（电力系统及其自动化专业论文）电力系统配变抄表系统研究.pdf

山东大学硕士学位论文 1 1 前言 第一章概述 随着我国经济的发展，电力这一基础能源工业，越来越体现了其在国 民经济和日常生活中的突出作用而电力生产中实时数据传输，是对电力 工业安全生产监视和控制的基础，我们称之为远动，就是应用通信技术对 远方的运行设备进行监视和控制，以实现远程测量、远程信号、远程控制 和远程调节等各项功能生产过程实时数据要第一时间准确传送到控制中 心，并要求做到信息准确，完整，快捷，信息传输通道就尤为重要了 目前我国电力系统远动信息传输方式主要有有线传输和无线传输，信 道分为电力载波信道，电力电话载波复用信道，光纤信道，无线电信道又 分为微波，中波信道。这些通信方式有些是上个世纪主要电力通信方式， 在一些地区仍被广泛应用。但随着电力工业的发展，需要有传输速率更快、 传输失误率更低的通信方式来满足新形势的需求。g p r s 是通信领域新技术， 以其传输速率高，传输质量高等引领通信技术时尚，成为电力系统通信技 术改革首选 当前，随着我过电力系统的迅速发展和电力企业改革的不断深化，电力 己作为商品进入市场，用电管理的现代化建设显得越来越重要，准确、快 捷、方便、同步地获得各类用户表计的用电信息，是有效地进行电费结算、 表计运行监测、负荷预测、各种用电分析的保证。 随着现代通讯技术和计算机技术的发展和应用，为实现电力营销自动化 提供了技术支持。而电能计量的自动化是实现电力营销自动化的重要内容， 将电力客户的电能计量数据通过远程自动抄收系统a r m s ( a u t o m a t i cm e t e r r e a d i n gs y s t e m ) 进行自动核算管理，并及时对电力客户的用电状况进行监 测分析，为电力营销自动化提供及时准确的基础数据。电能表自动抄表系 统方案很多，根据不同的数据传输方式主要分为以下三种：基于光纤接入 的光纤抄表系统、基于无线电载波的负荷控制终端抄表系统、基于g p r s 技 术的g p r s 抄表系统。自动抄表的实现可以缓解采用人工抄收方式难以解决 的日益增加的工作置问题，远程自动抄表系统实现电测量数据的全过程自 动采集和管理，替代人工抄表工作，达到提高工作效率，减少人为差错， 山东大学硕士学位论文 加强用户侧管理，实现从电量采集及传输、统计查询、线损分析、异常报 警、报表生成等一系列负荷远程监控管理工作的全面自动化。有利于供电 企业合理配送电量，避免不必要的损失，提高管理水平和经济效益。 1 2 本文主要工作 本文主要介绍的是在济南供电公司三种自动抄表方式所应用的范围和 条件以及配变系统中根据变压器所具备的通讯条件合理采取不同的电能表 数据采集方式，实现广域范围用户电表数据的集中管理和控制对于配变 系统而言，在其进线变压器处装设的大功率电能表通过r s 一4 8 5 接口与自动 抄表终端相连。自动抄表终端经由光纤通讯模块、无线电载波通信模块、 g p r s 通讯模块在广域范围内将抄收数据发送到各自的电表数据的远程管理 系统。管理中心软件从各系统的数据库抽取数据，进行。清洗”处理后导 入统一的数据库中集中管理，为电力营销自动化系统提供基础数据 本文主要做了以下几方面的工作： 基于g p r s 传输的自动抄表系统、基于无线电载波传输的负控终端自动 抄表系统、基于光纤传输的变电站自动抄表系统的三种抄表系统的集 成开发及在济南供电公司的应用 结合济南供电公司的营销自动化要求，集成后台监控软件的开发( 部 分) ：功能包括参数设置、数据采集、电能冻结、开关控制、线损计算、 故障报警、通信诊断、数据查询、曲线打印等完善济南供电公司自动 抄表系统的功能及后台综合分柝功能，为济南供电公司营销自动化的实 现提供技术支持。 6 山东大学硕士学位论文 第二章我国主要的自动抄表及其通讯方式 2 1 基于负控管理终端的自动抄表系统“n 1 2 1 1 通讯方式 负荷控制终端通过无线电传输与主站进行通讯联系。无线电信道是自由 空间，信号以电磁波在自由空间中传播。高频发送机产生高频电磁波，通 过天线发射出去。在接收端，通过接收天线和接收机来接收。发射机和发 射天线、自由空间、接收天线和接收机共同组成无线电信道 2 1 2 主站功能 硬件要求： 体系结构：采用分布式多任务设计方法，系统构架灵活，可灵活组合运 行各功能模块。 图2 1 体系结构 山东大学硕士学位论文 联系档案等等) 、系统信息( 群组档案、单位代码等) 建立档案管理。 8 ) 选址功能：提供操作员快速选择用户或选组的功能。可通过分组信息、 终端功能、检索信息、运行状态等多种方法选址。 9 ) 控制功能：包括遥控、功率控、电量控、购电控、厂休控、催费控等多 种控制方法 1 0 ) 数据采集：数据采集的方法为手动随机数据采集和定时自动数据采集两 种方法。数据内容包括：实时数据( 实时功率、电量、电流、电压、最大 需量等) 、上日冻结数据( 半点功率、半点电量、日累计电量、正点电压、 日最大需量等) 、上月冻结数据、表计数据等。定时自动采集数据可灵活设 置采集任务时间周期、优先级等，采集数据自动过滤异常数据并存入数据 库，以备查询分析。并可设定自动补测任务，以保证数据的完整性。数据 采集采用多线程的编程方法以提高系统数据采集的效率。 1 1 ) 一次接线图编辑功能：提供一次接线图绘制工具，具备基本的图元和电 力系统专业图元，并可编辑用户自定义图元，以及定义与数据关联的图元 显示。 1 2 ) 遥信功能：可随机选址召测用户开关信号，并以一次接线图的形式显示， 接线图上相应位置显示开关状态、功率、电压、电流等实时数据； 1 3 ) 操作记录功能：对于控制功能、参数变更等重要操作须保存操作记录、 存储备查。 1 4 ) 事件记录：自动或手动采集终端掉电记录、功控跳闸记录、电控跳闸记 录、遥控跳闸记录，并存入数据库。 1 5 ) 远方抄表功能：远方抄表功能是电力负荷管理系统扩展功能中的一大特 色，通过对用户负荷管理终端、变电站电量采集终端、公用配变监测终端 等定时自动抄表，将抄表数据存入数据库，形成抄表报表，为营业电费计 算、计量表计运行状况实时监测、线损分析等需求侧提供数据来源。 1 6 ) 中文信息：中文信息发送功能使主站能够及时将重要信息下发给用户， 例如通过电子传票系统接收到由营业部门传来的催费通知单，及时发送给 用户通知其尽快买电。 1 7 ) 购电控模块：购电控功能可同中文信息发送、电子传票结合使用，当用 户买电后由营业部门操作人员填写购电通知单，负荷管理中心操作人员收 到通知单后将所买电费下发至终端，由终端执行购电控制。实行购电控为 电力部门回收电费提供了重要的手段。该购电控模块也可独立运行于电业 9 山东大学硕士学位论文 局其它部门如营业所等。 1 8 ) 网络结构图：可动态显示网络结构图，显示当前连接到本系统的工作站 及工作站信息，包括计算机i d 、名称、别名，i p 、进程数、状态等网络上 在线的工作站的信息，列出当前工作站上运行的程序情况 1 9 ) 终端投入运行情况：显示当各类型的终端投入运行的分布情况。 2 0 ) 终端通讯情况：显示每个用户终端的通讯成功次数、失败次数、超时失 败次数、校验错失败次数及成功率等信息 2 1 ) 系统异常分析功能： 上目数据缺项分析：查询定时任务采集的历史日数据有缺项的用户 统计； 零数据异常分析：查询上日数据中。功率、电量均为零”、“功率为 零、电量不为零”、“功率不为零、电量为零”等异常情况统计； 超变压器容量分析：查询用户功率超过变压器容量的异常情况统计； 窃电嫌疑分析：根据交流采样统计电量和脉冲电量对比分析，统计 有窃电嫌疑的用户； 缺抄表数据分析：统计抄表失败用户列表： 表计不走字分析：根据抄表读数同上一日读数相比，统计读数不变 的用户； 电表时钟不准分析：统计电表时钟和终端时钟误差过大的用户表计； 断相检测t 统计抄表数据中有断相信息的用户 2 2 ) 负荷分析：负荷分析功能提供了操作人员可以灵活地对选定的用户、群 组、行业、分局等对象组合，进行多个日期的负荷、电量曲线对比分析。 2 3 ) 地方电厂管理：地方电厂管理通过监测地方电厂在发电、上网、下网等 计量点的负荷、电量，分析电厂发电、上网、下网负荷曲线，为合理调度、 有效科学地管理好地方电厂提供数据依据。 2 4 ) 防窃电分析：通过安装交流采样装置，分析用户交流采样计算的分时电 量曲线和表计分时电量曲线对比图，为用电监查部门及时准确的报告用户 的窃电嫌疑分析数据 2 5 ) 电压监测：根据电压监测管理方法对电压监测点的电压按照电压等级进 行分类，分析电压监测点的电压分时曲线，统计最大最小电压及电压合格 率。 2 6 ) 供电可靠性分析：统计任意时问段内各类电压等级的供电可靠率、用户 l o 山东大学硕士学位论文 系统应提供专用和通用的电子制表功能，可在线、方便地建立和修改报 表的格式和内容，对人工修改的内容应加以标识。报表可方便地进行打印。 ( 8 )曲线及图形功能 系统应提供绘制厂站或其它图形所需的编制绘制工具，并可将绘制好的 图形方便地嵌入其它应用程序中系统应能按不同时段自动绘制出所需的 各类曲线、棒图和饼图等，并可与计划值进行比较和显示报警，曲线图应 具备放缩功能 ( 9 ) 对时功能 具备与g p s 对时的功能，保证全系统与标准时间的误差不大于1 秒，并 支持从其它系统获取标准时间，对时间超差或越限应有相应的报警或补差 处理办法。 ( 1 0 )信息发布功能 可通过w e b 服务器采用网页方式发布各类信息 各用户对网页的访问应具备有关的权限 可根据需求给出所希望的计算结果、报表格式等。 ( 1 1 )与外部计算机信息系统接口功能 该系统应能实现与其它电力自动化系统的联网。实现信息交换，并可通 过胃e b 服务方式向其他系统发布信息。 2 2 4 采集终端 2 2 4 1 电能采集装置功能要求 电能采集装置应能完成厂站电能量数据的高精度采集安全可靠的 分对段存储、远传等功能。数据冻结周期l m i n 6 0 m i n 可调，具有分时段 存储3 0 天以上电能量数据的能力( 冻结周期为1 5 m i n ) 电能采集装置应同时具备与电子式电能表和脉冲电能表接口的两种 方式，电子式电能表接入可用r s 一4 8 5 r s 一2 3 2 c 串行输入方式，脉冲电能表 接人可用无源脉冲接口方式电能采集装置应具有对不同电能表规约转换 的能力，同时应能提供用户自行开发特殊电能表规约转换的软、硬件支持 电能采集装置应具有一定的数据预处理能力，能对电能量按人工设 置的多个时段进行分时累计和存储，以减轻主站系统的计算负担 电能采集装置应具有对线路断路器、旁母断路器等设备状态进行监 测和逻辑判断的功能，实现旁路代供电能量按数据采集周期自动结转到被 1 6 山东大学硕士学位论文 代供断路器。 电能采集装置应配置内置或外置式m o d e m ，通过程控电话交换网( 电 力、公共) 或专用通道，支持用不同的通信规约与不同厂商的主站系统通 信，应能提供用户自行开发特殊主站规约转换的软、硬件支持。 电能采集装置应具有计算机网络通信功能，支持t c p i p 等协议 电能采集装置应具有内部时钟，该时钟可人工设置，在与主站建立 通信连接后能接收主站的对时命令，跟踪主站的时钟，电能采集装置也应 能与厂站内己有的g p s 对时。 电能采集装置应具有自检功能，发生故障或事件( 如失电后、恢复 供电等) 后可向主站和当地告警。 电能采集装置应具有当地数据显示窗口，从中可以读出各类运行参 数和与电能表窗口值一致的电能量数据。 电能采集装置可通过按键、便携式p c 机或主站计算机设置和修改 运行参数电能量数据采集周期、脉冲常数等，但应设置相应的保护措施( 如 铅封和口令等) 以防非法设置和修改。 用户能独立方便地接入新表。 电能采集装置可根据要求传送主站选择的电表数据。 2 2 4 2 电能采集装置技术指标 电能采集装置必须是专用的电能量采集、处理设备，应采用模块化结 构。 脉冲量输入为无源接点，应有光电隔离措施，光电隔离电压2 0 0 0 伏，并应有滤波措施，防止接点抖动及干扰误动； 数据传送应采用可靠的保护措施，保证在传送过程中不丢失和发生错 误数据。 电能采集装置应配置m o d e m ，与主站的通信方式应能适用于电话拨号 和专用通道。 夺m o d e m 频带内通道信号阻抗：6 0 0 q 夺发送电平输出：4 0 d i 3 0 d b 可调 夺接收电平：一3 0 d b 1 5 d b 正常工作，接收电平小于一3 0 d b 发出通 道告警信号 夺传输速率：6 0 0 b p s 5 6 0 0 0 b p s ( 自适应) 7 山东大学硕士学位论文 关系就像是96k m o d e m 和3 3 6 k 、5 6 k 的m o d e m 的区别一样。( 5 ) 自如切换 gprs还具有数据传输与话音传输可同时进行或切换进行的优势。也就 是说用户在用移动电话上网冲浪的同时，可以接收语音电话。举个例子， 原来的电话拨号上网，接入之后就不能再打电话，也不能接电话，而gprs 就类似于固定电话的isdn的概念，电话上网两不误。相对原来gsm的拨 号方式的电路交换数据传送方式，g p r s 是分组交换技术，具有。高速”和 “永远在线”的优点 2 3 2g p i 塔的网络结构 g s m 网络主要由移动台( m s ：m o b i l es t a t i o n ) 、基站予系统( b s s ：b a s c s t a t i o ns y s t e m ) 和网络予系统( n s s ：n e t w o 呔s u b s y s t e m ) 组成。g p r s 网 络在g s m 网络的基础之上实现，对原有g s m 网络的b s s 以及n s s 的设备 及功能进行了改进和增强包括： ( 1 ) 在网络子系统中增加了两个节点：s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t n o d e 服务g p r s 支持节点) 和g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e 网关 g p r s 支持节点) 。 s g s n 的主要功能是对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立终端到 g g s n 的传输通道。接收从b s s 传送来的移动终端分组数据，通过g p r s 骨干 网传送给g g s n 或者将分组发送到同一服务区内的移动终端。s g s n 还可集 成计费网关、边缘网关( 负责实现不同g p r s 网络之间的互连) 和防火墙 的功能 g g s n 是连接g p r s 网络与外部数据网络的节点。对于外部数据网络来 说，它就是一个路由器，负责存储已经激活的g p r s 用户的路由信息。g g s n 接收移动终端发送来的数据，转发至相应的外部网络，或接收来自外部数 据网络的数据，通过隧道( t u n n e l ) 技术，传送给相应的s g s n 另外g g s n 还可具有地址分配、计费、防火墙功能。 此外，g p r s 还新增了p c u ( p a c k e tc o n t r o lu n i t 分组控制单元) ，它与 b s c ( b a s es t a t i o nc o n t r 0 1 l e r 基站控制器) 协同作用，提供无线数据的处理功 能，如逻辑链路与物理链路的映射、数据包的拆封、数据包的确认、无线 山东大学硕士学位论文 数据信道的分配等。p c u 可作为模萋酥= 倒毙薹霉蠢翼；i l 妻霎季荔色嚣暄羔蕈璧 囊冀墓螽鎏。蚕羹雾垂妻副囊薹冀霞璧雾蘸霎葛碗萎鬻萋； ；萋；薹鏊薹薹；瑚目坩_ 霪薹蕈! i 霎鳝嚣! 茎i i ；i | 强翻蓄蠢掣鬟| 邑；季j 摹囊蘩自塞i 室 薹i | 专；? 曩毒主目鋈：| 女瓣墨登磊孽幕誊l 国灞噌耀雾琴粥襄。醐翮雕翳帮摆冀篓托蠢 蜀蟊缮靠髻酾峁到裂： 4 1 参数设置模块 实现对监控主机，远方终端设备的多项参数设置； 实现对远方终端设备数据定时或实时采集功能； 实现对电能量的冻结，以便进行统计比较； 实现对远方终端设备开关合闸、分闸控制； 实现对网损的实时计算、分析； 完成对系统实时状态的监测，出现异常情况及时进 实现对已有的历史数据进行分析、查询； 实现电压、电流等曲线图形输出功能。 系统参数设置主要用来对监控主机的配置、权限信息及系统日志，远 方终端设备t c s 进行维护。单击“系统管理一 系统参数设置”菜单或相应 工具栏按钮后，显示“系统参数管理”窗口，不同的功能设置以分页形式 山舞砖暨葫暨嘲霜 剐妻r 薹魏琵拢篦，覆翼筹萎蚕鐾雾誊龇型竖萝j 蠡霸薹篓翼菊塞蓁笋基墓鋈鏊蚕蓁黉篓霎 蕃 鬣园囊量蒲萄薹琴刿些雾菊m 萨= 以鏊娶鋈颡冀碌准基亘囊羹蒿望嘉 受：萄蒜玉刚钔确争剐蠢戮鞭i l ；墅篓嚷潍学噬i ；堑羹丽澄罐捆! 蚕i 篝丘薹黍剿擎； 主；盟盈忑旧霉霉i ? ! 磊强娩箭萋瑟i 蘑! 溺浩囊靛鲋酣i 蘸蔺j i i i 酌鐾专用网努； 耋l 勺i 非笙明驰骓， 至i i 旧澄缘攫璺理 崾雾嚣础戡萄嚣j 鍪薹筌翼襄翰奏篓蠢霎弼蕊鲤i 萤萎萋囊鋈奏蛰琵藿殛哟捐醐囊髯幽粪委莪鲢： 嘘囊茎酥题舔鼓繇酏；莴毓曩裥荔踊撤璧； 孕薹霾冀进行访问茹酾耐耄委；霪_ 千网络! 山东大学硕士学位论文 簿铸拣 卷计对 羹秘 酬i 图2 5移动性管理状态模型 ( 1 ) 从空闲状态转移到就绪状态 m s 请求接入g p r s 业务，开始建立一个到s g s n 的逻辑链路，在m s 和s g s n 中分别建立了m m ( m o b i l i t ym a n a g e m e n t 移动性管理) 环境。 ( 2 ) 从等待状态转移到空闲状态 等待状态计时器超时，在m s 和s g s n 中的m m 环境和p d p 环境均返 回到空闲状态即非激活状态。在s g s n 中的m m 和p d p 环境可能被删除， 而g g s np d p 环境将一定被删除 位置取消时，s g s n 收到一个来自h l r 的m a p ( m o b i l ea p p l i c a t i o np a r t 移动应用部分) 位置取消消息，它的m m 和p d p 环境会被删除。 ( 3 ) 从等待状态转移到就绪状态 p d p 发送时，为了响应一个呼叫，m s 会向s g s n 发送一个l l cp d u p d u 接收时，s g s n 接收来自m s 的l l cp d u 。 ( 4 ) 从就绪状态转移到等待状态 就绪状态计时器超时时，m s 和s g s n 中的m m 环境均返回到等待状态。 强制返回到等待状态时，在就绪状态计时器超时之前，m s 或s g s n 可 能会发出一个返回到等待状态的信号，然后其m m 环境会立即返回到等待 状态。 当r l c 条件异常时，s g s n 的m m 环境也会返回到等待状态。 2 5 山东大学硕士学位论文 2 3 6 通信过程 这套通信系统主要分为三部分：终端设备、名称服务器和数据服务器。 终端设备就是我们电力系统中的各种运行设备；名称服务器是这套系统的 媒介部分：而数据服务器便是我们的数据存储控制核心 我们的目的是实现数据服务器与终端设备的直接对话但是，由于数 据服务器没有一个固定的i p 地址，因此无法实现终端设备与数据服务器的 直接连接。于是，我们就借助名称服务器来实现通信过程。 主要过程如下：位于供电企业的每一个数据服务器都拥有位于通信公 司的名称服务器提供的唯一的一个i d ，以用来区分各数据服务器。这样， 当一个数据服务器想与终端设备产生连接时，便向名称服务器申请一个暂 时的i p 地址，而同时终端设备也通过名称服务器获得了数据服务器瞬时的 i p 地址，这样终端设备便可以通过g p r s 连接i n t e m e t ，将自己的各项数据 发送到数据服务器，也可以通过网络获得数据服务器发送的各项指令，从 而实现了终端设备与数据服务器的对话。当然，我们还要多方面考虑，例 如硬件的性能、系统的稳定性和可靠性等。 下面我们就具体探讨一种设计方案。 嘲 g p r s 终端、心 罗 三相多心 功能表 图2 8 组网模式图 山东大学硕士学位论文 g p r s 终端采集三相多功能表的数据通过通讯中心的转发，连接到供电 客户端，形成一条透明的通道，系统具有简单的网络管理、统计功能。 2 3 7 抄表系统设计与工作原理“们n 帅钉“钉“钉 g p r s 系统可提供广域的无线l p 连接。在g p r s 业务平台上构建电力 远程抄表系统，可对电表数据进行无线传输。通过g p r s 网络，电力部门 可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到集中监控中心，以实 现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。g p r s 网络可为电力系统提供 简单高效的通信传输手段。下面引入本系统结构框图对本系统做具体说明： 图2 9系统结构框图 在该系统中，终端设备通过g p r s 无线网络连接到i n t e f n c t ，与客户端 前置机( 具有上网功能) 进行通信。考虑到实际情况中，客户端一般都是 拨号上网，没有固定i p ，需要在i n t e r n e t 上设置一个服务器( 有固定i p ) 作为通信中心，负责中转客户端前置机与终端设备之间的通信。 所以由上图可知，系统由三部分组成：通信中心服务器、g p r s 数据采 集模块和客户端。从变压器低压侧采集的电力数据通过r s 4 8 5 总线按照6 4 5 规约传输到g p r s 终端模块，然后通过g p r s 与i n t e m e t 的连接，与客户端 进行通信。 系统工作原理： 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) 通信中心作为g p r s 终端设备和客户端前置机的共同服务器，负 责存储并转发双方的数据，在双方通信时为其建立可靠的连接；采用透明 通道，不解释规约报文，保证通信中心最大可靠性和免维护性；具有通道 检测功能，通信失败时断开当前连接，等待g p r s 终端和客户端前置机重 新申请连接。上述功能由服务器通信软件实现。 ( 2 ) g p r s 模块以通信中心为传输通道，实现和远程前置机的实时通 信。g p r s 模块上电后拥有一个动态i p 地址，它主动向服务器发出连接申 请，服务器为其建立一条s o c k e t 连接。在理想状态下，该连接始终存在。 g p r s 模块具有通道检测功能，如果通信不可靠或失败，自动断开当前连接， 复位后重新申请连接，保证通信的可靠性和实时性。 ( 3 ) 客户端前置机登陆i n t e r n e t ，向服务器申请连接，服务器同样为 客户端建立s o c k e t 连接。通过与服务器的s o c k e t 连接，客户端与终端设备 进行实时通信，向g p r s 终端设备下发参数和命令；具有通道检测功能。 客户端功能由后台软件实现。 2 3 8 应用范围 主要应用范围是无线电传输网无法覆盖的通讯区域的电力客户，以及 因变电站光纤通道拥挤的变电站系统。 该系统优点是无需建立单独的抄表通讯系统，利用g p r s 公用网络即 可实现信息传输。覆盖范围广，是远方抄表通讯的发展趋势，同时传输及 时，系统稳定。抄表可靠率极高 缺点是因租用公用g p r s 网络，维护费用较高，前期终端及后台系统 投入较大。 第三章抄表自动化系统集成 随着电力系统的发展和变电站的实际需要，如果仍采用电气运行人员抄 报变电站关口表数据，容易出现人为误差、劳动强度大、上报不及时等问 题，延误指挥决策时间，同时这也成为实现变电站用电数据自动化、信息 化管理的一个薄弱环节。变电站数据采集系统解决了这一薄弱环节，提高 了变电站的管理水平和运行效率，对变电站的现代化建设起着积极的推动 山东大学硕士学位论文 作用。 对居民小区而言，一户一表的推广和多种电价制度的推行，抄表的工作 量急剧增加，传统的手工抄表和管理模式已越来越不适应发展的需要，它 不仅劳动强度高、效率低、抄表周期长，而且不断增长的人工费用也会造 成企业的成本上升。传统方式抄收的原始数据通常记录在账本上，人为的 笔误会造成数据的不准；抄收的数据还要通过人工方式录入计算机，才能 得出用户应缴的电费；大量手工记录的原始数据也不利于长期保存和日后 查询因此电量自动采集及计费结算系统的建立变得更为迫切 大用户及配变电能量采集管理系统是一套基于移动g p r s 无线网络的用 电现场监控系统，实现客户侧的遥控、遥信、遥测功能，具有可靠性高， 实时性强，传输速度快，传输信息量大等特点。此种通讯方式也是未来电 力数据传输的一个发展趋势本系统具有远程抄表、实时线损分析、用电 异常信息报警、电能质量检测、提供电压合格率数据和负荷控制等多种功 能。同时系统能够通过w e b 向局内有关用户提供服务，为加强用电管理提 供决策依据。针对大用户监测终端防窃电、负荷控制功能将对提高产业经 济效益，负荷限电提供保障。本系统可与低压用户以及高压关口表组成统 一的系统平台，与调度自动化、营销m i s 等建立接口，实现全网实时线损 分析和更加全面的营销自动化。 变电站远程抄表、大用户及配变抄表、居民集中远抄系统作为单独的系 统已经在电力系统得到广泛应用，但是随着科学技术在电力系统内部的蓬 勃发展，随着企业改革的深入，单一型的抄表系统势必会造成设备投资大、 管理复杂、维护困难等情况，因此集合了变电站抄表、大用户及配变抄表、 居民抄表与一体的综合集成抄表系统将会逐渐成为抄表系统发展的新趋 向。 抄表自动化系统集成充分利用供电企业内部已建立的网络平台，设计与 各个抄表子系统( 变电站集抄、负控远抄、短信抄表、居民小区集抄) 之 间数据交换的一个接口，通过这一基于c o r b a 技术接口得到各子系统的数 据并保存在抄表数据存储服务器中，实现数据共享按照设计流程和算法 对数据仓库中的数据进行基本统计和网损线损统计、分析，并通过e b 服 务器发布经过系统加工、处理、统计后的数据信息或输出各类报表，同时， 可以对抄表自动化及其子系统进行工况监视和异常报警，并对数据进行管 理。各相关人员通过授权登录w e b 服务器查询数据信息，并可打印查询结 山东大学硕士学位论文 果。 接口设计采用基于c o r b a 的三层体系结构，客户机调用基于c o r b a 提供 接口对数据的存取操作，客户机通过接口发出操作请求，数据在通过c o r b a 管理机制定位服务接口后，由服务进程完成对数据的实际操作另外，还 可以实现除数据服务器以外的其他类型的服务，如对采集设备的控制等 考虑到系统安全，采用了权限设计。除数据库的管理权限外，为了在分 布应用中具有更加灵活的权限管理，对管理对象采用类似目录的管理方式， 对管理对象用户可以自行定义分组，形成一个树型的对象管理模式。 采用库表结构设计，根据管理数据的性质，对数据采用数据质量码和数 据来源进行分类管理，按存储内容分为系统表和用户表，系统表存放接口 的相关数据且不允许普通用户进行修改，保证系统的可靠性；按照使用频 率分为内存表、历史表等，以提高系统实时性和响应速度。 各个不同的抄表系统按照统一的格式要求，将抄表数据主动放入数据存 储服务器中，由抄表自动化系统进行综合统计分析，形成按单位、线路、 电压、台区等不同要求的数据组合，供不同层次的决策者、不同需求的部 门调用实现电量等基本数据查询、按用电类别进行电量分析、按网线区 等进行线损指标统计分析、对线损电量等进行计划考核该，集成系统与用 电营销管理系统的相关数据( 如：换表信息等) 实现同步更新。 集成系统具有如下几个特点： 分层分布式的网络设计，优化网络配置 数据库的统一设计，提高系统完整性及存储能力 多种通讯通道的选择，强大的通讯介质兼容性保证系统通讯设计的 灵活与可靠 终端具备当地抄收及历史存储功能，电表数据将更加安全可靠 后台程序与m i s 及其他用户程序的接口，系统可扩展性优势得到体 现 统一后台人机界面，划分抄收模块，各个子系统单独抄收，这样既 保证了通讯采集速度，又能在后台软件操作上灵活简单 集成系统图如下： 山东大学硕士学位论文 2 ) 系统日志 记录系统登录时间、登录人员、以备查询； 删除日志：单击。删除”按钮，将删除所选日志记录。 3 ) 监控主机参数 设置监控主机通信参数，包括串口号、波特率，监控主机电话号码 等，可以修改、保存记录。 4 ) 线路参数 设置线路参数，包括线路编号、线路名称、电话号码、地址等。 5 ) 数据采集参数 设置数据采集参数，如日定点采集时间、是否整点采集等 6 ) 远方终端设备t c s 参数设置 设置远方终端设备t c s 电源报警是否开启、温度报警是否开启、报 警的高温限设置、低温限设置等。 4 2 数据采集模块 数据采集模块将远方终端设备的运行状态量、模拟量采集上来，以供 查询与统计使用数据采集模块分为手动数据采集模块和自动数据采集模 块两部分。其中自动采集又可分为日定点自动采集和整点数据自动采集两 个子模块。 4 2 1 手动数据采集模块 单击“抄表作业一 实时数据采集”菜单或相应工具栏按钮后，弹出手 动数据采集窗口，如图。通过点击要抄的线路。使其显示深颜色后，点击 按键“抄表”，系统即对所选线路的运行量进行实时抄收。若点击标题栏， 将使所有线路颜色加深，即对所有线路进行抄收，抄收成功后直接在下面 的数据窗口中进行显示。若由于线路故障或其他原因采集失败，系统会在 右侧的通信故障窗口给出采集失败线路的电话号码、时间、表址及返回代 码 山东大学硕士学位论文 系统管理( s ) 系统分析( d )抄表作业( c ) 综合查询( z ) 图形曲线窗口( ) 帮助( h ) e 田 垃略号垃略名尊电话号冉电话号码时呻寰址鼍目代码 卜习 ：_ 目膏麝l 轴嘟。l 鳓 i _ j 卜可 i _ j 电话号码衰址时期 协wni bl c 时锄功率啊a 日b n c 1 3 1 2 5 哪舢呻l 位l b ：3 32 如2 猫& 2 3 7 n 2 2o o 嚣2 s 删 1 3 1 2 3 3 0 o o o 蛇1 3 ：2 龆2 1 5 毖3 & 3 2 ，7 n 0 0 2 3 o o 施船舢 l卜 图4 一l抄表作业一实时数据采集界面 4 2 2 自动数据采集模块n 川”1 自动数据采集模块包括两个自动抄收模块：日定点自动抄收与整点自 动抄收 1 日定点自动抄收 日定点自动抄收功能可在每天的指定时间自动进行抄收数据，为弹出 式窗口，使用前需要在“系统参数设置一 数据采集参数”菜单中指定日采 集时间系统启动后，自动在指定时刻弹出窗口，对每天的重要数据进行 抄收，如：正向有功总电能、反向有功总电能、正向最大需量时刻等等。 若采集失败，将在通信故障记录中记录故障情况，包括时间、表址、返回 代码等。同时将提示操作人员进行再次手动抄收，以避免数据库中缺失重 要数据。数据抄收成功后，窗口自动关闭。 2 整点自动抄收 此项功能可由操作人员选择是否进行，方法为：在“系统参数设置一 数据采集参数”菜单中有一项为：“是否进行整点采集”，若选择。是”， 系统将自动执行此项功能，在整点时刻将运行状态量抄收上来，存入库中， 以备查询和图形显示。此窗口与定点抄收窗口类似，也为弹出式窗口，不 3 7 山东大学硕士学位论文 需操作人员手动开启。同样，抄收若失败，将会提示操作人员是否进行重 抄。抄收成功后，此窗口自动关闭返回主界面 4 3 电能冻结模块 为了配合电网损耗统计功能，监控主机系统还具有下发数据冻结功能 和收取冻结数据的功能首先可选择要进行数据冻结的配变，可选择全部 或部分配变，接下来指定冻结时刻，可精确到秒级。然后点击“下发数据 冻结命令”键，监控主机即对各个远方终端设备下发数据冻结命令，同时 指定冻结时间。远方终端设备收到后，即在指定时刻自动将电表数据收取 并存储起来监控主机方面在此时刻过后，可随时对冻结的数据进行读取， 以供查询和进行相关的统计分析。 4 4 开关控制模块 单击。抄表与控制一 控制操作”菜单，显示“开关控制操作”窗口。 单击需要进行操作的设备，所选远方终端变为深色后，即可操作。进行开 关量操作前，首先要进行开关量状态的采集。在采集前，所有的端口开关 的状态都为“未知”同时，按钮。进行开关操作”为不可用。系统将当 前开关的状态采集上来，并进行显示：开关处于开断状态用绿色表示，处 于闭合状态时用红色表示。当前开关状态采集成功后，才可对开关进行操 作，此时，按钮“进行开关操作”变为可用。由于此项操作比较重要，进 行操作时要求权限验证，通过后方可执行点击后系统提示进行权限验证， 通过后即可选择要操作的端口进行改变状态的操作操作按钮上自动显示 将要执行的操作，点击后执行操作操作命令执行后将自动重新进行一次 状态量的采集，用户可以了解命令的执行情况开关动作成功后，系统显 示操作成功，并返回操作完成后的状态点击“关闭”按钮将此窗口关闭 山东大学硕士学位论文 系统管理( s ) 系统分析( d ) 抄表作业( c ) 综合查询( z ) 图形曲线窗口( w ) 帮助( h ) e 田 4 5 故障报警模块 图4 2抄表与控制一 控制操作界面 系统自开启后即可进行监测，可进行监测的内容有四项：温度报警功 能、开关量报警功能、配变失电与t c s 失电报警 1 温度报警功能 远方终端设备通过温度探针测定系统设备的温度，一方面可随时对温 度进行抄收；另一方面也可设定一个温度上限，系统实时对系统设备温度 监测。一旦超过温度上限，系统即自动发出声音报警，同时弹出报警窗口 报警线路用红色标识出，同时给出报警时间、报警值等记录。此时操作人 员了解情况后可按下。确认”键，将报警线路的红色去除。随后按。关闭” 返回系统主界面。 2 8 路开关量报警功能 远方终端设备还可对多达8 路( 甚至更多) 的输入开关量进行实时监 测，根据实际需要，把监测的开关量接入，监控主机系统开启后即对各路 输入量进行监测。期间若某一路电位降低，系统即发出报警声音，同时弹 出报警窗口，绘出报警的端口号、报警时间、报警线路名称。以及此报警 信息所传送的手机号码等，同时用红色标识出，以提示操作人员注意。操 作人员了解情况后可按下“确认”键将红色去除。然后按“关闭”键返回 3 9 山东大学硕士学位论文 线路沿线各负荷点的负荷采集，采用远方监控终端来完成。沿1 0 k v 各公用变的电 压、电流、功率、电能量等数据由远方监控终端定时采集后发送到监控主机。同时，该 线路的始端功率或电能量也送到监控主机。实时线损分析模块，根据上述实测量，将分 析计算得该线路的实际网损。根据采集的低压侧电气量，分析计算出各个配变的功率或 电能损耗。这样网损再扣除配变损耗部分就可获得线路的实际线损。由于采用的测量表 计的精度较高，因而获得的实际线损分析的准确度是相当高的，为评价线损和采取措施 降低线损提供了依据。 4 8 2 理论线损分析原理 基于配电网潮流计算原理，即在已知l o k v 线路各负荷点( 公用配变) 的负荷( 有 功，无功) 和线路入端负荷( 有功，无功) 的条件下，输入线路各段的r ，x 参数，即 可启动潮流计算算法，求得线路上各点的电压及各段支路中的负荷( 功率分布) ，进而 求得各段线损和总线损，此即为理论线损。理论线损是评价线损的理论依据，评估实际 线损的参考，配电网分析计算的基础 4 9 图形曲线模块 图形曲线功能包括两项内容：日曲线查询和区间曲线查询前者提供日整点数据， 包括电压、电流、有功功率、无功功率的图形输出；后者则提供一个时问区间内的上述 数据的图形输出。首先选择要查询的线路，点击使其交为深色，再输入查询数据的日期， 最后选择查询对象，点击。查询”键后，数据窗口即生成当日或某个时间区间内的数据 曲线图 4 1 0 软件设计原则 软件设计采用模块化分布式结构、部件编程技术。功能的扩充更改 只需修改相应的较件模块，而不影响整个系统 应用软件模块。即装即用”，既可以安装在同一个服务器上运行， 也可以分布安装在不同的服务器上运行。 系统数据库由描述数据库、实时数据库、历史数据库以及后备数据 库组成。描述数据库、历史数据库由大型数据库管理系统来管理 历史数据库可方便地转存到磁带机或可读写光盘长期保存，需要时 可回装系统使用。 所有应用软件模块操作使用时，先要确认操作员的口令及权限，才 山东大学硕士学位论文 能进行相应的操作。 系统运行过程具有完备的记录记录可分为运行记录、操作记录。 客户端查询软件设计采用浏览器界面，可通过局域网、广域网和拨 号网络查询各类信息。客户端免维护 人机界面采用菜单、按钮、对话框及各类选择框等技术，尽可能减 少键盘输入方式，尽可能避免误操作 4 1 l 图示 基本档案 和平变基本档寨信息 id 埘i和平变 l l 谭 和平变计量点对应表计信患 筹事甜蕾赢代玛。斟重赢奢带“甍产号新一部弭”裴巷r漕日鱼蛙二舭= 喾槔。；饔 io 盹1 4 1 1 5 叩曲o m l 4 1 1 5 s 口0 0 0 斟10 0 d a 蛔bl ，t 有救 2s 0 a 0 0 飘5 一 2 0 0 1 0 2 8 2 0 3 l 育致 黔她 擐约j 蹩型聱撼 p c t一性计重方茼壤表日辫 毕t蕾标墁约 n li ，2 a o o多功幢正向 2 0 0 2 0 5 2毕t田标舒【纳 1 3 2 m 事；6 他正向 2 0 d 2 0 1 1 0 电表读数 霍圈 图4 4计量点基本档案界面 2 0 0 3 年4 月2 0 日青龙线电表读数 毪天美豢“”出 名豫”羲计缱孽 日期外畦针重_ 方国宥劝蝴壳动 窦教；i 移默自 供入和平变 c s 0 0 0 口5 3 l2 a 0 3 ，4 ，2 ad 正向 4 3 9 8 2 t1 5 t 1 t 日变电站抄袭 俄入和平变 5 s d o o d 5 3 i2 0 0 3 4 ，2 0 l 正向 4 3 p 6 4 31 5 t 1 m 变电站抄表 # 入和平变t g s 日0 口d 5 3 l2 0 0 3 t 2 02正向4 3 9 5 5 6 1 5 t 1 口l 变电站抄寰 供入和平受t g s 口d 口瞵3 l2 0 0 3 4 2 03正向4 3 9 6 1 5 t 1 明 变电站抄寰 供入和平受 了g s a d o d 5 3 l2 a 0 3 ，t ，2 0t正向4 3 口6 伯1 5 7 2 哺变电站杪表 供入和平变了g s a 0 5 3 i2 0 0 3 ，t ，2 a 5 正向 4 3 口8 射1 5 t 2 1 2变电站抄裹 供入和平变s a d a 口5 3 t2 0 0 3 ，4 2 0a正向 4 3 9 t 1 5 7 2 i l 变电站抄衰 俄入和平变w s o d a 口5 3 l2 0 d 3 ，4 ，2 0t正向4 3 9 t 2 1 5 t 2 糟 变电蛄抄袭 口队和平变 w s o d a 0 5 3 12 0 d 3 ，4 ，2 08 正向 4 3 9 t t1 5 t 2 3 l变电站抄衰 供人和平变 s 0 0 a a 5 3 l 2 0 d 吖4 2 0 9 正向 4 3 4 7 翻1 5 t 2 3 9 变电站抄衰 俄入 和平变w s 0 0 口0 5 3 l2 0 d 3 ，t ，2 al n正向4 3 9 8 31 5 t 2 t 5变电蛄抄袭 俄入和平变t o s 0 0 口0 5 3 t2 0 a 3 ，“2 ai l正扁t 3 9 _ 11 6 t 2 h变电站抄表 供入和平变 y g s 0 0 d o s 3 i2 3 ，4 2 01 2 正向 4 3 9 8 3 _i 6 t 2 h变电站抄袭 供入和平变托s 0 0 a 0 5 3 l2 0 0 3 ，4 ，z 01 3正向 4 3 9 8 酣1 5 t 2 了4 变电站抄表 俄入和平变 ! c s o d a a 5 3 l2 加3 ，4 2 al t正向4 3 9 a 9 li 5 t 2 0 3变电站杪衰 供人和平变 y c s o d o d 5 3 12 0 0 3 ，t ，2 01 5正向4 3 9 0 1 31 5 t 2 妮变电站抄囊 供入和平变y c s d 口0 0 5 3 l2 0 0 3 ，4 ，2 0 l e 正向 4 3 9 9 3 51 5 t 3 0 l变电站抄衰 供入和平变s d 0 0 口5 3 l2 0 d v 哇，2 01 7正向 t 3 9 9 6 0 1 5 1 3 1变电站挣袭 图4 5电表读数界面 山东大学硕士学位论文 电量分析 2 3 年4 月前卫变电量报表 砖赫l 皆 。 2 嚣二一。嘴”辟= | ”皑”6 茸“f 雷一 电置 5 1 4 8 d 0 5 2 8 0 d 05 3 1 9 6 05 1 3 4 8 04 8 3 1 2 04 6 5 9 6 口5 0 5 5 6 日期b 日9 基1 0 日i l 最1 2 霉1 3 基 1 4 日 囊 电置5 l 【1 8 4 05 1 2 1 8 05 加聃06 1 6 1 2 05 l d 鲥口4 8 0 4 8 口5 1 4 8 0 0 日崩1 5 矗 1 6 基h 基1 8 甘1 9 e黝b 2 l bi 电置5 1 6 1 2 05 1 b t 6 d5 1 4 8 0 05 1 2 1 6 d6 1 6 1 2 04 8 t 0 8 05 0 8 2 0 b ：日期2 2 匠2 3 b2 4 甚2 5 矗2 6 盛2 7 巨2 8 日 耄 电置 5 3 5 9 2 a 4 髂艉05 3 9 8 8 05 3 7 2 哇05 2 4 矾04 9 2 3 8 b5 2 5 3 6 口 矗期2 9 日3 0 日3 1 日 电置5 4 2 5 2 0砘3 8 4 d 2 0 0 3 年5