變電站計(jì)量裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

趙 龍 王龍森

摘要:文章首先介紹了電能量計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì),然后設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了放置在變電站表臺(tái)的采集終端,通過(guò)該終端根據(jù)由管理員設(shè)定的采集周期對(duì)該變電站的所有電表的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到采集終端的數(shù)據(jù)庫(kù)中,根據(jù)管理員設(shè)定的上傳周期,定時(shí)向存放于用電處機(jī)房的中心服務(wù)器中上傳最新數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞:變電站;計(jì)量裝置;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TM933文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0040-02

一、電能量計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

(一)電力線載波

電力線載波通信,是將信息調(diào)制為高頻信號(hào)(一般為50～500kHz)并疊加在電力線路上進(jìn)行通信的技術(shù),其優(yōu)勢(shì)是利用電力線作為通信信道,不必另外鋪設(shè)通信信道,大大節(jié)省投資,維護(hù)工作量少,可靈活實(shí)現(xiàn)“即插即用”。目前,國(guó)內(nèi)10kV以上電壓等級(jí)的高壓電力線載波技術(shù)已經(jīng)較成熟,但低壓電力網(wǎng)絡(luò)上的載波通信還未能達(dá)到令人滿意的水平,這在一定程度上制約了電能自動(dòng)計(jì)量技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用。其原因在于低壓電器電磁兼容性的控制尚不十分嚴(yán)格,且對(duì)低壓電力線上存在的電磁污染的治理也有待提高,造成低壓電力線上干擾大,影響了載波通信的質(zhì)量;另外,用戶負(fù)載千變?nèi)f化造成網(wǎng)絡(luò)傳輸特性復(fù)雜多變,難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型加以抗干擾是低壓電力線載波技術(shù)必須克服的問(wèn)題。顯然,從規(guī)范用戶負(fù)載特性、提高電磁兼容水平等方面來(lái)解決此類問(wèn)題,在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn),可行的方案是尋找抗干擾能力強(qiáng)的載波方式,以增強(qiáng)通信設(shè)備的電磁兼容能力。

(二)復(fù)合通信

在應(yīng)用于電能量計(jì)量計(jì)費(fèi)自動(dòng)化系統(tǒng)中的所有通信模式中,各種通信模式都有優(yōu)缺點(diǎn),任何一種采用單一通信技術(shù)的方案均很難完全滿足需要,為解決這類矛盾,提出了復(fù)合通信方案。復(fù)合通信方案是在自動(dòng)抄表的不同通信階段采用不同的通信方式,組成實(shí)現(xiàn)電能自動(dòng)抄表的復(fù)合通信網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)傳輸量不太大、傳輸距離較近的底層數(shù)據(jù)采集階段(電能表到采集器,采集器到集中器),可以采用如紅外、低壓電力線載波甚至點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式;而在集中器到中央處理站段,則可采用電纜、電話線或無(wú)線通信等。選擇什么樣的復(fù)合方式,需根據(jù)實(shí)際情況統(tǒng)籌考慮,混合使用的各種通信方式之間要有很好的相容性,不能相互干擾,這其中涉及到運(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)規(guī)劃等方面的研究與設(shè)計(jì)。

(三)數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)的安全性主要包括自動(dòng)抄表過(guò)程的安全性和中心處理子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全性,電能量計(jì)量計(jì)費(fèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的抄表過(guò)程是分散的采集器、集中器與中心處理站間交換數(shù)據(jù)的過(guò)程,通信中既要保證所抄數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸,又必須確保中心處理子系統(tǒng)不會(huì)受到來(lái)自傳輸網(wǎng)絡(luò)的意外攻擊。

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

(一)自動(dòng)采集終端設(shè)計(jì)

地區(qū)電網(wǎng)電能平衡分析系統(tǒng)中,為滿足計(jì)費(fèi)和監(jiān)測(cè)線損的嚴(yán)格要求,對(duì)采集終端的性能必須明確,它必須具有采集精度高、可靠性高、容量大、開(kāi)放性好、性能價(jià)格比高、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等基本特點(diǎn)。另外,由于各個(gè)采集終端安裝的位置和工作環(huán)境不同,要求采集器要有抗雷擊、防震動(dòng),可以有效的抗擊各類干擾,確保設(shè)備運(yùn)行可靠,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確安全。為確保裝置可靠、穩(wěn)定,采用進(jìn)口工控主板、專用通信板、液晶顯示屏,使用雙電源冗余供電,具備自恢復(fù)功能(軟、硬件控制),包括對(duì)MODEM診斷自動(dòng)重新啟動(dòng),并增加了保護(hù)措施:(1)輸入過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù);(2)防雷保護(hù);(3)直流反極性輸入保護(hù);(4)輸出過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。

(二)主站設(shè)計(jì)

主站端系統(tǒng)是一套相對(duì)獨(dú)立、完整的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地完成電網(wǎng)關(guān)口電能量的采集、處理、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)和計(jì)算功能,系統(tǒng)應(yīng)具有方便的可擴(kuò)能力。系統(tǒng)主機(jī)與各用戶工作站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,能夠支持多個(gè)用戶工作站,按照用戶的信息需求和權(quán)限為網(wǎng)上用戶提供服務(wù),對(duì)主站設(shè)計(jì)有以下一些要求:(1)借助表計(jì)讀數(shù)或周期性計(jì)值,可檢查表計(jì)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的功能是否正常,當(dāng)在這些環(huán)節(jié)上出現(xiàn)損壞或問(wèn)題時(shí),向用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào);(2)系統(tǒng)應(yīng)具有友好的用戶界面和方便的可編程、可維護(hù)性能,用戶可分級(jí)對(duì)費(fèi)率、時(shí)段、數(shù)據(jù)范圍、處理方式、結(jié)算輸出等數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行定義,并可對(duì)電能數(shù)據(jù)進(jìn)行方便的查詢;(3)系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)性,可存儲(chǔ)二年的電量數(shù)據(jù),保證電量數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性和準(zhǔn)確性;(4)各變電站與主站數(shù)據(jù)的傳送方式采用定時(shí)傳送和隨機(jī)召喚兩種方式;(5)系統(tǒng)軟件應(yīng)有完備的安全保密功能和用戶權(quán)限管理功能,嚴(yán)格防止非法用戶的侵入,嚴(yán)禁對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。

(三)系統(tǒng)遠(yuǎn)傳通信

利用現(xiàn)有電話線通過(guò)撥號(hào)Modem,和主站系統(tǒng)交換數(shù)據(jù),通信速率為300～19200波特,可設(shè)置撥號(hào)初始速率;當(dāng)通道線路質(zhì)量差時(shí),終端根據(jù)主站要求可自動(dòng),降低速率進(jìn)行握手通信,若通道為光纖且具有網(wǎng)絡(luò)接口,則可直接通過(guò)TCP/IP協(xié)議和主站交換數(shù)據(jù)。專線、撥號(hào)、網(wǎng)絡(luò)通信方式可同時(shí)存在,同時(shí)使用,互為熱備用,傳送的所有數(shù)據(jù)和信息均帶時(shí)標(biāo)。具有向多個(gè)主站(≥3)傳輸數(shù)據(jù)的能力。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了放置在變電站表臺(tái)的采集終端,通過(guò)該終端根據(jù)由管理員設(shè)定的采集周期對(duì)該變電站的所有電表的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到采集終端的數(shù)據(jù)庫(kù)中,根據(jù)管理員設(shè)定的上傳周期,定時(shí)向存放于用電處機(jī)房的中心服務(wù)器中上傳最新數(shù)據(jù)。以上功能實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)電表數(shù)據(jù)的采集,系統(tǒng)根據(jù)用電處的需求設(shè)計(jì)了分析功能,如終端出現(xiàn)故障系統(tǒng)可以立即主動(dòng)上報(bào)用電處管理員,另外系統(tǒng)也提供了對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的具體分析功能,以輔助決策。為了解決報(bào)表管理難的問(wèn)題,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了報(bào)表生成器系統(tǒng),由管理員選擇數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng),生成到EXCEL的新數(shù)據(jù)源,管理員可以利用系統(tǒng)嵌入的EXCEL報(bào)表系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行報(bào)表制作,并提供給電力公司中其它人員定制查詢,為了能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)倒入MIS,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了中間庫(kù)以提供MIS接口,系統(tǒng)的功能需求主要分為:數(shù)據(jù)采集、報(bào)表管理及數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)管理三個(gè)部分。

(二)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

1.主站與電量采集裝置的通信方式為網(wǎng)絡(luò)、專線或電話撥號(hào)(具有話數(shù)識(shí)別功能),這幾種方式可同時(shí)存在,互為熱備用;根據(jù)前面介紹的組網(wǎng)方式,各縣公司或者是變電站分別配置終端服務(wù)器,他們與采集終端通過(guò)撥號(hào)或?qū)＞€通信,終端服務(wù)器與系統(tǒng)通過(guò)TCP網(wǎng)絡(luò)連接。

2.用戶通過(guò)畫面可監(jiān)視整個(gè)通信過(guò)程,包括通信狀態(tài)、參數(shù)和報(bào)文、系統(tǒng)緩沖等;對(duì)通信失敗次數(shù)和時(shí)間均有事件記錄。

3.雙機(jī)切換:系統(tǒng)雙數(shù)據(jù)采集前置機(jī)互為熱備用,正常運(yùn)行時(shí)一主一備,負(fù)載均衡;若一臺(tái)故障,另一臺(tái)可正常完成所有任務(wù);主備機(jī)可根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)切換,也可人工切換。

4.通道切換:對(duì)專線通信,系統(tǒng)支持雙通道互為熱備用;對(duì)撥號(hào)通信,各通道自動(dòng)均衡負(fù)載,通信失敗后可自動(dòng)切換通道通信。

5.定時(shí)獲取和自動(dòng)補(bǔ)采:定時(shí)獲取的時(shí)間可由有權(quán)限的用戶設(shè)置和修改,根據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)的要求,推薦使用60分鐘的采集間隔,系統(tǒng)同樣以60分鐘的間隔對(duì)系統(tǒng)的重要電量、平衡率、線損率進(jìn)行刷新,同時(shí)可定時(shí)檢測(cè)未存庫(kù)或異常數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)召;數(shù)據(jù)補(bǔ)召的次數(shù)和時(shí)間均可由有權(quán)限的用戶進(jìn)行設(shè)置和修改。

6.隨機(jī)獲取:系統(tǒng)提供人工獲取界面,可顯示選擇時(shí)間段的未存盤的計(jì)量點(diǎn)、未統(tǒng)計(jì)的計(jì)量點(diǎn),可對(duì)選擇時(shí)間段未存盤計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。

7.人工補(bǔ)采歷史數(shù)據(jù):可選擇一個(gè)或多個(gè)變電站的全部計(jì)量點(diǎn)或部分計(jì)量點(diǎn),對(duì)選擇時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取。

(三)線損計(jì)算

系統(tǒng)的線損計(jì)算應(yīng)該包括分壓統(tǒng)計(jì)和分線統(tǒng)計(jì),分壓統(tǒng)計(jì)對(duì)全網(wǎng)按電壓等級(jí)進(jìn)行分別統(tǒng)計(jì)。(1)220kV電網(wǎng)線損:又稱220kV線損,指220kV線路和變壓器等損耗,以線路、變壓器為統(tǒng)計(jì)單元,進(jìn)行供、售電量的累加,供電量以220kV線路的進(jìn)線電量為準(zhǔn),售電量以220kV變壓器中、低壓側(cè)出線電量為準(zhǔn);(2)110kV電網(wǎng)線損:又稱110kV線損,指110kV線路和變壓器等損耗,以線路、變壓器為統(tǒng)計(jì)單元,進(jìn)行供、售電量的累加,供電量以110kV線路的進(jìn)線電量為準(zhǔn),售電量以110kV變壓器中、低壓側(cè)出線電量為準(zhǔn);(3)35kV電網(wǎng)線損:又稱35kV線損,指35kV線路和變壓器等損耗,以線路、變壓器為統(tǒng)計(jì)單元,進(jìn)行供、售電量的累加。供電量以35kV線路的進(jìn)線電量為準(zhǔn),售電量以35kV變壓器低壓側(cè)出線電量為準(zhǔn),其中專線用戶的無(wú)損電量均計(jì)入供電量和售電量。

分線統(tǒng)計(jì)對(duì)全網(wǎng)按線路進(jìn)行分別統(tǒng)計(jì)。(1)220kV線路線損:指220kV線路的損耗,以線路為統(tǒng)計(jì)單元,供電量以220kV線路的進(jìn)線電量為準(zhǔn),售電量以220kV變壓器進(jìn)線電量為準(zhǔn);(2)110kV線路線損:指110kV線路的損耗,以線路為統(tǒng)計(jì)單元,供電量以110kV線路的進(jìn)線電量為準(zhǔn),售電量以110kV變壓器進(jìn)線電量為準(zhǔn);(3)35kV線路線損:指35kV線路的損耗,以線路為統(tǒng)計(jì)單元,包括綜合線、專線、聯(lián)絡(luò)線,綜合線供電量以35kV線路的進(jìn)線電量為準(zhǔn),售電量以35kV變壓器進(jìn)線電量為準(zhǔn);專線的線損率為0;聯(lián)絡(luò)線以雙向表計(jì)的正向累加為供電量,反向總加為售電量。

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作者簡(jiǎn)介:趙龍(1982-),男,陜西三原人,陜西省電力公司安康供電局助理工程師,研究方向:計(jì)量裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);王龍森(1983-),男,陜西安康人,陜西省電力公司安康供電局助理工程師,研究方向:電能量采集和基波對(duì)電能計(jì)量的影響。