浅谈电能量采集系统在电力系统中的应用

　　摘要:本文提出的电能量采集系统是充分利用现代通信技术、信息处理、储存及发布技术，实现关口数据、变电站、电厂、配电变压器、大用户等计量点数据的远程自动采集；同时与负荷控制系统、调度管理系统、电力营销系统、能量管理系统等实现互联互通，建立以电能量数据为基础的数据中心平台；在数据中心平台上通过处理和挖掘数据，实现电能量的自动统计、考核结算、网损计算与分析、用电监查、防窃电、营销决策支持、营销自动化技术支持等应用功能；同时为其他系统查询数据提供互联接口。。
　　关键词：电能量采集系统；电力系统；应用；信息共享。
　　
　　1引言
　　目前，电力系统的管理工作正在不断向现代化、科学化、集约化方向发展的进程中，积极调整理念，制定长远发展规划，不断加大对自动化管理的投入和软硬件建设，不断建立完善以科技进步为平台、以高新技术为支撑的现代化运行体系。
　　电能量采集管理自动化系统（简称电量系统）是集电能自动采集、传输、统计、分析、结算于一体的自动化系统，是电网推行商业化运营和管理，电力走向市场的技术保障之一，全面实现发、输、配电网用户电能量的自动采集、分析与计量等功能的自动化系统。但从目前电力企业的计算机应用状况来看，企业内部各个信息系统相对独立，形成了许多数据孤岛，难以实现对电力经营全过程的支持。因此，为适应商业化运营的需要，建设一个基于电量自动采集的电能量远程计量及其综合应用系统是十分必要的。
　　2电能量远程采集计量系统的体系结构
　　2.1系统构成
　　
　　电能量采集系统采用分层、分布式结构，由主站、变电站电量采集终端、配变/大用户采集终端和通信网络组成。主站的结构为分布式局域网络，数据采集系统通过配置不同的通信模块以网络、模拟或数字专线/拨号、全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunications，GSM）、通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService，GPRS）或光纤等方式与采集终端通信，同时抄录站端采集装置的信息。数据传输支持主站召唤方式和终端主动上报方式，终端将电量数据和时标上传至主站。主站可发广播命令，同时完成终端统一对时、电能表数据冻结、电能表处理器复位等功能。
　　
　　2.2系统主站
　　2.2.1硬件平台
　　主站包括数据库服务器、前置机、工作站和网关机。数据库服务器采用冗余双机集群互为热备用工作方式，前置机采用双机平衡工作方式。主站网络采用冗余的高速双网结构，分为内网、安全区、信息网、变电站四部分。其中变电站部分与专用设备相联，经过网桥直接接入内网，安全性高；安全区部分接互联服务器和Web服务器；电力信息网可通过防火墙访问系统安全区的服务器，但不允许访问主服务器以保证系统的安全性。考虑服务器的并发网络流量，采用千兆网卡将服务器接入三层千兆交换机。同时，在建设系统网络的过程中考虑具有新增设备的接入能力。
　　2.2.2软件平台
　　系统软件按三层浏览器/服务器（Browser/Server）及客户机/服务器Client/Server）结构、模块化、分布式设计，实现业务与数据分离。底层包括支持平台（操作系统、数据库及数据库访问接口）及服务器模块（软总线、数据处理、前置通信、事项服务等）；中间层具有访问底层的统一接口；应用层通过中间层对底层进行访问。系统模块采用跨平台设计，其中对重要模块实现主辅备份。
　　操作系统在设计上支持各类主流操作系统（Unix和Windows2000），已在SunSolarisUnix、HPTru64Unix及Windows2000操作系统上通过测试。
　　数据库管理系统在设计上支持各类主流大中型数据库管理系统，已在Oracle、SQLserver及Mysql上通过测试。
　　采用能够跨操作系统的语言（C++加QT类库、Java等）开发各模块的程序，并在程序开发过程中充分考虑各种操作系统的差异。
　　2.2.3系统软件模块
　　（1）软总线模块。提供构筑在TCP/IP通信协议基础上的一整套系统内跨平台通信解决方案，实现按名字定位的网络透明通信及屏蔽底层的具体通信细节。同时提供用户管理机制，为上层模块的开发提供更多的方便。
　　（2）控制台模块。主控台是基于软总线模块建立的，它是整个系统的主界面，为管理本机上运行的各个模块提供了统一入口，具有友好的操作界面，便于用户管理，易于维护系统的正常、稳定运行。
　　（3）前置通信模块。主要实现系统的数据采集，根据设置的自动采集策略采集远方终端数据，事项数据通过软总线发送到事项服务器，由事项服务器统一处理；其它数据发送到数据处理服务器，由数据处理服务器进行存盘和处理。
　　（4）Web应用模块。是综合电能量采集与管理系统的浏览器界面。采用Web方式实现系统基本的人机会话，在客户端实现免安装和维护，特别适合像电能量远程计量系统这样多个部门同时使用的系统。
　　（5）事项管理模块。分事项服务器和事项查看器，其中事项服务器负责接收系统内各模块发送的的事项，并实现保存、转发（邮件和事项查看器）功能。
　　（6）线损计算与分析模块。统计线损[4]是根据表计采集的电量数据计算电网中各元件的损耗；理论线损一般按典型日拓扑计算（典型日拓扑需要管理人员人工维护），数据以时段电量为基础，包括理论计算的拓扑分析、状态估计等。
　　（7）负荷分析模块。可在电量统计数据的基础上对单个负荷或一组负荷进行各种统计分析。
　　（8）配变监测模块。掌握公用配变运行状况，为业务扩展、配变安全、经济运行提供可靠依据。
　　（9）图形化人机会话模块。绘制和显示各类示意图（地理示意图、接线图、主站网络图及其它自定义示意图）。
　　（10）数据处理模块。用于接收前置通信模块采集的原始数据，并存入数据库。一般来说，电表的电能量原始数据主要有窗口值（表码值）和负荷曲线，在此基础上同时考虑换表、换电流互感器（CT）以及旁路替代等操作实现计量点电量的分时段、日、月、年等统计。统计的电量数据是所有其它高层应用的基础，因此电量数据的正确性关系到高层应用的正确性，是一个比较重要的模块。
　　（11）其他模块。系统还包括报表模块、计划考核、负荷预测、关口侧电费结算、便携式抄表、对时模块、二次开发接口等模块。
　　2.2.4系统安全性考虑
　　（1）网络安全。采用防火墙实现内外网隔离，将与其它系统互联的服务器放在防火墙的安全区，允许其它系统相关计算机的访问，同时也能访问其它系统，但其它系统不能直接访问本系统的内网。在系统外部访问的网段上设置安全认证措施，使认证失败的用户不能建立连接，从而保证用户的合法性，杜绝非法操作。
　　（2）系统设计方面。系统有完备的用户权限管理功能，为每一个功能设置一个权限，并由系统管理员根据需要分配给相关部门的相关用户，每一个用户又有各自的密码保护，这样能有效地防止非法用户的入侵以及非法操作；对于原始数据在技术上保证其不可修改；在经过修改的其它数据上打上修改标志，并记录修改的人员与时间；使用本系统提供的开发接口访问本系统数据时，必须先进行用户认证，使认证失败的连接不能访问系统数据；而且对不同用户分配只读、读/写等功能权限；系统应用程序自动生成登录事件记录，包括登录的用户名、登录时间、登录IP以及相应的执行操作等，并生成完整的日志。
　　2.3电量采集终端
　　电量采集终端包括变电站电量采集终端、配变和大用户采集终端。其主要功能是采集、存储电能表的数据，监测系统运营状况，通过不同的通信方式按照一定的通信协议与主站交换信息。它主要有以下功能：
　　（1）电能量采集。在提供接口规约的情况下能够与各种类型的脉冲电度表和数字电度表接口，读取电能量数据；可根据需要采集表计送出的各种电量数据，包括正反向有功、无功、需求量，负荷曲线，费率，电压，电流，功率因数，频率，峰、谷、平、尖电量等各种数据；采集记录状态信息，如遥信状态、失压、掉电、缺相、电能表所记录的相关事项等；采集脉冲电度值；采集遥信状态用于判断旁代信息。
　　（2）数据存储。存储周期可根据需要设置；具有足够大的存储容量，可长时间存储数据；掉电数据不丢失。具有防误写措施，以保证数据的准确性。
　　（3）通信。电量采集终端具有多个通信接口，可通过网络、模拟或数字专线/拨号、GSM/GPRS和专用线路等多种通信方式与主站通信；电量采集终端与主站的通信规约可采用IEC60870-5-102，也可采用其它标准规约或厂家通信规约；电量采集终
　　端可配置多个RS232接口和RS485接口，各串行口数据传输波特率均可根据需要独立设置，与电表的通信采用DL/T645通信规约，也可采用其它标准规约或厂家通信规约。
　　（4）数据处理。能够对各路电度表的数据进行处理，分时段、日统计各路电能量数据并存储，时段及间隔可根据需要设定；记录和处理电能终端的各种事项。
　　（5）状态监视。能够检测各路智能表的通信状况，与主站的通信状况及拨号Modem的工作状态，并形成事项发送给主站。当地也可查询。
　　（6）人机界面。可设置和显示各路电度表的窗口值、电表的满度值、电表的每转脉冲数和每度电的转数；可观察各种数据信息、参数和状态，可当地设置、修改参数，校对时钟；可查询当前某一路的电压、电流值及查看当前遥测数据；可监视各路串口的通信状态及通信参数。具有安全访问措施，可设密码，键盘锁定，禁止非法操作；可当地设置和修改参数，也可经由主站设置和修改参数；可设定禁止修改的参数。
　　（7）事项记录。能够采集电表的有关事项，并行成事项记录，如失压、与电表通信的异常事项等；同时能够对自身的工作状态进行检测，将工作异常情况形成事项记录；能够将各种事项通过信道传送给主站，供管理人员查询及处理。
　　（8）自恢复。具有看门狗电路，可使系统自动恢复，具有自检和自恢复功能。
　　（9）校时。具有实时时钟和日历，时钟可由主站定期校准，以保证时钟的统一和准确，同时终端也可对智能电度表校时；如系统权限允许，通过键盘可设置系统时间。
　　（10）维护。运行参数可现场通过键盘和中文液晶显示器来设置（需经允许和密码匹配）；也可由主站设置，实现远程维护。
　　3电能量远程计量系统的功能
　　3.1电能量数据采集与分析
　　数据采集主要完成变电站、配电变压器和高压供电客户电能表数据的采集。其中电能表数据主要包括多费率的窗口值、三相电流、三相电压、功率、最大需求量、电表运行事项等。变电站采集终端根据需求对表计的各种数据进行有选择地采集并按指定采集电表数据及实现各种数据的统计，如电压合格率、供电可靠性的统计数据、日最大、最小值统计数据等。
　　3.2全网线损的自动生成与分析
　　该系统的主要功能包括以下几方面：
　　（1）数据输入方式。实现基于网络示意图的网络参数输入。
　　（2）输电网理论线损计算。包括网络拓扑、状态估计、潮流计算、线损计算。
　　（3）配电网理论线损计算。可采用等值电阻法、计算精度较高的均方根电流法、解决弱环网问题的改进迭代法。
　　（4）低压电网理论线损计算。可采用台区损失法、电压损失法等。
　　（5）理论线损与统计线损的比较。按电压等级分别列出变压器、线路等的损耗，并与上一年以及历年的分压线损及分类线损进行比较。
　　（6）提供降损决策分析。为调整电压降损、送电线路升压降损、并联无功补偿、增加并列线路降损、增大导线截面积降损等提供多种决策综合分析。
　　3.3变电站母线平衡统计分析
　　通过采集变电站母线上计量点、考核点的电表数据，按照母线运行情况计算母线输入电量、输出电量和不平衡电量，进而计算母线的不平衡率。
　　3.4负荷管理
　　（1）配变管理。通过对安装于公用配电变压器上的终端设备，实现了对变压器的实时监测管理，以及时发现变压器的异常或不合理、不经济的运行现象。主要监测三个方面：负载率、三相不平衡度、功率因数。
　　（2）并网点管理。并网点用户主要指地方小火电、地方小水电、热电厂以及其他各种类型的用户。通过监测并网点用户的发电、上网、下网等计量点的负荷、电量数据，绘制相应的负荷、电量曲线，及时了解其实时的供用电情况，并根据电力企业的实际需求，依据有关规定或协定，对其进行合理监控，使上网电量始终控制在计划指标内，按电网的实际要求进行发电和上网。
　　（3）计量监察和查、防窃电。包括客户计量装置运行状况的监测、人为窃电行为的监测及异常信息报警。
　　（4）供电质量监测与分析。包括电压合格率统计分析、功率因数统计分析及供电可靠性统计分析。
　　（5）负荷统计分析与预测。包括负荷统计分析、负荷预测、行业用电分析及历史日数据分析。
　　（6）电费管理。包括电费催收、预购电控制等。
　　3.5营销决策支持
　　（1）统计报表生成。设计特定条件，提取合成客户服务层和营销业务层的原始及处理信息，利用报表设计工具形成自助报表。
　　（2）综合查询。查询业扩报装情况；电费应收、实收和欠费情况；电价执行情况和均价水平；客户的电量、电费和电价情况；供电合同的签约和执行情况；电能计量管理情况等。
　　（3）用电需求预测。根据预测对象和预测期的长短确定预测的内容、范围和时间，应选用适当的预测方法和模型；对预测结果进行修正校核，对用数学模型求得的值与实际值进行比较，算出误差，对误差值较大的找出原因并进行修正。
　　（4）营销分析。包括销售分析、市场分析、客户分析等。
　　3.6电力市场支持
　　电力市场电量考核系统的主要功能是根据实际电能数据对各单位的电力交易合同的执行情况进行考核，主要包括：
　　（1）根据各计量点的电能量数据，对发电厂的发电计划的执行情况进行考核，计算欠发电量、过发电量；考核各时段的发电计划曲线的执行情况，根据考核规则计算奖励电量和惩罚电量等。
　　（2）根据各计量点的电能量数据，对下属各供电公司的购电计划执行情况进行考核，计算奖励电量和惩罚电量以及补偿电量等。
　　（3）根据关口点的电能量数据，对全公司供电量计划的执行情况进行考核，计算奖励电量、惩罚电量以及补偿电量等。
　　3.7档案管理
　　包括与系统相关的各种电力设备参数及它们之间关系的描述，与数据采集有关的采集方法和采集参数描述，与统计有关的统计方法和统计参数描述，与系统管理有关的操作人员、权限设置描述，与系统互联有关的接口描述以及各种设备变更、旁代操作事项的管理等。
　　3.8开放的数据接口
　　电力营销自动化基础平台同时担负着数据中心的任务，提供开放的数据接口非常必要，对接口的总体要求是安全、可靠、易用。安全性要求指在使用该接口前需要安全认证，易用性主要指二次开发的调试及开发力求简便，且接口涉及的数据标识等尽量通用。
　　4结语
　　以电量自动采集为基础的电能量远程计量及综合应用环境集电能量计量计费、网损实时计算与分析、负荷管理、营销决策支持等于一体，其设计特点保证了电能量数据的可靠性、完整性、一致性、及时性和安全性，满足考核结算的要求并实现了信息共享，为电力企业的商业化运营提供了有力的技术支撑。

《浅谈电能量采集系统在电力系统中的应用》

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文章名称： 浅谈电能量采集系统在电力系统中的应用

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