，对各种通信错误及异常报警。 2 2 2 电能量数据采集系统的数据需求 襄樊供毫弱奄裁羹数据采集系统要采集毅下数据： 1 、电量 呶髓数据包括8 个模拟量，其中每种模拟量下面又包含总、尖、峰、 乎、谷聂令费率，魏袭2 。1 掰示。 电巍董敷搪采集系魏多祝域镩并发控裁和 务调疯的辑究 表2 1 电量数据点号表 点号数据 0正向宵功电量 l反肉有功电量 2正蠢嚣功电量 3轰囱无功电量 4 一致限无功电量 5二象限无功电量 6三歙限无功电量 7四象限无功电量 其电量数据帧格式壹h 表2 2 所示： 表2 2 毫萋数捺颡接式裘 帧起始符 6 8 联 帧长 l 帧跃 l 帧起始符 6 8 h 控制城 c 设备地娥a 设备恁蟪a 数据类型 t y 辜e 信息体数瞄v s q 激活确认项u c o t 公共地址 b 公共地址 b 记录地址r a d 电量壤患体撼簸 慧( 5 个字节) 尖( 5 个字节) 信息体1 峰( 5 个字节)模拟量数据 ( 2 7 个字节) 平( 5 个字节) 谷( 5 个字节) 校验和 电量绩惠肉褰售怠体2 ( 2 7 令字节) 痿惠 謇n 5 字节时阐信息 校验和 帧结束 守 1 6 h 因此，电量数据帧必有1 3 + 2 ) 需量 嚣量数据毽括8 个模拟量， ( 5 x 5 十2 ) 8 + 5 + 2 = 2 3 6 个字节。 其中每一糖模搬量下面又镪禽惑、尖、峰、 电能薰数裾采集系统多机逮馆謦发控稍争任务稍瘦鲢磺宽 括 平、谷五个费率，因此，需量数据帧共有1 3 + ( 1 + 9 5 ) x 8 + 5 + 2 = 3 8 8 个字节，如表2 3 所示。 表2 3 需量数据点号表 点号数据 g 芷巍青功器量 l 爱舞蠢功器量 2委向嚣功需量 3 反向笼功需量 4 一瓤限光功需量 5 二敷限，己功需量 6三象限无功需量 7 四象照滗功需量 蒺嚣量鼗搀犊旗式热表2 。4 繇示： 表2 4 零蠢数据赖辏式表 帧起始符 6 8 h 帧长l 帧长 l 帧起始符 6 8 h 控制域 c 搜餐遗址a 设罄地址 。 a 数据类型 t y p 信息体数日v s o 激活确认项c o t 公共地址 b 公拭地址 b 诚最地址r a d 辫霆痿惠俸建蛙 数镶( 4 个字节) 蕊( 9 个字节) 时间( 5 个字节) 数据( 4 个字节) 尖( 9 个字节) 时间( 5 个字节) 数攒( 4 个字节)信息体1 ( 4 6 个字节) 峰( 9 个字节) 时间( 5 个字节) 数撼( 4 个字节) 警( 9 个字苇) 瓣蠲( 5 巾字苓) 数据( 4 个字节) 谷( 9 个字节) 时间( 5 个字节) 滞量信息内容信息体2 ( 4 6 个字节) 信息体n 5 字节时间信息 校验和 帧续寒舞 1 6 h 壤酝羹教器采集系统多氟遵镩秀发控裁和任务调筑的研究 3 1 瞬时量 瞬时量数据包括1 8 个模拟量，点号1 8 、1 9 保留作为以麟扩展用，如表 2 5 所示。 表2 ，5 骥霹量数懿患号表 点号数据单位 oa a b 糨电压有效僮o 0 1 v 1 b a c 相电压有效值 0 0 1 v 2c 相e 瓴鹰有效值0 0 1 v 3a 相相电流有效值0 o l a 4 b 相相电流有效值 o 0 1 a 5e 相搬淑流舂簸擅0 o l a 5蠢功葫攀0 1 w 7a 褶瞬辩有功功率o i w 8b 相瞬时有功功率0 1 w 9c 相瞬时有功功率0 1 w 1 0无功功率 0 1 v a r 1 1 a 相瞬时无功功率 0 1 v a r 1 2b 相耩时无功功率 0 1 v a r 1 3 c 稳瓣瓣嚣功玟率 0 ，1 v a t 1 4总璃攀因数x 。x x x 1 5a 相功率因数x x x x 1 6b 相功率因数x x x x 1 7c 相功率因数x x x x 1 8 1 9 其瓣薄量数据颊格妓鲡表2 。6 联示： 表2 6 瞬时量