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1系统背景
近年来,我国电力建设发展速度很快。两网改造在有些地区已初步完成,电力客户不仅要求有电用,而且要求用高质量的电,享受到更好的服务,提高电力部门电费实时性结算水平,建立区域乃至全国统一的电力大市场已成为所有电力部门的共识。同时,供电部门对用户侧防窃电技术的要求也越来越迫切。由此带来的对传统结算手段的改进,对关口及配变计量监测点用电情况的监测的需求已越来越强烈,而传统的电量结算是依靠人工定期到现场抄取数据,在实时性、准确性和应用性等方面都存在诸多不足之处。
目前电力系统配网自动化及配变监测的发展还处在初级阶段,只是在少数城市进行了局部试点。由于馈线开关及配电变压器分布点多、位置杂乱。建立一个时效性强,可靠性高、投资省的通信信道网络困难非常大,并已成为配网自动化及配电、大、中用户用电管理系统进行大面积推广的最主要障碍,只有利用现代通信技术和计算机技术以及电能量测量技术结合在一起,才能够及时、准确、全面地反映电量使用、销售情况。
建立电力客户现场管理与服务系统在电力部门已达到共识,但是,目前的状况是原有的基于变电站的电能量采集管理系统已经投运,如何利用现有机器设备,在尽量节约成本的基础上将两者完整的结合在一起,实现变电站、电厂及大客户的实时负荷数据、电能量数据等的采集及统一管理成了电力部门开始探索的新思路,尤其在县级电力部门,这种需求就越加显得突出。
2系统总体设计思想
为了满足(地、县局)用电管理部门、电力营销部门用电管理和负荷控制的需求,我们设计了双通道独立采集,统一数据存储、管理,凸显特色应用的一体化系统构建方案,实现电力客户及变电站、电厂的信息采集、控制、管理等功能:
对于电力客户,我们配置ERTU-1000型抄表终端,实现负荷数据、电能量数据、电表实时状态信息等的采集和存储管理,主站通过租用移动公司的专线与GPRS网络连接,ERTU-1000G型抄表终端通过GPRS无线网络与主站的前置机进行通信,定时的上报负荷数据、电能量数据及状态、告警信息等,也可以接受主站下发的召测及控制命令,实现数据采集及相应的控制功能。
对于变电站及电厂,我们配置ERTU2000型数据采集终端,实现电能量数据及电压、电流、功率等数据的采集和存储管理,主站通过光纤数据网络与采集终端进行连接,定时采集相应的电能量数据及电压、电流、功率等数据。
3系统结构
本次方案设计的ECM电力抄表管理系统由ECM主站、ECM终端(包括ERTU-1000G型电力客户现场数据抄表终端和ERTU2000型变电站、电厂数据采集终端)及通信网络等几个部分所组成。其中,ECM终端是本系统的客户端设备(子站),安装在电力客户现场及变电站、电厂内部,实现负荷数据、电能量数据和其他遥测信息的采集、存储以及控制命令转发(针对电力客户)等功能;ECM主站是本系统的服务器端(主站),实现将所有的ECM终端发送上来的负荷数据、电能量及其他数据进行存储、计算、转发、浏览、自动生成报表,以及负荷控制、用电综合管理等功能;通信网络包括GPRS无线网络及光纤数据网络,保证终端和主站之间的通信。

系统网络结构如下图所示:
系统网络结构图
 
服务器系统
服务器系统由两部分服务器系统构成,其一是数据库服务器系统(可采用单机模式或集群系统),数据库DBMS可以采用Oracle、Sysbase、SQL Server等大型商用数据库系统;另一部分为WEB服务器(也可采用单机或主备服务器形式),保证了ECM系统具有高可用性和可扩展性,可提供客户端数据访问服务、WEB浏览和文件共享服务及共享打印服务。服务器系统的操作平台采用WINDOWS操作系统(也可以根据实际情况采用UNIX操作系统)。
前置机系统
前置机系统主要实现对电力客户、变电站及电厂数据的采集,对于电力客户的数据采集采用GPRS无线网络通道,对于变电站、电厂的数据采集采用光纤数据网络通道,也可采用拨号MODEM等通信方式。
前置机系统可以采用多机采集、负载平衡模式(一般采用双机工作模式),即正常情况下,多台采集前置机自动分担采集任务,尽量缩短数据采集时间。如果其中任何一台采集前置机发生故障,则所有已分配给此故障采集机上的采集任务将会自动迁移到另外一台采集前置机上,以保证任务完成。
管理工作站
管理工作站主要提供用户对整个系统的维护功能,包括服务器系统的维护、前置机系统的维护等。
报表工作站
报表工作站提供用户制作各种数据统计报表的客户端应用,并将生成的报表数据在网上发布,以供其他用户共享访问。此外,报表工作站还允许用户查询各种电量数据。
网关工作站
网关工作站提供和其他系统(如电力营销管理系统、电力客户服务系统、SCADA、MIS、EMS、电能量采集系统等)的接口模块,使ECM系统与其他系统之间实现数据传输和共享。网关可以采用应用网关或纯网关两种方式,并可根据不同的应用环境进行配置。
ECM系统的网络拓扑可以采用简单的单网模式,也可以采用支持网卡、交换机冗余配置的双网模式,从而达到“负载均衡”和“故障冗余”的高性能网络。
4 、系统功能
l      短信催费告警
l      电表异常(失压、逆相序)短信报警
l      手机短信抄表,断电
l      数据发送到用户手机
l      电流互感器短接开路分流报警
l      远程控制跳合闸
 
4.1 信息采集
n      多种数据信息的采集
系统支持多种数据信息的采集,并可设置采集的内容、对象及相应的采样间隔:
²       负荷数据采集;
系统定时自动采集和处理终端的总有功功率、无功功率等数据,生成日、月负荷曲线,功率最大值/最小值及出现时间、最大需量及出现时间等。
自动采集时间、内容、对象可设置,最小采集间隔为15分钟。
²       电能量数据采集;
系统定时自动采集终端冻结的有/无功电能量和分时电能量,生成总加有功及无功电能量曲线。
自动采集时间、内容、对象可设置,最小采集间隔为15分钟。
²       抄表数据采集;
系统定时自动采集或随机召测终端抄收的电能表实时数据、冻结数据等。
²       工况数据采集;
系统可采集终端运行工况、控制状态、开关状态、电能表运行工况等信息。
²       电能质量数据采集;
系统定期或随机采集各电能质量检测点的电压、功率因数、谐波等数据,进行电能质量统计分析。
n      基于任务的信息采集
信息采集是完全基于任务模式的,信息传输包括上行和下行两个方向:
²       对于电力客户端的信息采集,系统设置任务(包括:普通任务、中继任务、告警任务)参数,并将其下装至抄表终端,以保持一致性。抄表终端可根据下装的任务进行定时上报数据,系统也可以根据实际需要随机召测实时数据或历史任务数据;
²       对于变电站和电厂端的信息采集,系统设置定时采集任务,自动轮巡,进行信息采集;
²       系统可以自动检测数据的完整性及正确性,对于缺损数据进行自动补采,用户也可以根据实际需要进行人工补采。
n      支持多机采集模式
由于电力客户、变电站及电厂的数量较大,系统采集的信息量繁杂,同时系统的信息传输是双向的,加之电力客户、变电站及电厂的数据采集所采用的通道不同,所以为了保证采集的速度快捷、传输可靠,必须采用多前置机共同运行的模式,以进行负载均衡,本系统支持多机采集模式,多台前置机之间能够良好的协作完成采集任务。
n      数据传输通信支持拨号MODEM、专线MODEM、网络、GPRS、GSM、宽带网、音频电话等多种通信方式
对变电站、电厂端的信息采集,系统支持拨号MODEM、专线MODEM、网络等多种通信方式;对电力客户端的信息采集,系统支持GPRS、GSM、宽带网、音频电话等多种通信方式。同时,系统具有多种信道混合采集、主备通道切换等功能,采集程序可以根据通道的使用情况自主的选择相应的通道,当通道发生故障的时候自动进行主、备切换,并根据通道的连通率情况,自觉、自主、自动的决定采用主或备用通道。
n      支持多种数据传输规约
系统可以根据实际情况,添加规约解析模块,以支持其他数据传输规约。
n      提供定时自动上报、定时自动轮巡、自动补采、人工随机召测及现场现场抄录等多种方式采集数据
²       电力客户抄表终端根据系统设置的普通任务及告警任务,定时将任务数据信息自动进行上报;对于采用230电台通道方式的电力客户或变电站、电厂的数据采集,主站可以设置自动采集任务,定时与抄表终端进行连接,进行数据轮巡,用户可根据需要自定义定时自动数据采集周期;
²       根据系统设置,可以由前置机根据自动上报的任务执行情况(在发生通信中断或其他采集故障而导致采集任务执行失败时)决定是否进行自动实时补采,也可以设置自动数据扫描任务,在每天采集结束时自动扫描数据的完整性,对缺损的任务数据信息自动生成补采任务并执行;
²       用户可根据实际情况人工随机下发数据(包括实时数据、历史任务数据、终端参数等)召测命令,并发送至前置机执行;
²       系统提供维护软件,可在电力客户现场、变电站及电厂进行数据召测,也可以现场下装参数或程序、进行终端诊断及控制操作等,当通道故障时可现场抄录数据,并将数据带回主站端导入系统。
n      支持脱机工作模式
前置采集机在与应用服务平台失去连接的脱机情况下,具有独立的采集、控制及管理等工作能力。
²       前置机具有临时数据库(也可以采用文件的形式),保存与应用服务系统相对应的电力客户档案及终端参数表,并且应用服务系统定期向前置机进行更新,对于终端上报的数据,可以暂存入临时数据库(或文件)中,当联机时再由任务管理器调度发送给应用服务系统;
²       前置机可提供接口,并根据临时数据库(或文件)中存储的对应表对抄表终端下发召测命令、保电命令及其它控制命令;
²       当前置机接受异常信息报警时,可根据临时数据库(或文件)中存储的责任人信息,通过短消息将其转发到责任人的手机上;
²       在脱机情况下,在前置机上所做的所有操作都将以系统日志的形式存储到临时数据库(或文件)中,当联机时再将其转发至应用服务系统。
n      标准GPS时钟
前置机安装标准GPS时钟,可以接收GPS卫星时钟信息,并对整个系统进行自动对时,也可以对抄表终端下发对时命令(可人工选择设置需对时的抄表终端,远方对时时钟误差≤±1秒/天),以保证系统时间统一及采集数据时标的正确性。
4.2采集信息分析、处理、存储
n      系统可处理和存储多种数据类型,包括:
²       基本数据:
Ø        正向电量:
有功-总、尖、峰、谷、平、需量;
无功-感性无功(Ⅰ)、容性无功(Ⅳ);
Ø        反向电量:
有功-总、尖、峰、谷、平、需量;
无功-感性无功(Ⅲ)、容性无功(Ⅱ);
Ø        其他数据:
电压(Ua、Ub、Uc)、电流(Ia、Ib、Ic)、费率、时段等;
²       负荷曲线数据:日、月、年负荷曲线数据;
²       统计数据:
Ø        电量合计数据:按日、月、年对电量进行累加合计;
Ø        时段累加数据:按定义的时段信息对电量按日、月、年对进行累加合计;
²       计算数据:电量数据按定义的汇总公式进行计算;
²       状态信息:表计及抄表终端的状态信息;
²       告警信息:
Ø        计量装置封印管理:
发生条件:非授权人开取计量装置封印;
告警内容:开启时间、当时电量(有功-总、尖、峰、谷、平、需量、无功总);
Ø        示度电量下降:
告警内容:发生时间;前、后电量;
Ø        设置改变:
发生条件:对电量底度、手动需量复零、时段、费率、脉冲常数等的设置;
告警内容:发生时间;前、后设置参数;前、后电量;
Ø        运行参数变动:
发生条件:电压缺(断)相;过负荷;
告警内容:发生时间;前、后电量;
Ø        停电、上电告警:
发生条件:终端发生停电、上电;
告警内容:停(上)电时间;当前电量;
Ø        表计故障:
发生条件:表计停走、电量飞走、电池电压过低;
告警内容:事件信息;
Ø        系统告警:
发生条件:系统异常、应用程序执行异常等;
告警内容:事件信息;
注:
*      前电量事件发生前,终端最近一次抄录电能表的电量(有功---总、尖、峰、谷、平、需量、无功总);
*      后电量:事件发生后,终端立即抄录电能表的电量(有功---总、尖、峰、谷、平、需量、无功总);
n      数据合理性检查和分析;
系统提供对数据进行检测、分析的功能:
²       数据过滤;
召测数据存库前应根据通讯协议、数据的数值范围进行数据检查、过滤。
²       数据检查;
系统提供数据合法性、正确性校验及合理性、完整性分析手段,若存在非法数据(如:时段数据与总数据不符)及数据缺损情况,或发现异常情况(如:示度下降、电表停走、飞走、突变等),将进行告警。
原始数据抄录后,系统对其进行合理性检查,检查内容包括:
    对侧表校验
    区域电量平衡定值校验
    线损定值校验
    电量越限
    负荷限值校验
    主、备表数据校验
    电量分时数据和累计数据间比较校验
各项检查的所有限值可由用户输入,各项检查的频率可根据用户实际需求灵活设定,检查的结果可以工况形式反映或报警。
²       数据管理;
系统提供数据修正手段对错误数据、不可补测的数据进行处理、统计、分析。
n      数据计算、汇总、分析
²       负荷、电能量统计分析;
系统提供按地区、行业、线路、自定义群组、单客户等类型,按日、月、年或自定义的时间段,进行负荷、电能量的分类统计分析的功能。
²       过负荷统计分析;
系统每15分钟召测并测量一次Ia、Ib、Ic,并记录过负荷(默认1.2In,或自行设置)时的相别、最大电流、发生时间(起始、结束)。
²       功率因数分析;
系统根据每日每小时冻结的24点功率因数值绘制功率因数变化曲线,并可以按照不同客户的负荷特点,对客户设定相应的功率因数分段限值,对功率因数进行考核统计分析;记录客户指定时间段内的功率因数最大值、最小值及其变化范围,超标客户分析统计、异常记录等。
²       电压统计分析;
系统可以对电压监测点的电压按照电压等级进行分类分析,统计电压监测点的电压合格率、电压不平衡度等。
系统每15分钟召测并测量一次电压(一相或三相),并记录最大值、最小值和发生的时间,用户可以自行设置电压限值,在不设置的条件下默认如下标准:
    35KV及以上:±5%Un;
    10KV及以下三相供电:±7%Un;
    220KV单向供电:+7%Un,-10%Un;
 
系统分别记录超上、下限的超标次数(点)及每日电压不合格次数(点)、最大、最小电压值及发生的时间。
²       谐波分析;
系统提供相应监测点的三相电压、电流(2~19次)谐波含有率及峰值的统计分析功能。
²       系统可根据在数据统计分析中所定义的公式对电量数据进行自动计算,并将计算结果进行存储;
²       系统可对电量数据按日、月、年进行汇总,并将累加的合计值进行存储;
²       系统提供对数据进行统计、检测、分析的功能:
n      其他处理
²       报表自动生成;
根据报表系统中定义的报表模板,每日自动提取数据信息,生成相应的日、月、季、年等类型的报表,并将报表保持成EXCEL格式。
²       数据清理、转储等;
系统检测数据库(或其他存储设备)中的数据量及存储容量,并根据用户的设置,对临时数据、历史数据进行清理、转储或其他的相关处理。
n      事件告警处理
²       异常任务配置
系统可以对异常任务配置模板,规定异常任务执行频率,附带的数据项,是否启动普通任务等。对支持异常任务配置的终端,可以根据异常任务模板设置、下发、召测、查询异常任务。系统也可以对终端进行配置,是否允许异常告警上报。
²       终端告警事件上报;
系统可以将终端记录的告警事件设置为重要事件或一般事件,终端根据事件属性进行重要事件和非重要事件的记录,并对重要事件按要求进行实时上报【通过请求访问ACD置位(以下简称ACD)或直接主动上报】。
对于不支持主动上报的终端,主站接收到来自终端的报文中ACD位置位报文后,立即启动事件查询模块,召测终端发生的事件,并立即对召测事件进行处理。对于支持主动上报的终端,主站收到终端的重要事件上报,能立即对上报事件进行处理。
²       异常告警的分析与处理
系统根据一定的规则(如异常告警类型、告警的次数、终端状态、用户状态等)对告警进行分析判断,对于经过判断的异常告警信息,形成消息,根据订阅情况分发到责任人。在配置的情况下,可以对多个人配置不同的告警发送方式。
系统区分告警的不同类型,对于表计故障、窃电、系统运行故障等不同告警,形成不同流程进行处理。
系统区分异常告警是否由终端的安装调试工作引起,在此期间的告警分发给现场安装调试人员。
对于大规模停送电引起的异常告警,系统可以自动判断。
²       数据检查分析告警
系统根据历史数据、终端上报信息和系统运行状况,在数据检查、分析、统计过程中产生告警事件时,将发出告警信号,并进行记录,显示相应事件内容;
²       告警事件的存储和查询
对于终端上报的告警事件(需要确认)和系统数据检查分析过程中产生的告警事件,系统提供记录和存储功能,并可以根据时间段、用户、异常类型等查询历史的异常记录和处理情况及打印相关报表。
n      带时标的数据信息存储模式
²       基本数据、负荷曲线数据、统计数据均采用带时标的存储模式:
Ø        基本电量数据采用按时标分段存储的方式,具有时间精度好、统计方便和存储空间节省的优点,数据的存储间隔均由任务参数确定,即以HH:NN为基准,按△T间隔进行存储,△T为5、15、30、60分钟可选,内容包括:电能量数据的识别信息、时标信息、数据内容(电表原始窗口值)、数据状态等;对于单值数据(如:需量数据),则采用“时间”+“数值”方式进行单点存储;
Ø        负荷曲线数据:
      日负荷曲线数据:按15分钟(15分钟平均功率)的存储间隔进行带时标分段存储,每天96个数据点;
      月负荷曲线数据:按4小时(4小时平均功率)的存储间隔进行带时标分段存储;
      年负荷曲线数据:按24小时(24小时平均功率)的存储间隔进行带时标分段存储。
Ø        统计数据:
    电量合计数据:按日、月、年进行带时标单点存储;
    时段累加数据:按日、月、年进行带时标单点存储;
    电量计算数据:采用按时标分段存储的方式。
²       历史数据及告警信息至少保存两年,并能够定时或随机将数据转存到磁带机等大容量存储介质上作为长期存盘资料,需要时可以回装系统,对历史数据可以重复查询、修改和打印;
²       系统提供完备的数据备份方案,保证系统数据的完整性,除基于数据库、操作系统的常规备份手段外,系统还提供了软件工具,可把自行组合的所需时间范围、类型的数据转存到网络中其它任意存储介质或恢复到其它数据库中。

 

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