（电气工程专业论文）防窃电功能负荷控制管理系统应用研究.pdf

沈阳工业大学硕士学位论文 摘要 电力负荷控制管理系统作为对负荷进行全面管理的计算机监控系统，对于保证电网 安全经济运行，改善电网运行特性及用电营业管理的有效实施具有重要意义。负荷控制 管理系统研究主要包括控制方式分类、组成及对负荷控制系统理论等方面。负荷控制直 接控制大用户内部数量众多和分散的可控负荷( 如水加热负荷、空调设备、工业加热炉、 农业排灌泵等) ，既保持发电出力与负荷需求的平衡，又不影响工农业生产及居民生活。 本文以某市无线电力负荷控制管理系统软硬件结构为基础，确定负荷控制系统数据 管理模式，提出功能扩展方案，实现与营销系统的数据共享。基于无线电和i u u 串口 通信实现用户侧管理服务功能，通过编制软件，实现了数据开放、电能质量监测和电费 管理。通过对负荷控制管理信息系统结构组成、可靠性、主要性能指标及系统安全机制 的研究及对窃电手段的剖析，针对窃电手段及非人为计量异常现状，提出防窃电方案。 实现了借助无线信道传输。通过采用动态比较电力用户正常与异常计量情况下模拟量回 路与电能计量回路的功率、电流和脉冲，采用电能表本身防窃电信息的措施，给出了在 电力负荷控制管理中心主站集中监视和发现用户窃电和计量回路异常的新技术防窃电 解决方案。 电力系统负荷控制管理以及防窃电功能负荷控制管理系统的应用研究对监控电力 负荷，调整负荷曲线、削峰填谷，提高电力设备利用率，确保用户合理用电，减少电能 损耗，保证电力系统按计划负荷曲线运行具有重要的理论意义和工程实用价值。 关键词：电力负荷，负荷控制，防窃电 鲨塑三些奎堂堡主兰垡丝壅 a p p l i c a t i o ns t u d yo f l o a dc o n 仃o lm a n a g e m e n tp o w e rs y s t 锄w i t h a n t i e 1 e c t r i c l a r c e n yf u n c t i o n a b s t r a c t 1 1 1 ee l c c m c a ll o a dm a n a g c l i l ts y s t e mc a l lr e a l i z et h eg e l l e r a ic o n 仃0 lb 鹊e do n 也e c 伽叩u t e fm o l l i t o 血gs y s t 锄n l em a i l lp u l p o s e i st og u a r a n t e em es c c u r i t ya i l dc c o n o m yo f t h ee l e c 砸c a lp o w e rs y s t 锄，t oi m p r o v et h eo p e r a t i n gc h a r a c t c r i s t i c sa n dm a i l a g e m 觚t t h e 姗e s t i g a t i o no ft l l ef i l n c t i o nc 训删眦i o no ft h ce l e c t r i c a l l o a dm a i l a g c i i l e l i ts y s t 锄c o v c r s s c v e r a lm 旬o rp a r t s ，跚c h 勰，t h ec l 勰s i 丘c a t i o na n dc o i l s t i t l l t i o no fc o n n 口lm o d e ，a n dt l l e t h e o r e i i c a ls t u d yo f t h es y 曲既n f o fk e e p i n gt h eb a l a n c eb 咖e e l lt h cp o w e rg e n e r a t i o n 缸l dm e l o a dr e q u i r e m e i l t ，锄d 呻r o v i n gt h cs t a i l d a r do fl i v i n 舀t h el o a dc o 蛐f o lc 觚血优n ym o i l i t o r t l l em 面o r i t ya n ds 印a r a c ec o n t r o l l a b l e1 0 a do ft h el a r g ep o w 盯c o i l s 啪e r ，s u c h 笛w 撕 h e a t i n gl o a d ，a i r c o n d i t i o n c re q u i p m e 咄i i l d u s m a lh c a t i n gf i l m a c e e 】【仃a c t i v 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l l ea 舱l y s i so ft l l e c l e c t r i c 1 a r c e n ym e a i l s ，t h ea m i e l e c t r i cl 缸c 髓ys c h e m eh 弱b e 朗卿s c d m o 删e f ，b y m e a l l so fw i r c l e s sc h a 姗e 1 仃a n s i i l i s s i o n 粕db yc o m p a r i s o no fp o w c r ，c u r r c m 勰dp u l s eo f a i l a l o gq u a m i t y1 0 0 pa i l dm e a s u r cl o 叩硼d e rn o 珊a l 锄da b n o r n l a lm e 勰u r cc o n d i t i o n ，m e 枷- e l c c 硒cl a r c e n yi i l f o r n l a t i o nh 嬲b e 印p l i c dl l s i n g1 1 1 ee l o c 仃i c 锄e r g ym e t 雒d c o l l e c t i v em o i l i t 0 咖g 锄dn e w 锄t i - c l e c t r i cl a r c e i l yt e c l l i l o l o g yi l le l o c 砸cp o w c fm 锄a g 锄胁t c a l t c r h 船b e c l l 西v e n 堕堑皇塑堂墨堑笙型篁堡墨竺鏖旦堡塞 ni sv e r yi i i l p o n a n tt os t i i d yt h ee l e c t r i cp o w e rm a n a g e m e n ts y s t c m 柚d 柚t i e l e c t r i c l a r c e n yt e c l l i l o l o g yf o r 删u s t i n gt l l el o a dc u r v e ，b a l a n c i n gt h el o a d ，i n c r c a s i n gt h eu t i l i t y e m c i e l l c yo fm ep o w e rd e v i c e ，r e d u c i n gt l l ee i l e 唱yl o s s ，a i l da s s u r i n gt h er a t i o n a l0 p e r a t i o n o f t l l ep o w e r s y s 蛔 k e yw o r d s ：e i e c t r i c a li o a d ，l o a dc o n t r o i ，a n “- e l e c t r i c - l a r c e n y i v 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名： 丛缝j 日期：鑫丝z ! 丛。2 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名： 迄毖导师签名：粗日期：塑2 立! ! 沈阳工业大学硕士学位论文 1 引言 早期电力负荷控制系统是在参考和借鉴国外电力负荷监控装置基础上，针对 中国电力的供应特点提出的。在此基础上，逐渐发展成为以无线电传输为主要通 道，集远方控制、数据采集等新技术为一体的负荷控制管理系统“1 。电力负荷控 制技术在我国的研究和应用已经有2 0 多年的历史。电力负荷控制系统曾为缓解 我国9 0 年代中期以前的电力供需矛盾起了关键性的作用。但由于国情的限制， 早期的电力负荷控制技术强调其远方控制功能、以及远方控制功能在限电不拉路 方面的应用。 1 1 研究背景与意义 国家电力公司领导在全国电网安全工作会议上提出了电力负荷控制管理系 统应由“控”转“管”，具备应用国家政策、技术政策引导用户用电，实时抄表 计费，事故情况局部限电三大功能的发展方向。1 9 9 7 年东北电管局“电力负荷 控制管理系统工作会议”指出，东北地区电力负荷控制管理系统应具备五大功能， 即：远方抄表和预购电、地方电网上网电量监测、电力市场分析和预测、反窃电 和限电不拉路等。 目前的负荷控制管理，已经被赋予了全新的含义，发展成为电力负荷的综合 管理系统，已经成为沟通供电企业与用电企业的最便捷的桥梁，以及一种立足于 双重服务的信息中心，为电力系统的内部各部门提供信息服务和技术支持，为电 力用户提供信息服务和技术支持，负荷控制系统的职能转换意义深刻。 负荷综合管理系统已经突破传统意义上的限电功能，扩充了一系列离线和在 线功能。扩展功能主要包括：对终端用户的数据采集、( 无线或网络) 信息发布、 远方监视和控制、负荷分析、线损分析、信息共享等，为电力系统其他各部门， 如营业部门、用电管理部门、计划和生产部门提供数据服务，为未来的电力需求 侧管理( d s m ) 提供技术支持。 负荷控制管理系统在今后相当长的时间内是电力部门需要重点建设的和研 究的课题，主要表现在如下方面： ( 1 ) 基于负荷控制管理系统供用电双方信息交流的平台建设。 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 建设电力负荷控制管理系统时，有相当大的一部分资金投入到无线信道上， 无线信道为供用电双方架设了沟通桥梁。在以市场中心的电力营销体系中，供电 方和用电方须及时交流信息，以保证供电方合理安排发电和购电计划，用电方及 时了解电力供应的变化，调整生产安排。这种沟通功能，在d s l i 计划中显得尤为 重要。 ( 2 ) 提供电网紧急调度、避免大面积停电技术实现手段。 电力负荷控制管理系统的远方控制功能为电网紧急调度、避免大面积停电提 供了技术手段。近一两年来在华东地区出现了负荷紧缺现象，电力负荷的控制功 能发挥了重要的作用。如2 0 0 3 年，上海电力公司在负荷高峰期限负荷达到l 0 9 6 左右；南京电力公司则通过负荷控制管理系统直接限电2 0 0 兆瓦。 ( 3 ) 实现营业与计量的数据管理。 电力负荷控制管理系统的优点之一是将深入各种工商业用户，特别是大型工 商业用户。在电力营销业务中，这些用户相当多的是零点抄表户，要求抄表人员 风雨无阻地执行抄表任务，抄表工作量大，容易产生数据错误。利用负荷控制管 理系统采集电能量数据、完成大用户抄表自动化，是近年来负荷控制管理系统的 发展方向之一，并在部分城市得到实际应用。 ( 4 ) 提高反窃电技术。 反窃电一直是困扰电力部门难题之一。反窃电的难点在于我们现有管理和技 术手段跟不上窃电作案方式和技术水平的变化，特别是难以及时发现窃电并抓到 直接的窃电证据。电力负荷控制管理系统直接深入用户计量现场，能够充当反窃 电斗争的“千里眼”；它通过实时监测用户的负荷情况和计量器具的工作状态， 判断和捕捉窃电特征，实现防止窃电的“两步曲”：发现线索、抓现场证据。目 前利用负荷控制管理系统实现防窃电功能具有广泛的市场应用前景。 ( 5 ) 提供营销和计划业务的技术支持。 电力营销的主要任务是利用各种管理手段和技术手段开拓电力市场，并及时 收回电费。负荷控制管理系统不单是一个进行负荷监控与电能采集的实时系统， 而且具备很强的离线分析功能。不但可以提供负荷和电量的历史数据和实时数 据，而且可提供大量的数据分析结果，包括：日( 周、月、年) 的用户用电分析、 沈阳工业大学硕士学位论文 行业用电分析、分局用电分析、系统用电分析、线损分析等，并生成各种负荷曲 线和报表。分析用户的用电变化和负荷曲线，可以评估用户对用电合同的执行情 况，便于采取积极的措施引导用户经济合理地用电。负荷控制管理系统提供基础 数据和分析结果可以为营销业务提供有力的支持。系统控制的功能还可以直接用 于营业催费。 在负荷预测方面，东电的模拟市场机制中，要求在每月1 8 目前将本地区下 月负荷曲线及用电量，每日1 0 ：0 0 以前将次日用电计划曲线( 9 6 点值) 及各时段 电量以书面形式上报调通局，并规定日电量在1 0 0 0 万千瓦时及以上的单位，日 用电偏离计划值的10 9 6 ，则处以罚款。而多数供电局缺乏必要的技术手段和预报 依据，电量预测不准确，经常超过1 0 的误差。负荷控制管理系统由于信道覆盖 面大，工程费用低，具有独到的优势。如果能充分利用负荷控制管理系统收集的 数据和分析结果，情况可大大改善。 ( 6 ) 电力负荷控制管理系统的功能扩充与完善。 在最基本的负荷控制与监测、参数设置和数据分析等功能基础上，扩充了反 窃电监测、购电控、小电厂监控、远方抄表、负荷预测、电能质量监测、公用配 变监测、电能质量监测与居民抄表等在线功能。上述扩充功能是在电力大市场的 背景下提出的，具有很好的实用价值，其中大部分功能，如购电控、反窃电监测、 小电厂监控、远方抄表、负荷预测等已经得到广泛应用。 1 2 国内外研究现状 二十世纪五十年代，英国采用分散性定时开关进行负荷控制，欧洲大陆各国 则广泛地发展和应用了集中的音频控制技术。日本六十年代引进和研究负荷控制 技术，美国在第一次石油危机后开始发展负荷控制技术。电力负荷控制系统曾经 为缓解我国九十年代中期以前的电力供需矛盾起了关键性的作用。近年来，随着 国民经济的持续增长，社会用电量急剧增加，在部分省份又形成了新一轮的用电 供需矛盾。3 。负荷控制管理系统的远方控制、限电不拉路功能正起着越来越大的 作用。集中表现在如下方面： 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 由分散型向集中型转化。英国在多年应用分散型定时开关控制后，为提高运 用灵活性以及提高跟踪季节变化改变控制段人力资源的利用率，于1 9 7 9 年提出 了用广播无线电台发射控制信号的方案，并于1 9 8 5 年开始实施。 采用音频作为通信技术。为实现全面开展配电自动化和需求管理，电力公司 需要与多达几十万到几百万用户建立联系。如此大的用户群若通过无线电信道采 集数据，所需信道将很多，技术实现困难。因此，美国认为利用电力线本身传输 数据将是可行的方案。美国的研究和发展动向影响了日本和欧洲一些国家。 负荷控制系统功能多样化。负荷控制系统的功能由单一的控制功能转向全面 的需求管理和配电自动化，更加注重采集用户的用电数据，实现远方自动读表的 同时进行负荷控制。 本文正是结合这一国内外研究趋势而展开具体研究工作的，旨在基于传统的 负荷监视与控制基础，根据本地负荷管理需要，开发新型的适应本地区功能的电 力负荷的综合管理系统平台，形成一套直接深入电力用户的联络通道( 服务联络 通道) 。 1 3 本文主要研究工作 电力负荷控制管理系统作为一种对电力负荷进行全面管理的计算机监控系 统，其目的是保证电网安全经济运行，改善电网运行特性以及实施用电营业管理。 工程实际应用十分广泛，并发挥重要作用。 随着电力工业的发展，电力经济体制逐步向市场经济转轨。如何在电力网运 行销售的市场化改革中充分挖掘潜能、转向服务于用电管理。本文针对某市无线 电力负荷管理具体情况，建立了防窃电功能负荷控制管理系统平台。确定了负荷 管理控制系统数据管理模式：提出了功能扩展方案；实现了负荷管理与营销系统 的数据共享。 ( 1 ) 对电力负荷控制管理系统的相关理论进行了较系统研究。 ( 2 ) 分析比较电力负荷控制管理系统中无线、音频、载波、工频等几种控制 方式的组成、特点及应用。研究了无线电力负荷控制管理系统的构成及功能。 ( 3 ) 以某市无线电力负荷控制管理系统软硬件结构及功能为基础，针对目前 运行状况，提出系统功能扩展方案与技术实施策略。 一4 一 沈阳工业大学硕士学位论文 ( 4 ) 通过需求侧管理( d s m ) 分析，提出了基于d s m 和负荷控制管理终端串口通 信实现用户侧管理服务功能扩展手段，实现数据开放、电能质量监测和电费管理 功能。 ( 5 ) 从窃电手段及非人为计量异常现状出发，基于某市无线电力负荷控制管 理系统现状，提出在线防窃电方案，并对用电分析防窃电、防窃电装置及自动抄 表防窃电手段进行深入分析，提出有效的防窃电策略。 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 2 负荷控制系统研究理论基础 2 ，1 电力负荷控制方式 电力负荷控制主要目标是改善电网负荷曲线，使电力负荷均衡使用，从而提 高电网运行的经济性、安全性和提高电力投资效益。电力负荷控制方式分为两大 类：一类为“间接控制方式”，是从电力工业发展开始，直到现在仍在使用的控 制方式，是通过一定的行政或立法手段，发布电价政策、用电法规等，用经济措 施约束控制用户的用电情况；另一类为“直接控制方式”，该方式又分为“分散 型控制”和“集中型控制”两种。国外直接电力负荷控制是在用户自愿并确实有 控制效果的情况下，在用户端通过技术措施，对用户用电进行直接的控制，包括： 用电量控制、最大负荷使用量控制及电力电量使用时间的控制。 直接控制的分散型电力负荷控制是指在用户侧安装不同功能的控制装置，分 别控制用户的用电量、最大负荷和用电时间，独立发挥各自控制作用，如带时钟 的定时开关和电力定量器等分散型电力负荷控制装置。直接控制的集中型电力负 荷控制是指中央控制机通过通道设备将控制指令传送到安装在用户端的接收装 置，直接控制用户的用电设备控制系统。 相对分散型负荷控制装置来说，集中型负荷控制装置运用更灵活，更能适应 发电能力变化和用电负荷变化的要求。此外，集中型电力负荷控制系统的功能易 于扩充、维护和管理，可实现配电自动化管理。所以，集中型电力负荷控制系统 是实现现代化负荷控制管理和配电自动化的重要手段。 按信号传输方式分类。集中型负荷控制装置分为：无线电力负荷控制方式及 音频、载波和工频电力负荷控制。此外，有的国家和地区还复用电话线路等公共 网络通信系统传输控制指令，如电话、g s m 等。 ( 1 ) 无线电力负荷控制系统 控制系统采用无线电波作为传输控制命令通道，控制中心通过无线电台与中 转台，执行台交换信息，向大中小各用户发送各种负荷控制指令，控制用户用电 设备的控制系统，实现负荷自动控制。 ( 2 ) 音频电力负荷控制系统 一6 一 沈阳工业大学硕士学位论文 在系统内每个变电站装设一台载波式音频信号发射机，一台工作站控制机 和一套信号耦合装置。工作站控制机接收来自调度中心的负荷控制命令，转接到 载波式音频信号发射机，发射机再把此命令变成大功率的控制信号。再经过偶合， 到1 0 k v 母线上，实现载波( 音频) 控制信号叠加到配电网上，并传输到用户侧。 电力负荷监控终端在用户侧，它从电源中检出控制信号，据此完成相应的操作功 能。 ( 3 ) 载波电力负荷控制 载波电力负荷控制技术的基本原理类似音频电力负荷控制技术。传统的载波 通信是把载波信号偶合到高压线的某一相上，经高压线传送，对方亦从同一相的 电压线上检出此载波信号，实现一对一的远方通信。而载波负荷控制技术是把调 制到1 0 k h z 左右频率的控制信号偶合到配电网的1 0 k v 或3 5 k v 母线上，并随配电 网传输到位于电网末端的低压侧。载波负荷控制接收机从2 2 0 v 电源中检出此控 制信号，完成相应控制命令。载波电力负荷控制系统能直接控制到千家万户。 ( 4 ) 工频电力负荷控制 要求在每个变电站装一台工频信号发射机。其基本原理是根据调度中心发来 的控制信号，经工频控制信号发射机低压侧5 0 h z 电源周期的2 5 左右处产生一 个畸变，该畸变信号返送到1 0 k v 侧，再传输给该变电站的低压侧。被控终端从 2 2 0 v ，5 0 h z 电源中检出该畸变信号，完成负荷控制功能。 上述电力负荷监控系统，从可靠性上分析，音频和载波控制系统的设备及控 制信号传输、抗干扰性均优于无线电力负荷监控系统，被控终端机的价格也只为 无线电力负荷监控终端的2 5 左右，只是安装在变电站中的音频、载波信号发射 机的价格较贵些。从整个电力网考虑，在大中城市，负荷密度较大的地区，宜采 用音频或载波电力负荷控制装置，以得到较高的可靠性，经济上也较为理想。在 负荷密度较小的平原地区，宜用无线电力负荷控制装置，相对投资少，组网也方 便些。工频电力负荷控制，由于利用电源波的特定位置发生畸变作为信号，所以 对原电源波形要求较高，否则难以鉴别真伪信号。同时，由于应用元器件的限制， 目前每台工频控制信号发生器控制负荷面积小，所以，工频负荷控制装置宜在农 村等负荷密度较小、电源波形较好的地区使用。 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 2 1 ，1 无线电力负荷控制 电力负荷控制通过对各用电负荷的有效管理，降低电网峰谷差，提高负荷率， 缓解电力供需矛盾，从而实现电网安全运行。上世纪3 0 年代至今负荷控制技术 的发展，各种形式的电力负荷控制系统都已问世。 现阶段我国电力负荷控制系统的信息传输大多采用v h f 无线信道。主要原因 是： ( 1 ) 我国是发展中国家，幅员辽阔，负荷密度小，而且目前控制的对象还主 要是数量相对不多的工业用户，无线电控制具有投资少、组建网络方便的明显优 势； ( 2 ) 由于计划用电和用电管理需要双向信息的传输，音频系统不能满足，而 载波传输技术不如无线传输技术成熟； ( 3 ) 要适应我国电网结构的电压分级，使音频注入点能够控制数量较大的接 收机，使音频控制在与无线电控制方式的总体价格上。 2 1 2 无线电力负荷控制系统构成 无线电力负荷控制系统由主站和终端两部分组成。终端安装在用电用户方， 主站设在负荷控制中心，主站与终端通过无线电通信，用户终端根据其功能不同， 可分为双向终端和单向终端，单向终端又可分为遥控定量器终端和单向遥控开关 终端等。无线电力负荷控制管理系统结构如图2 1 所示。 沈阳工业大学硕士学位论文 甲卑草 信道 信道信道 信道 图2 1 无线电负荷控制管理系统结构 f i g2 1s 衄i c 嘛o f w i r c i 髓sl dm a l l a g e m c i l ts y s 锄n 主站作为电力负荷控制系统运行和管理的指挥中心，其功能主要包括通信管 理、系统控制和信息管理。通信管理功能，是指通过前置机的多任务能力并行的 相对独立地管理信道，包括切换主备信道、转换各种规约、管理网络实时通信。 系统控制功能是指对系统的所有终端实现统一管理、控制，汇集终端各种数据， 发布各种控制命令和控制参数。信息管理功能是指通过网络数据操作系统。应用 程序和前端工具对各种信息数据进行处理、管理和交换。1 。 主站由无线收发信机、通信控制器( 可选择) 、主机、电源组成。主站完成 对各终端参数设置、数据采集、数据处理、控制、通话和系统管理等工作。数据 采集完成采集终端的实时数据( 功率、用电量、开关状态、控制状态) ，历史数据、 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 远方抄表数据( 电量止码、上月电量止码) 和终端实时状态。数据处理完成显示各 种实时数据及历史数据，输出各种报表、曲线并提供打印。控制完成电量控制、 功率控制、拉合闸、比例限电四种限电方法。系统管理完成各终端用户的档案资 料，用户的增加、删除及修改，定时任务的制作“1 。因此系统对各终端用户的用 电信息全部汇总到主站。主站利用这些信息对负荷进行动态管理。根据系统规模 大小及通道复杂程度，又分单机系统、双向系统及网络系统三种主站结构，根据 电力负荷控制装置安装管理的要求，电力负荷控制装置所监测的用电负荷必须达 到占本地区总负荷的7 0 以上，其系统的控制能力应能限下占地区总负荷的1 5 以上，对供电负荷关口处应全部装用电力负荷控制装置。因此，无线电力负荷控 制系统对本地区供电负荷具有监测能力，对绝大部分用电负荷具有监测、监控能 力。系统的这些功能给电力营销现代化管理提供了必备的条件。 2 1 3 无线电力负荷控制系统功能 无线电力负荷控制系统的运行为安全用电、节约用电、计划用电提供了现代 化管理条件，为营业管理提供了极大的帮助。通过系统实时监控每条线路上的负 荷运行情况，及时发现并处理不安全因素，使配电网安全运行”1 。 ( 1 ) 系统的实时监控功能使电力负荷、电量分配计划能具体执行，谁超限谁、 限电到户、减少电网拉闸次数，保证供电可靠性，更有效的实行计划用电。 ( 2 ) 通过系统的监测功能，及时发现线损异常情况，提供线路检修计划。通 过负荷控制管理，使电网线损减小，有效的节约用电。 ( 3 ) 通过系统对负荷的动态管理，提高供用电量。某些企业因故障临时停电 检修，所剩负荷可及时提供给急需用电负荷的企业，既多供电，又解决了部分企 业的用电需要，使有限能源得到了充分利用。 ( 4 ) 系统的远方抄表功能为减少营业抄表人员，提高工作效率创造了条件。 ( 5 ) 系统的监测功能可及时发现用户的计量表计异常，避免用电量损失。 ( 6 ) 系统的实时负荷数据为报装提供必要数据。 沈阳工业大学硕士学位论文 2 2 数据管理模式 2 2 1 集中式数据管理模式 集中数据管理模式是本文推荐的方式，它是由市公司统一管理市及下属各区 县负荷控制管理系统中的数据，在区县公司中不再设立服务器，考虑到负荷控制 管理系统的通信情况，在区县公司可设置前置机和操作工作站，主站系统的管理 全部由市公司负责。此管理模式的基础是在市和县公司之间要有可靠的通信链 路，同时对市公司的服务器配置要求较高。这种管理模式在银行、保险等领域普 遍采用，同时在近期以全省范围进行负荷管理或信息系统建设也普遍采用这种数 据管理模式。此模式是“数据集中、应用分布”的方式，优势在于在主站建设的 总体投资方面最为经济，而且有利于负荷管理工作的规范；其实现形式相对简单， 数据共享程度高，克服了县公司缺少相应人员对系统维护的困难，同时这种模式 有利于数据的深层次挖掘和高层应用。 2 2 2 分层集中式数据管理模式 此据管理模式在市公司和区县公司中分别设立服务器来管理相应系统中的 数据，反映区县公司系统中的整体数据定期同步到市公司中，以便市公司对全地 区负荷控制管理系统信息的掌握。此模式多数应用在对已运行系统的改造，建设 上层分析系统，系统的信息实时性和可靠性受到一定影响。 2 2 3 分布式数据管理模式 此模式是在市和县公司中分别设立服务器和负荷控制管理中心，分别管理和 维护各自的系统。由于这种运行模式存在的固有缺陷，存在一些管理上的不足， 如系统建设硬件投资较大、不利于全省管理模式的统一以及系统的高层应用，系 统的维护成本较高。 2 3 参数设计 2 3 1 系统数据传输规约 电力负荷控制系统规约规定了主控站与用户站进行数据传输的桢格式、数据 编码及传输规则。叫。 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 表2 1 基本桢格式 t a b 2 1b a s j cf o 舢to f 忙f o 衄 序号 基本桢格式 通信单元报头 控制单元报头 数据区 校验 结束码 桢格式规约定义了两种桢格式，即固定桢格式和可变桢格式，采用不同起始 字符，如表2 1 表2 3 所示。 表2 2 固定桢格式 t a b ，2 2f i x e df o 眦a to f n t ef o n n 沈阳工业大学硕士学位论文 通信单元报头 数据区 效验区 结束码 l p 信息数据长度l l p l 重发 ll0 110 1o o o o lp 地址码a p 地址码b p 地址码c 1 p 地址码c 2 p 控制命令d a l p 控制命令d a 2 1p 后数据类型d t p p 数据区 lp lp 效验码 l1o o o10l 1oo 控制字报头 桢校验 结束字符( 1 6 h ) 结束码( 1 6 h ) 2 3 2 桢传输规则 发送信息之前，先发送连续空闲二进制“1 ”，长度不少于1 1 个，使接受机 作好稳定接受准备。桢间至少要输入3 3 个空闲位。效验码由信息数据位组( 固 定桢则由控制单元报头和数据位组组成) 相加和舍去8 位以上进位位形成n 町。 2 3 3 最长数据流确定 根据工程无线信道质量指标要求： ( 1 ) 比特误码率小于1 0 ： ( 2 ) 无线数据网内取通信概率为9 8 ； ( 3 ) 无线数据网内允许传输最长数据流( d s ) 应满足下式： ( 1 2 1 0 4 ) d s = 9 8 ( 2 1 ) 2 3 4 5 6 7 8 9 m n他”m：2埔 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 珊：窖煞：1 0 1 0 ( b i t ) ( 2 2 ) l o g ( 1 2 1 0 。) 、。 ( 4 ) 若数据流长度超过l o l o ( b i t ) ，通信概率指标就满足不了9 8 的要求， 若提高数据流长度就会降低误码率。 2 3 4 系统数据流计算 下行数据传输最长的数据流是广播对时和系统参数设置，这些数据流都小于 1 0 1 0 b i t 。能满足通信概率9 8 的指标“”。上行数据( 用户送往中心站的数据) 最长数据流是一次把所有数据( 现形的数据) 都送上去，根据数据采集精度要求 ( 1 5 ) ，有效数据位应为三位和一位权值位，一种数据需2 个字节，对一路 进线用户来说，各种数据字节如下： ( 1 ) 电流：2 字节 ( 2 ) 电压：2 字节 ( 3 ) 有功功率：2 字节 ( 4 ) 无功功率：2 字节 ( 5 ) 最大需量：3 字节 ( 6 ) 功率因数：2 字节 ( 7 ) 主变温度：2 字节 ( 8 ) 状态量：1 字节 ( 9 ) 有功电量：9 字节( 峰谷平三个数值) ( 1 0 ) 无功电量：9 字节 ( 1 1 ) 电压上偏时间：3 字节 ( 1 2 ) 电压下偏时间：3 字节 ( 1 3 ) 时钟：4 字节 ( 1 4 ) 通信报头：4 字节 ( 1 5 ) 控制报头：6 字节 ( 1 6 ) 桢效验：1 字节 ( 1 7 ) 结束码：l 字节 共5 6 字节，数据流长度： 沈阳工业大学硕士学位论文 d 呵1 = 1 1 ( 5 6 2 一1 2 ) = 1 l o o ( b “) ( 2 3 ) 上行可变桢( 用户送往中心站的数据) 最长是一次把所有的数据都送上去。 对一路进线数据流( 傩1 ) 为： d s l = 6 1 6 + 3 3 = 6 4 9 ( b i t ) 对二路进线数据流长度( 傩2 ) 为： 硝2 = 1 1 0 0 + 3 3 = 1 1 3 3 ( b i t ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 系统传输数据采用问答方式工作，中心站向用户召唤数据使用固定桢只有9 个字节，只考虑上行数据流所以每次向用户召唤数据时最低成功概率为： 【，= ( 1 2 x l o 。) 6 4 9 = 9 8 7 i ( 2 6 ) 对于二路进线用户召唤数据时最低通信成功概率为： u = 6 2 1 0 一5 ) 1 1 3 3 = 9 7 7 6 ( 2 7 ) 通信误码率必须低于2 1 0 一，最高为1 7 1 0 一。 防窃电功能负荷控制管理系统虑用研究 3 负荷控制管理系统的构建与应用 二十世纪九十年代以后，曾经十分尖锐的电力供需矛盾随着电能供需总量的 基本平衡而有所缓和，但用电负荷率大幅降低，峰谷差很大，高峰电力紧缺的矛 盾依然存在，发电调峰成本增加，电网经济运行面临新的挑战。2 0 0 6 年某地区 最高负荷已达3 1 万千瓦，最大峰谷差1 3 7 万千瓦，电力企业采用先进技术手段 管理负荷均衡需求，进而提高营销网络的现代化管理水平以适应电网改革与发 展，满足社会需要。 电力负荷控制管理系统经过多年的发展，其主要职能己逐步从控制转变成控 制与管理相融合。在新形势下，管理则显得更为重要。系统中积聚的大量用户用 电实时数据，已成为众多部门管理和决策必不可少的依据，这就要求负荷控制管 理系统成为一个以信息共享为主的“综合”系统。传统的串口通信方式在实际应 用中，速率、容量己经不能满足日益增长的各生产、管理部门的需要，且图形的 传输也受到限制。不同用途信息的传输往往采用不同的通信协议，数据的查询需 要一种适用于各种类型数据的标准协议。随着电力企业向市场化发展和国家对城 市电网改造步伐的加快，电力迫切要求实时信息能够实现网络级共享，向网络互 联方向发展。 3 1 负荷控制管理系统结构 某市供电公司负荷控制管理系统的整体网络拓扑示意如图3 1 所示。给出了 软件系统的总体逻辑组成，以及组成系统的主要部分，通过系统不同配置，可形 成省级系统、市级系统、县级系统。 图3 1 系统的逻辑组成主要包括：前置通信系统、系统基础应用和系统高层 应用系统、与外部系统的接口系统、数据存储、系统管理等几个主要部分。总体 上在设计思想上采用了软总线和分层模块化的思想，系统各组成部分之间保证相 对的独立性，各组成部分的变化和修改不会引起其它部分的变化，保证了系统具 有较高的扩展性。 沈阳工业大学硕士学位论文 图3 1 逻辑示意图 f i g 3 1l o 百c 虻h e m a t i cd i a 粤锄 3 1 1 前置通信系统 前置机系统是整个系统最关键的组成部分之一，主要完成与通信和规约解释 相关的处理逻辑，要求系统具有处理处理大规模并发事物的能力，同时能够兼容 多种通信方式和多种通信规约1 ，其各主要组成部分包括： ( 1 ) 通信适配实体 它是用于完成信道适配的功能实体，具有较好的扩展性，已包含的通信适配 层协议有：2 3 0 m 无线电台、手机短消息、中国移动的c m p p 短消息协议、电话信 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 道的标准调制解器、中国移动的电路交换数据业务、中国移动g p r s 系统、采用 t c p i p 协议的网络等。 ( 2 ) 通信调度实体 负责调度各通信信道，使所有对通信信道的占有、使用过程协调一致。 ( 3 ) 应用规约映射实体 结构上是一个独立于前置通信系统外的功能实体，它在应用规约与规约无关 业务数据库间进行双向数据转换、处理，可通过扩充应用规约映射实体来实现对 新的应用规约的支持。 ( 4 ) 通信服务实体 对外提供通信服务的功能实体，后台、规约无关的数据采集功能实体都使用 该实体实现与终端间的通信。 ( 5 ) 规约无关的数据采集功能实体 它是支持前置通信系统独立的数据采集所必不可少的功能组成部分，用于提 供灵活并可定制的采集方案。 3 1 2 系统基础应用及高级应用 该层和前置通信系统之间保持相对的独立，通过网络命令和接口信息库进行 通信，由于基础应用和高层应用随业务需求发生的变化，不会引起前置通信系统 的变化，从而保证了前置通信系统的稳定性。该层基于数据库系统，面向业务应 用，只关心业务应用处理逻辑。 ( 1 ) 系统的基础应用 主要面向负荷控制管理系统的采集和监控应用，业务主要涉及县、市、省负 荷控制管理中心和全省特大客户监控工作站。 ( 2 ) 系统的高级应用 该层主要基于基础应用层采集的基础信息，经过二次处理后，提供高层的分 析和应用，主要面向营销管理的其他部门，如负荷预测、用电异常分析、地区、 行业等电量负荷的综合分析比较等。 沈阳工业大学硕士学位论文 3 1 3 与外部系统接口 负荷控制管理系统与其它系统的信息共享采用三种方式“”a p i 接口方式、网 络s o c k e t 方式、信息发布w e b 方式。 ( 1 ) a p i 接口方式 系统提供了针对不同系统数据类访问的a p i 接口函数，用于实现其它系统 ( 营销系统、客户服务系统、调度系统等) 通过调用这些函数对负荷控制管理系 统数据的间接访问和进一步数据加工。这种方式避免了其它系统对数据库直接访 问带来的安全隐患，保证了系统的安全性。 ( 2 ) s o c k e t 方式 目前已有的负荷控制管理系统提供了用户侧设备和供电公司之间的通信链 路，考虑到系统的扩展性，即以后其它系统( 如用户抄表系统) 可能会使用这一 通信资源，在前置机系统中具有对网络命令的透明转发功能。 ( 3 ) w e b 方式 基于系统的基础信息和历史信息，实现信息的发布，供相关部门和人员对负 荷控制管理信息的使用。 3 1 4 系统管理 主要用于实现负荷控制管理系统整体的管理，包括权限管理、系统公共信息 的管理、日志管理、关键进程的监控管理等。 3 1 5 数据存储 系统的数据存储主要分为三类，即基础档案信息、实时信息、历史信息。 3 2 负荷控制管理系统应用实例 供电分公司系统只设置前置机和应用工作站，与传统的分布式管理模式不 同，它不再设置数据库服务器，其数据的管理由市级公司统一管理。其中前置机 实现设备信息的采集和通信资源的管理，它可由市公司系统进行远程维护和参数 设置等维护工作；同时也可通过市级系统的授权，由县级系统完成相应的维护工 作。其工作站完成终端设备资源信息的采集、监控、和数据的综合应用。 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 供电公司主站系统实现本地区、市用户信息的采集、监控、综合分析和业务 应用，由于采用数据的集中式管理模式，本地区、市及下属各县采集监控信息由 地市级服务器统一管理和维护，在供电公司系统中实现与营销信息系统、调度系 统、配网自动化系统、负荷预测系统等的无缝连接。 本文以某供电公司负荷应用现状采用统一的数据库结构，通过数据库的同步 复制机制，将各市公司数据库信息及其变化及时复制到省公司，实现省公司对全 省负荷信息的综合分析和全省负荷控制管理系统运行情况进行考核和评估，整体 拓扑结构见图3 2 。 图3 2 整体网络拓扑 f i g3 2s 虮i c t i l 地o f n e 铆o r l 【t o p 0 1 0 9 y 沈阳工业大学硕士学位论文 3 2 1 主站管理模式 主站对终端用户的数据召测通过电台实现数据链路的连接，通话功能的实现 是通过主站软命令的方式控制电台的发射，通过的话音信号通过模拟口传送，话 音链路的连接通过拨号振铃实现。智能m o d e m 对电台的r s s i 信号进行监测， 达到场强测试功能，终端有各自的终端地址，各模块间接口如图3 3 所示。 图3 3 各模块间接口 f i g 3 3h l 锄h c eo f m o d u l 牡 3 2 2 系统安全性 系统的安全性对影响系统的可用性，保证系统的正常运行具有重要作用。系 统的安全性主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 基于网络硬件，用防火墙为h l 仃锄c t 提供保护 防火墙是由软件和硬件设备组合而成的一个系统或一组系统，通过对防火墙 安全规则的设置来实现对于内部网络的保护。目前实现防火墙的技术主要包括四 大类：网络级防火墙( 也叫包过滤型防火墙) 、应用级网关、电路级网关和规则 检查防火墙。它们之间各有所长，要根据实际情况确定具体使用哪一种或是否混 一 防窃电功能负荷控制管理系统应用研究 合使用。某市供电公司防火墙的配置由信息中心负责，采用的是美国s y n l a n t e c 的防火墙技术。 ( 2 ) 网络反病毒 一方面，对本系统内的各个入网结点及互