（电气工程专业论文）电能量综合管理系统设计和应用.pdf

原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独 立进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本声明 的法律责任由本人承担 论文作者签名 盛堑 日期 盎 盔 止 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留或向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人 授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可 以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 睾 导师签名 刍 目勇乏 i 摘要 i a b s t r a c t i i 第一章绪论 1 1 1 课题提出背景及研究意义 1 1 2 国内外相关技术和标准现状 1 1 3 系统设计的原则 2 1 4 本文的主要内容 3 第二章电能量综合管理系统总体设计 5 2 1 系统设计目标 5 2 2 系统设计的原则 6 2 3 系统基本模型 7 2 3 1 通讯网络 一7 2 3 2 主站软件架构 9 2 3 3 主站硬件结构 9 2 3 4 终端设计框图 1 0 2 4d 结 1 0 第三章数据综合平台设计 l l 3 1 电能数据自动采集 1 l 3 1 1 变电站终端数据自动采集 一1 2 3 1 2 大用户终端 居民集抄数据自动采集 1 3 3 2 电能数据集成 1 4 3 2 1 常用的接口方式 1 5 3 2 2 接口方式总结 1 6 3 2 3 接口的安全性 1 6 3 3 终端数据采集 本地通讯网络 1 6 3 4 小结 1 8 山东大学硕士学位论文 第四章电能数据的综合应用 1 9 4 1 电能数据应用平台 19 4 2 系统管理 2 0 4 3 后台计算 2 3 4 4 统计分析 2 5 4 5 数据库管理 2 6 4 5 1 数据库建设 2 6 4 5 2 存储数据类型 2 7 4 5 3 数据归档 2 7 4 6 报表管理 2 7 4 7w e b 发布 2 9 4 8 线损综合分析 3 2 4 8 1 统计线损 3 3 4 8 2 理论线损 3 4 4 9 小结 3 7 第五章终端设计 3 9 5 1 分类 3 9 5 1 1 厂站采集终端 3 9 5 1 2 专变采集终端 3 9 5 1 3 公变采集终端 4 0 5 1 4 低压集中抄表终端 4 0 5 1 5 可远传多功能电能表 4 0 5 2 终端设计功能框图 4 1 5 3 终端主要功能 4 2 5 3 1 与主站数据通信功能 4 2 5 3 2 数据抄读及存储处理 4 2 5 3 3 时钟 4 3 5 3 4 负荷控制功能 4 3 5 3 5 维护 4 3 山东大学硕士学位论文 5 4 典型方案 4 3 5 4 1 专变终端典型应用方案 4 3 5 4 2 集抄终端典型应用方案 4 4 5 4 3 远程多功能电能表典型应用方案 4 5 5 5 小结 4 5 第六章关键技术及特点 一4 7 6 1 分布式数据采集系统 4 7 6 2 面向电力对象数据库 4 8 6 3 后台多任务管理数据自动计算 4 9 6 4 通讯 网络 拨号 g p r s 等 4 9 6 5 小结 5 0 第七章总结与展望 j 5 1 7 1 总结 一51 7 2 展望 51 参考文献 5 3 致谢 5 5 参与的科研项目 5 7 1 1 i 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 摘要 随着电力行业体制改革不断深化 电网的运营和管理正逐步向市场开放 为了 实现公平 公正 公开的电力交易原则 电能量计量系统的重要性比以往任何时候 都更加突出 目前国内的电能量系统已进入稳定成长的阶段 但鉴于各系统建设年代的差异 及各厂商协作性差等因素 变电站系统 负荷管理系统 配变系统等在大多数地区 都是作为独立的系统运行 互联互通性差 不能充分共享数据 为了协助电力企业 充分挖掘电能数据 实现线损分析以及电量考核结算等高级应用 并在电能作为商 品走向市场的进程中发挥更加重要的作用 有必要建立一套覆盖变电站 专变 公 变等电能量数据的综合管理应用平台 本文简要介绍了电能量管理系统的发展历史以及目前发展技术 详细介绍了针 对国内电力市场的需求 提出的电能量综合管理系统的总体设计方案及建设模型 实现电能数据的自动采集和集成 构建电能数据的应用平台 实现线损的综合分析 与管理 供电可靠性统计分析 配变监测和负荷分析等基本应用 在实现系统可靠 稳定实用基础上 充分对数据进行挖掘 实现电能数据的深层次应用 按用电等级 分类阐述了各种终端的通讯方式和通讯规约 本文最后结合电能量管理系统在部分电力公司的应用 对实际运行中的难点进 行分析及采取解决措施进行介绍 并对部分用户提出的特殊需求提出了解决方案 关键词 电能量管理 采集终端 电力负荷管理 山东大学硕士学位论文 一 一一一 一 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n td e e p e n i n go fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r ys y s t e mr e f o r m t h e o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n to f 鲥d h a v eb e e no p e n i n gu pt ot h em a r k e tg r a d u a l l y s i n c et h ee l e c t r i cp o w e rb u s i n e s sp r i n c i p l eo f j u s t f a i ra n do p e ni sg i v e nt o pp r i o r i t y t h ee n e r g ym e t e r i n gs y s t e mp l a y sam o r ep r o m i n e n tr o l et h a ne v e r b e f o r e t h ec u r r e n td o m e s t i ce n e r g ys y s t e mh a sb e e ni nt h es t a g eo fs t e a d yg r o w t h h o w e v e r d u et ot h ed i f f e r e n tc o n s t r u c t i o nt i m eo fr e s p e c t i v es y s t e ma n dt h ep o o r c o o p e r a t i o nb e t w e e nm a n u f a c t u r e r s i nm o s ta r e a s t h e s u b s t a t i o ns y s t e m l o a d m a n a g e m e n ts y s t e m d i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e rs y s t e m e t c a l lo p e r a t es e p a r a t e l y w i t hp o o ri n t e r c o n n e c t i v i t y b e i n gu n a b l et os h a r et h ed a t a s oi th a sb e e nam u s tt o b u i l dai n t e g r a t e dm a n a g e m e n ta p p l i c a t i o np l a t f o r mt h a tc o v e r st h ep o w e re n e r g y d a t af r o ms u b s t a t i o n s d i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e r z o n ea r e a t a n kt r a n s f o r m e r e t cs o a st oa s s i s te l e c t r i cp o w e ru t i l i t i e si na d e q u a t ed a t am i n i n go fp o w e re n e r g ya n dt o r e a l i z ea d v a n c e da p p l i c a t i o n s s u c ha sl i n el o s sa n a l y s i sa n de n e r g yc h e c k i n g s e t t l e m e n t t h u sp l a y i n gam o r ei m p o r t a n tr o l e i nt h ep r o c e s so fp o w e re n e r g y s t e p p i n gf o r w a r dm a r k e ta sc o m m o d i t y t h i sa r t i c l eg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no nt h ed e v e l o p m e n th i s t o r yo fe n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m a n di t sc u r r e n td e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y a n dad e t a i l i n t r o d u c t i o no nt h ep r o p o s e do v e r a l ld e s i g ns o l u t i o na n di n f r a s t r u c t u r em o d e lo f e n e r g yi n t e g r a t e dm a n a g e m e n ts y s t e m e s t a b l i s h m e n t o fp o w e re n e r g yd a t a a p p l i c a t i o np l a t f o r mf o rr e a l i z a t i o no ff u n d a m e n t a la p p l i c a t i o n ss u c ha sl i n e l o s s i n t e g r a t e da n a l y s i sa n dm a n a g e m e n t p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y s t a t i s t i c sa n a l y s i s d i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e rm o n i t o r i n ga n di c i a dr e s e a r c h s u f f i c i e n td a t am i n i n gf o r f u r t h e rd a t aa p p l i c a t i o no nt h eb a s i so fs y s t e mc a p a b i l i t i e so fr e l i a b i l i t y s t a b i l i t ya n d p r a c t i c a l i t y i l l u s t r a t i o n so ft h ec o m m u n i c a t i o n m o d e sa n dp r o t o c o l so fa l lk i n d so f t e r m i n a l sa c c o r d i n gt od i f f e r e n tp o w e rc o n s u m p t i o nl e v e l s a l lo fw h i c ha r eb a s e do n t h er e q u i r e m e n t so f d o m e s t i cp o w e rm a r k e t i n t h ee n d t h i sa r t i c l ed e a l sw i t ha n a l y s i so nd i f f i c u l t i e sd u r i n gp r a c t i c a l p e r f o r m a n c ea n di n t r o d u c t i o no nt h es o l u t i o nm e a s u r e st a k e nc o m b i n e dw i t ht h e a p p l i c a t i o n so fe n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mi nc e r t a i np o w e rc o m p a n i e sa sw e l la s s o l u t i o n sf o rs p e c i a lr e q u i r e m e n t sf r o mc e r t a i nc u s t o m e r s k e yw o r d s e n e r g ym a n a g e m e n t d a t aa c q u i r et e r m i n a l p o w e rl o a dm a n a g e m e n 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题提出背景及研究意义 国家电力监管委员会 电力市场技术支持系统功能规范 试行 中 电能量计量 系统作为电力市场技术支持系统之一 主要实现对电能量数据进行自动采集 远传和 存储 预处理 统计分析 以支持电力市场的运营 电费结算 辅助服务费用结算和 经济补偿计算等 随着电力行业体制改革不断深化 电网的运营和管理正逐步向市场开放 为了实 现公平 公正 公开的电力交易原则 电能量计量系统的重要性比以往任何时候都更 加突出 电能量计量管理功能已成为继s c a d a 等功能之后电网自动化系统的又一个 基本功能 作为专门采集处理各种电度量 也可根据实际需要辅助采集电流 电压 功率等相关参数 以供有关部门进行用电核算 用电收费 以及相应控制和管理的电 能量计量系统 其配置已成为电力管理部门 发电部门 供电部门必须考虑的问题和 必备的计量核算手段 4 经过近2 0 年的发展 目前国内的电能量系统已进入稳定成长阶段 变电站电量系 统已基本覆盖到县级电网 负荷管理系统 配变系统也开始在省级电网及大中型城市 电网逐步建设 但鉴于各系统建设年代的差异及各厂商协作性差等因素 各系统在大 多数地区都是作为独立的系统运行 互联互通性差 不能充分共享数据 为了协助电 力企业充分挖掘电能数据 实现线损分析以及电量考核结算等高级应用 并在电能作 为商品走向市场的进程中发挥更加重要的作用 有必要建立一套覆盖变电站 配变 台区 箱变等电能量数据的综合管理应用平台 1 2 国内外相关技术和标准现状 2 0 世纪七 八十年代 电能量的采集和统计处理开始作为s c a d a 系统中的一项 功能出现 电能量数据与常规的远动采用同一种通信规约 信息由同一台r t u 通过同 一通道进行传输 由主站系统按 冻结 读数 解冻 的方式统计与处理 由于r t u 的 数据存贮方式 容量和远动通信规约都不支持按分钟 小时定义的采集周期 大容量存 山东大学硕士学位论文 贮和大批次的数据传送 使其采集精度 数据的可靠性 连续性均存在不少问题 远 未达到电能量计量和计费的要求 从九十年代初 广东省电力局 大亚湾核电站 华北电管局 南方电力联营公司 等单位相继开始引进国外知名厂商如l g a b b 等的电能量计量专用系统 在这方 面作了可贵的探索 取得了一定的经验 但是 由于西方国家在社会制度 管理体制 所有制形式 电网负荷结构等方面与我国有较大的差异 引进系统也还存在着价格偏 高 汉化程度差 售后服务不及时 软件修改不方便 扩充不灵活等问题 9 九十年代中后期 国内有很多供应商如烟台东方电子 南京南瑞 广州科立等推 出了自行研制的电能量计量系统 其特点是采用了独立的主站系统 专门的电量采集 终端或电能量表 采用了专用通道 专线公用电信网 数据通信网等 专用的通信规 约例如i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 2 t g 等来进行电能量的采集 计算和统计考核 以适应电力市场 厂网分开 竞价上网 的商业化运作的需求 1 5 2 0 0 3 年之后 发改委 国家电网公司 南方电网公司等陆续发布d l t 6 1 4 2 0 0 7 d l t 6 4 5 2 0 0 7 q g d w l 2 9 2 0 0 5 q g d w l 3 0 2 0 0 5 等相关标准 国内的电能量系统 已进入稳定成长阶段 变电站电量系统已基本覆盖到县级电网 负荷管理系统 配变 系统也开始在省级电网及大中型城市电网逐步建设 并有部分省份开始尝试大规模居 民电力载波抄表系统 1 3 系统设计的原则 1 鉴于各级电力公司是以电能量作为其计费 考核 奖惩的主要依据 因此必 须有一个独立完整的系统来保证电能量的采集 传送 处理过程的可靠性 唯一性 准确性和连续性 2 通过在采集处理及传输等环节采用多种技术手段 包括数据采集服务器切换 通道切换 数据采集服务器对未及时采集到的数据进行自动补测 便携式抄表器批量 录入 f l a s h 卡读入 电表s i m 卡读入等方式 以确保数据完整性 3 原始数据的严肃性 保证电能量原始数据不可修改 对电能量进行计量和结 算的模型等在相应派生库中进行 派生库数据只有在授权许可下才能修改 建立完善 的安全措施 对不同等级用户 设立相应的访问权限 以保证电能量计量与计费的严 肃性 2 山东大学硕士学位论文 4 数据的准确性 一方面采用多种手段对采集到数据的合理性检查 另一方面 由于电能量是一个累计值 因此即使是微小的误差日积月累后也会达到难以置信的程 度 而对售电和用电双方来说 此累积值就是经济上的亏损 因此 计量精度的选择 原则应是容量越大精度越高 大容量的电厂和输电线宜使用0 2 级及以上的精度的电 能表计 1 5 1 1 4 本文的主要内容 针对国内在电能量管理系统的现状 本文将更系统 更全面地研究这个问题 主 要进行以下工作 1 系统的总体设计 包括系统的目标 设计原则 基本模型 系统结构 功能 模块组织等 2 数据综合平台建设 包括数据自动采集和数据综合集成两大部分 该部分的 的可靠性是本项目的关键因素之一 对通讯方式 通讯规约 接口方式等各部分进行 详细设计和实现 3 电能数据的综合应用 包括数档案管理 据库管理 线损分析 自动计算 报表管理 w e b 浏览等 4 终端设计 综合分析了终端的分类及应用 给出典型应用方案 5 总结与展望 总结了本论文的工作 以及对后续工作的展望 山东大学硕士学位论文 立足于我国国情及电力系统目前发展的现状 设计开发出技术性能先进 结构合 理 实用可靠的电能量综合管理系统 系统为全面深入落实电力市场化运管要求 加强电力企业内部电量 线损考核与 管理 改变过去人工抄表 人工计算 统计线损率的落后方法 提高效率和准确性 通过它 可以有针对地制定降损措施 提高经济效益 为电力市场提供基础数据 是 电力市场化运行的基础 为实现电力企业对供电用户服务承诺提供可靠 先进 全面 的技术支持和保证 系统采用系统化 面向对象设计思想 应用最先进的计算机网络通信和控制技术 采用分层 分布 分散式结构 实现输 配电网以及用电网电能量的自动采集 传输 和存储 分析功能 并通过集成其它系统 如d m s s c a d a 压m s m i s 等 的电能数 据 为电力企业的商业化运营提供决策依据 该系统的具体实现以下目标 1 通过光纤网络并补充部分p s t n 实现变电站电能量数据自动采集和监测 2 通过g p r s 网络 实现对大用户运行数据实时采集和监控 3 通过g p r s 网络 辅以载波技术 实现对居民用户用电数据定时采集 4 分时段电能统计和分费率结算及电力营业计费核算自动化 5 集成配网自动化系统 用电m i s 系统等系统电能数据 构建电能数据平台 6 分压 分区 分线线损电量自动生成分析与考核 分变电站 母线电能量平衡 分析与考核 充分挖掘电能数据在线损分析中的应用 实现含盖输电网 配电网的线 损综合分析 7 实现电压合格率和供电可靠性统计功能 山东大学硕士学位论文 2 2 系统设计的原则 1 安全性原则 系统遵循电力系统 安全第一 的原则 符合 电网和电厂计算机监控系统及调 度数据网络安全防护的规定 及 电力二次系统安全防护总体方案 的要求 在网络 数据库系统 数据应用系统等方面均应采用相应的安全防护措施 2 可靠性原则 由于电能数据具有累加性和传递性的特点 要求在任何情况下都不允许丢失电能 原始数据 特别是在进行分时段 分费率电能统计和结算时 尤为重要 在系统设计 中 应通过在采集处理及传输等环节采用多种技术手段确保数据完整可靠 3 先进性原则 在系统的设计和研制开发工作中 一定要注意选择当前最先进的硬软件平台和主 流产品 确保系统的先进性 可扩充性 以保证以后的升级和备品备件的需求 4 同时性原则 由于电力交易的特殊性 系统应以标准g p s 时钟为基准 保证各个采集点 计量 点基于相同时间基准完成对电能量的计量及电能量数据带时标的存储 5 开放性原则 系统必须为开放式结构 选用的操作系统 数据库系统 程序设计语言 计算机 网络通信协议 外部接口等都必须符合开放系统标准 以提高国产系统的对内对外竞 争能力和生命期 6 可维护性原则 系统具有自检 联机诊断 远程维护等功能 支持厂方通过远程拨号对系统主站 和厂站产品进行远程维护 支持系统主站对厂站产品进行系统维护 当然 所有各种 维护都应有着严格的权限检查 7 系统集成原则 在系统设计和实现中 要走系统集成的道路 而不要重蹈一切从头开发的覆辙 这样 就可以选择出通用 稳定 人机界面友好 维护升级简便的开发工具 运行环 境和支持软件 为提高系统性能 降低整个系统的成本奠定良好的基础 6 o 山东大学硕士学位论文 2 3 系统基本模型 电能量综合管理系统总体结构由主站系统 通讯网络 终端三个层次构成 其中 系统主站单独组网 又可分为前置采集处理 数据管理 业务处理 综合应用等 2 3 1 通讯网络 图2 1 系统模型示意图 通信网络连接主站 采集终端 电能表 是信息交互的承载体 主要方式有光纤 通信 2 3 0 m h z 无线通信 无线公网通信 r s 4 8 5 载波通信等 可以分为远程通信 和本地通信 远程通信是指采集终端和系统主站之间的数据通信 可分为专网通信及公网通信 本地通信是指采集终端和用户电能计量装置之间的数据通信 在本系统中主要集 中器和采集器 集中器和电能表 采集器和电能表之间的通信 7 山东大学硕士学位论文 图2 2 远程 本地通信说明图 为适应各种远程通信方式的需要在主站数据采集服务器和采集终端之间建立一个 通信平台 通信平台以网桥的形式存在 综合处理转换采集服务器和远程通信网络之 间的信息交换 通信平台和主站采集服务器之间以口网络方式相连接 通信平台经过处理转换之 后根据远程网络情况采用适应的方式和集中器通信 实现采集服务器和集中器之间的 透明通信 屏蔽远程通信的通信方式差异 一统 甲辑拜甲甲 通信跆 甲i 早妥二早i 1 i l 一 禚墓书 砖 孺篙窜一蟹本地采集 乒麦蝴 萨燃 通信 图2 3 通信平台示意图 8 照集 程通 中间层 支撑层 数据库连毒池 磊 j d 7b c 鼍 孑强l 巨圈 图2 4 软件架构示意图 系统基于大型商用数据库和企业级应用服务器 通过构建电量数据应用平台 提 供电量监测 w e b 发布等业务应用 作为技术支持系统 系统通过接口与用电营销系 统 电能量集成和生产管理系统等分享电能数据库 为相应的系统经济运行 设备管 理 电量管理 线损分析等高级应用提供数据支持 系统采用c s b s 混合结构 采集平台采用c s 结构 满足采集通信高效要求 应用功能采用基于j 2 e e 的企业级b s 架构 满足快速部署和应用要求 2 3 3 主站硬件结构 系统主站配置硬件全面采用开放的工业及国际标准 主要包括数据库服务器 计 算服务器 报表服务器 采集服务器 维护工作站 业务工作站 网络设备 通讯设 备等构成 9 山东大学硕士学位论文 2 3 4 终端设计框图 信 号 总 采 线 集 缓 电 冲 路 l 电量相美其他接口系缝 电能量综合管理系统 嚣姗蝴 硬件结构示意 图2 5 系统硬件结构示意图 刃 通 r a 讯 0 0 乙 采 网 集 络 电 电源 路 图2 1 2 4 小结 本章进行了系统的总体设计 包书 型 结构等 l o 终端硬件设计框图 系统设计目标 系统设计的原则 系统基本模 山东大学硕士学位论文 第三章数据综合平台设计 电能量综合管理系统应用的基础是电能数据 而电能数据的来源主要有两方面 一通过对变电站 专变 公变终端和小区集抄终端进行自动采集 二是集成m i s 等相 关自动化系统数据 3 1 电能数据自动采集 数据采集子系统作为主站系统最低层的支撑系统 直接与终端通信 负责原始数 据的采集以及终端参数维护等 数据采集工作站设计为支持双机模式 分流数据模式 在系统数据采集负载较轻 情况下采用双机热备方式 双机自动判断完成主 备双机切换控制 在负载较重情况 下 采集终端及计量点数目较大 以及考虑将来系统的扩充 系统允许采用多台主机 分组分流 且每两台主机之间实现采集任务的自动接管控制 以提高系统的可靠性 1 高可用主备切换模型 生蕾冒虮t 蕾冒 尘譬蕾帆 茸量虮 图3 lg p r s 通讯方式下双机切换示意图 系统配置两台前置采集服务器 工作在主备模式 正常工作时 由主前置负责与 终端通信 当主前置故障时 备前置接管通道与终端通信 保证采集的高可用性 2 满足快速应用的数据入库技术 系统采用线程 数据库连接池技术 依据需要处理的数据容量 通过对数据库连 山东大学硕士学位论文 接的动态调度 保证数据入库的高效率 解决系统数据处理瓶颈 连接池技术的核心思想是连接复用 通过建立一个数据库连接池以及一套连接使 用 分配 治理策略 使得该连接池中的连接可以得到高效 安全的复用 避免了数 据库连接频繁建立 关闭的开销 图3 2 数据入库示意图 3 本地缓存技术应用 系统支持在数据库连接临时故障情况下 通过本地硬盘的缓存 保证采集数据不 丢失 并且在数据库恢复后能够自动导入缓存数据 3 1 1 变电站终端数据自动采集 城网改造后 变电站光纤通信网基本形成 主站系统通过t c p i p 协议与网络型采 集终端进行通讯 在没有光纤网络覆盖的变电站 采用p s t n 电话拨号方式补充 变电站数据采集工作站实现电能量 电能质量数据的自动周期采集 数据补测以 及参数下装等功能 能采集 处理厂站设备传送的与电能量相关的重要信息 如p t 缺相 c t 断线 相序错误 失电等事件 报警状态 系统支持随时抄表 包括按设 定周期抄表 储存密度可调 数据可保存 可备份 为保证系统的开放性和可扩充性 主站系统通过i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 2 通讯规约与采集 终端进行数据通讯 并通过建立规约库支持将来规约的扩充 为提高系统的整体采集效率 综合考虑了采集终端的通信方式 拨号 网络 专 线等 计量点数目 采集数据的频率 不同关口类型的表计采集频率可不同 如重要 1 2 3 1 2 大用户终端 居民集抄数据自动采集 对于电网配售部分 大用户 公用变 居民 多年来由于监测点分散 地域分布 范围广 通讯手段匮乏 多采用人工抄录数据 由此带来的数据及时性不高 准确性 无法保证 运行费用高等问题 2 2 1 本设计依托g p r s c d m a 通信网络 为配售部分电 能量的自动采集提供更灵活可靠的无线数据通信的解决方案 通过本系统的建设 实 现了数据的采集及管理自动化 利用新技术手段来监测线路各测量点的实时运行情况 使得用户异常用电行为能够及时发现 及时处理 降低线路线损 最终为电力企业商 业化运营提供决策依据 提高供电部门的用电管理水平和电力企业的经济效益 系统通过g p r s 通信数据服务器建立g p r s 数据中心 数据中心与g p r s 终端进 行数据通讯 通信连接的建立由g p r s 终端发起 其连接维护由g p r s 终端通过设置 心跳方式实现 有效地降低了系统的运行费用 数据中心负责维护在线g p r s 终端列表 g p r s 终端数据主动上传 g p r s 数据 中心通过任务管理器管理采集任务 支持对g p r s 终端主动召测 对于没有及时主动上报数据的终端 系统通过任务管理模型 支持自动补测 断 点续传 保证数据采的到 采的及时 山东大学硕士学位论文 防火墙 路出誊 c 絮6 i 簟 lt i a 走甩户计量 叠 撩一 图3 3 大用户 集抄终端组网示意 系统以规约库模式扩展规约 支持的主要规约 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 广东电网公司配变监测计量终端通讯规约等 3 2 电能数据集成 综合管理系统的建设目标是实现电能数据集成的数据应用平台 这就需要本系统 与已经运行的负荷控制系统 用电营销m i s 系统 调度自动化系统 小区集抄系统 g i s 地理信息系统 配网自动化系统等自动化系统建立接口 共享数据 系统抽象用户和应用对电能数据的需求 构建分布式电能数据服务 在电能数据 服务平台上应用可以从系统条件提取原始数据 粗加工数据 条件加工数据 系统采 用统一编码体系 数据交换方式 接口约定等技术规范 以此规范建立一个数据交换 平台 实现信息交换 共享 为将来电力市场技术支持系统提供电能数据应用平台 目前国内e m s d m s 系统在系统建模和保证系统的连通性上 已普遍采用 i e c 6 1 9 7 0c i m c i s 标准 保证了e m s 的不同应用之间以及不同厂家的e m s 产品之间 的互操作性 i e c6 1 9 7 0 系列标准定义了能量管理系统应用程序接口 e m s a p i 通 过定义标准应用程序接口 使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内部表示而存取 公共数据和交换信息 完成对e m s 的集成 1 4 o 山东大学硕士学位论文 针对不同的系统和应用 不同的数据库管理系统 不同的数据类别和数据量 综 合考虑接口的可靠性 安全性 维护的方便性 数据传输效率等因素 系统通过接口 服务器 采用不同的接口方式 中间库接口方式 报文传输数据方式 直接登录其他 系统数据库 实现数据的集成和共享 以下先介绍常用的系统间接口方式 然后针对电能量综合管理系统需要接入的系 统和数据性质 综合考虑接口的安全性 可靠性等因素 采用不同的接口方式 3 2 1 常用的接口方式 1 中间库方式 根据数据使用者的需求建立中间库 中间库同时独立于数据提供者和数据使用者 的数据库 数据提供者自动定时按照已知的库结构将相应的数据写入中间库 数据使 用者直接从中间库提取所需数据 并接入到自己的系统中 优点 接口双方不必直接登陆对方数据库 不需要公开自身数据字典 具有很好 的安全性 缺点 需要建立中间库 增加投资 双方均需要编写接口程序 维护中间库 当 数据需求改变时 数据提供者也需要进行大量工作 在数据量大且实时性要求较高的 情况下 可能会影响数据处理的效率 适用场合 适用于数据安全性较高 数据传输量小 特别适合系统间相互传输数 据的接口 2 通讯规约方式 根据约定的通信协议和报文格式 数据提供者实时或定时将数据发送到数据使用 者 或数据使用者向数据提供者发出数据请求 数据提供者按照请求返回相应的数据 优点 接口双方不必直接登陆对方数据库 不需要公开自身数据字典 具有很好 的安全性 接口系统使用非商用数据库时的接口方式之一 缺点 双方均需要编写接口程序 当数据需求改变时 需要重新定义通信协议 适用场合 实时性要求较高的场合 非商用数据库场合 3 直接登陆方式 数据提供者直接将所需数据写入数据使用者的数据库中 或者数据使用者直接从 数据提供者数据库中读取所需数据 被登陆方需要提供具有读写权限的用户 并提供 1 5 山东大学硕士学位论文 相应的数据字典 优点 数据传输效率高 接口维护量小 缺点 安全性存在隐患 适用场合 各系统均单独组网 数据传输量大且安全性可以很好保证的场合 3 2 2 接口方式总结 接口方式中间库通讯规约直接登录 建立登录用户不需要不需要需要 公开库结构不需要不需要需要 可靠性和安全性高高低 实时性低高中 传输效率低 中 高 适用于数据可靠性和适用于非商用数据适用于均单独组网 数 安全性要求较高 数据库 或数据库的读取据传输量大且可靠性 传输量较小 实时性要难度大 或中间库建和安全性可很好保证 适合使用场合 求不高的接口 特别适立难度大 可靠性和的场合 非商用数据 用于多套系统彼此需安全性要求高 实时库 以历史文件方式保 要建立接口的场合性要求较高的场合存数据的场合 3 2 3 接口的安全性 表3 1 接口方式对照表 为保证接口的安全性 防止系统之间的相互攻击 系统可在网关服务器配置软件 防火墙 在网关服务器与其他系统接口之间配置硬件防火墙或路由器 对直接登录对方数据库的接口方式 建立只读用户 并将相关数据建立视图 不 公开数据库表结构 不允许对数据表直接进行操作 3 3 终端数据采集 本地通讯网络 目前国内计量表计多数已更换为r s 4 8 5 接口的电能表 可以通过终端的r s 4 8 5 网络直接采集 规约以d l t 6 4 5 1 9 9 7 d l t 6 4 5 2 0 0 7 为主 同时采用规约库模式 支 1 6 络主要有以下两种组网模式 模式一 集中器 载波表 集中器与具有载波通信模块的电能表直接交换数据 集中器与电能表的抄表数传 通信采用窄带电力线载波 总一 鼍 叩甲q 甲e m m 电力线载波 变压器 电力线载波 咀甲甲咀甲e 毒 电力线载波 电能表 电能表 图3 4 集中器 载波表模式 模式二 集中器 采集器 r s 4 8 5 表 集中器 采集器和电能表组成二级数据传输网络 采集器采集多个电能表电能信 息 集中器与多个采集器交换数据 集中器与采集器的本地数传通信采用窄带电力线载波方式 采集器与电能表之间的抄表数传通信采用r s 4 8 5 总线方式 图3 5 集中器 采集器 r s 4 8 5 表 器 电能表 1 7 山东大学硕士学位论文 3 4 小结 数据采集 集成部分涉及范围较多 通讯方式复杂 只有保证了数据传输通道 的安全可靠才能保证整个系统数据的完整性和及时性 山东大学硕士学位论文 第四章电能数据的综合应用 系统在完成电能数据的自动采集和集成后 仅解决了电能量综合管理系统的基本 数据来源问题 系统建设的目的在于充分挖掘电能量数据 实现深层次应用 为电力 营销决策提供依据 为实现电能量数据的深层次应用 本系统考虑到数据的存储 组 织 加工 统计 分析 管理等各方面的设计 4 1 电能数据应用平台 主要为系统应用提供面向对象的电能数据库访问手段 实现系统数据库 电能数 据应用平台 电能数据应用的三层体系结构 以利于系统的模块化设计 1 6 1 电能数据 应用平台与系统的层次关系如图4 1 所示 数据应用l 一数据应用n 嗓袭之毒 j 按照标准 i 甩 格式提供数据 z 定 电能数据应用平台 v 一 一f 上土j 土 土 f o d b c j d b c 鲇 o 等封装 1 图4 1电能数据应用平台与系统的层次关系图 具体实现以下功能 查询面向对象的电能数据库的参数 档案信息 查询面向对象的电能数据库的采集数据 查询面向对象的电能数据库的计算数据 查询面向对象的电能数据库的统计分析结果 以 v i l 格式输出查询结果 为其他自动化系统共享电能数据 1 9 山东大学硕士学位论文 电能数据应用服务作为系统的中间层 主要为系统的各种应用提供数据服务 通 过电能数据应用服务层 应用面对的是面向对象的电能数据库 应用向电能数据应用 服务层提交查询请求 获取对应查询结果 在整个系统中 各种应用通过服务层访问面向对象的电能数据库如图所示 4 2 系统管理 曰日曰曰目国 图4 2 各种应用访问数据库示意图 系统支持终端远程维护 通过时钟管理 保证系统时钟的一致性 通过权限管理 保证数据应用的安全性 通过操作日志 工况 自查报告 值班日志 系统公告等实 现自我管理 1 终端远程维护 可通过系统远程对终端进行维护 包括对时 参数下装等 2 时钟管理 系统具有与g p s 标准时钟对时的功能 并支持从其它系统获取标准时间 系统可以对系统内全部终端进行广播对时 也可以对单个终端进行对时 系统可以对时钟误差 5 r a i n 的电能表进行远程校时 3 权限管理 系统权限管理采用成熟的角色 权限绑定策略 通过为不同的操作员授予不同角 山东大学硕士学位论文 色 实现系统参数维护 数据浏览 报表查看等权限控制 实现不同的操作员关心不 同的数据 完成不同的应用功能 在系统中担任不同的角色 系统管理员通过权限管理为用户分配权限 保障系统安全有效运行 图4 3 权限管理示意图 4 日志 系统针对档案参数 业务操作等均形成日志并可查 5 运行工况 系统提供全面的运行监视功能 包括主站运行监视 通道运行监视 终端运行监 视 表计运行监视 系统提供可视化的运行监视界面 对系统运行一目了然 关键设 备故障实现故障告警 系统提供值班日志功能 实现值班日志电子化 信息化 根据交接班制度 在系 统中填写并保存值班信息 记录日期 时间 主站值班人员 交接班人员 当班系统 运行简述 当班运行维护简述等信息 系统提供公告发布功能 提高了系统的信息化程度 针对系统的重要信息形成公 告 在首页滚动展示 实现系统消缺 设备检修等信息发布 6 实例图示 2 1 山东大学硕士学位论文 图4 4 主站工况示意图 图4 5 终端工况示意图 山东大学硕士学位论文 争导g 蒜 一 吲日捷矗精蛙 一 一 一 c一 nv一一 一 l刁万 l h y 世能2 e 1 2 一1 8 瞍强i m 2 军恿l 州温母搜 帅一t 2 一1 8叫麟臻罩商0o l 3旺石较2 一耸毪l l l l2 0 0 b 1 2 一1 8 戡 i 罩力o i 4 工石鹱 霉钱2 8 一z z l e噜戡 i 罩力o s 茗坡i c 孑母垃嘲j 2 1 8 鲅 兰室莉 6 刁于2 r 母蜕 i 2 l e 鼓 三罩方 0 i t 产 h 母残狮一i z t 8 段拦罩加 8蚋憎仨 科母绒 段2 0 1 2 1 8一哦臻墨力0o l f 凸面 聋鲤 2 0 0 b l 2 l em艘强星 雏 l o l 垂蕊 强 母蠖 r o o 一1 2 1 8曲麟 j 罩力0 睢 l ll 麟夏掉 z 2 c k 慨饩2 1 3 0 8 1 2 1 8 践描罩为c 傩 t 2i 桃京 击 1 d k v 母挫2 0 一t 2 1 8t敬疆室为o 1 3r 掣e 象一o 3 5 科母挫 0 8 1 2 一1 8 峨j 罩方0 靠 1 服夏遵2 k r 母蠖 2 9 0 e 1 2 一i 8m峨强覃为d 雅 1 5 e 幕疆 0 k 母蛙潮一1 2 一t 8 城强重力o 魄 1 6 瞎 堰西母馑2 0 0 e i 娩一1 8 咄 麟捧型为 靠 1 t吱1 鲁l k 母钱e o o e l z i 8廿雌强罩方o 靠 i e突 g k 嗨域 一1 2 1 8 瞍豫 加 f 麓汹 一蘑附e 膏 曩 躬朔嘲掣啊帱垡莺2 0 静伽l o 4 3 后台计算 图4 6 系统自查报告示意图 系统通过采用分布式并行数据处理 g d 架构 采用n 1 冗余模型和任务处理 模型 充分利用系统计算机硬件资源 满足大容量数据计算 统计要求 以及及时性 要求 通过业务事件触发机制 响应换表 换t a 数据修补等业务操作 生成追溯统 计计算任务 对相关计量点和对象重新统计 保证电量统计计算的准确性和及时性 采用优先级调度策略 满足特殊点快速计算需求 通过数据库连接池技术保证入库性 能 1 n 1 高可用计算调度模型 系统采用多机集群技术以及多线程并行技术 充分利用主机的多核 多线程的并 行能力 大大提高可靠性指标以及系统的运行效率 系统支持根据计算任务的规模以 及及时性的实际需要 在1 n 台主机上灵活扩展配置分布式数据处理服务 在系统 配置合适情况下 只要系统存在一台服务器正常运行 系统就能正常运转 山东大学硕士学位论文 l 件嚣诚厦爵 葶 镕j馨 毋 函 等 鼍笛 j 秽 鼍t 计算辫唆 秀 t 一i 也擘i t 辩m t l 啦嚣 r 罐般备电量计尊氍暑电晕i f 靠碾务 也晕计再啜暑 也肇计掉囊辱 屯鼍 曩量暑 机计茸帆船汁尊帆船计算机i 韩t t l t 枫1 1 1 汁嚣曩船计算撬 计彝帆 鼎计算帆 图4 7 计算调度示意图 系统采用c s 结构方式 采用任务调度中心服务 电量计算服务模式实现 任务调度中心服务采用多台主机自动竞争方式 获取系统的控制权 主服务按照 客户的设置的不同处理数据处理方案定时产生数据处理任务 或接收用户的临时手动 命令生成数据处理任务 系统根据高优先级任务优先执行策略 按照任务优先级的高 低 依次派发给数据处理子服务等候执行 电量计算服务作为对等的任务执行主体可分布在不同的主机 单台主机的故障不 影响系统的正常运行 任务调度中心主服务自动将故障主机任务派发给其他主机执行 2 响应业务变更的电量计算架构 系统采用业务事件触发机制 针对换表 换t a 数据修补等业务操作 生成追溯 统计计算任务 对相关计量点和对象重新统计 保证电量统计计算的准确性和及时性 t 汁箨调度貉 t 雾强绣籀i 缪翻霉 荔 蹿澎 嚣 电量 t 舞服务电量i t 莽暇务电量汁莽服务电量计算暇务 尊1 计算机莓2 计算机船计算机槲计算枫 业务工作站 数据库服务器 图4 8响应业务变更的电量计算架构 山东大学硕士学位论文 4 4 统计分析 实现计量点原始数据 计量点电量 考核对象电量和线损 不平衡 分析数据浏 览和分析 浏览和分析结果可通过表格和图形 曲线 棒图 饼图 显示 并可输出 到打印机 转存为e x c e l 或h t m l 格式文件以供其他管理部门浏览查询 1 计量点原始数据浏览 电量表码 需量 瞬时量