（计算机应用技术专业论文）电力负荷管理系统的研究与实现.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 随着国民经济的高速发展，负荷快速增长，对用电负荷的管理和控制在 电网调度中的作用越来越重要。目前，电力负荷管理系统已经得到广泛的应 用，并取得良好的效果。在此基础上，扩展系统功能，提高数据应用水平， 成为负荷管理系统下一步发展的方向。本文提出了着重于数据应用的，充分 实现系统功能扩展和数据资源共享的负荷管理系统，并详细介绍了系统的功 能、设计与实现。 本文首先介绍了负荷管理系统的系统结构，然后从分析系统功能扩展的 需求入手，进行了负荷数据应用规划，并建立了丌放式用户信息系统，最后 完成了电量电费管理、电能质量监测和防窃电分析等功能模块的设计实现。 关键词：负荷管理系统，需求侧管理，数据应用规划 a b s t r a c t w i t ht h eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y , p o w e rl o a di n c r e a s e sf a s t t h ec o n t r o la n dm a n a g e m e n to fp o w e rl o a di nd i s p a t c h i n go fg r i db e c o m e sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t a tp r e s e n t ，t h el o a dm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e na l r e a d yw i d e l y u s e d ，a n dm a k e sg o o dr e s u l t o nt h i sb a s i s ，t oe x p a n dt h es y s t e mf u n c t i o na n d i m p r o v et h ea p p l i c a t i o n l e v e lo ft h ed a t a ，b e c o m e st h ed i r e c t i o no f s y s t e m d e v e l o p m e n t i nt h i sp a p e r , an e w l o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi sp r o p o s e d ，f o c u s i n go n d a t aa p p l i c a t i o n ，a sw e l la sf u n c t i o ne x p a n d i n ga n dd a t ar e s o u r c es h a r i n g a l s o ，t h e d e s i g n i n ga n dr e a l i z i n go f t h es y s t e ma r ei n t r o d u c e di nd e t a i l t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h es y s t e ms t r u c t u r eo fl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m ， a n dt h e na n a l y z e st h ed e m a n do f s y s t e mf u n c t i o ne x p a n d i n g a sar e s u l t ，ap o w e rl o a d d a t aa p p l i c a t i o np l a na n da l lo p e nc u s t o m e ri n f o r m a t i o ns y s t e ma r ee s t a b l i s h e d a tt h e e n d ，i tf i n i s h e dt h ed e s i g no ft h ef u n c t i o nm o d u l e si n c l u d i n ge l e c t r i cp o w e rf e e m a n a g e m e n t ，e l e c t r i cp o w e rq u a t i t ym o n i t o ra n de l e c t r i c i t yl a r c e n ya n a l y s i s d o n gg a o y u a n ( c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f iw uk e h e k e yw o r d s ：l o a dm a n a g e m e n t s y s t e m ，d e m a n d s i d e m a n a g e m e n t ，d a t a a p p l i c a t i o np l a n 2 华北电力大学硕士学位论文 摘要 随着国民经济的高速发展，负荷快速增长，对用电负荷的管理和控制在 电网调度中的作用越来越重要。目前，电力负荷管理系统已经得到广泛的应 用，并取得良好的效果。在此基础上，扩展系统功能，提高数据应用水平， 成为负荷管理系统下一步发展的方向。本文提出了着重于数据应用的，充分 实现系统功能扩展和数据资源共享的负荷管理系统，并详细介绍了系统的功 能、设计与实现。 本文首先介绍了负荷管理系统的系统结构，然后从分析系统功能扩展的 需求入手，进行了负荷数据应用规划，并建立了丌放式用户信息系统，最后 完成了电量电费管理、电能质量监测和防窃电分析等功能模块的设计实现。 关键词：负荷管理系统，需求侧管理，数据应用规划 a b s t r a c t w i t ht h eh i g h - s p e e dd e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y , p o w e rl o a di n c r e a s e sf a s t t h ec o n t r o la n dm a n a g e m e n to fp o w e rl o a di nd i s p a t c h i n go f 鲥db e c o m e sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t a tp r e s e n t ，t h el o a dm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e na l r e a d yw i d e l y u s e d ，a n dm a k e sg o o dr e s u l t o nt h i sb a s i s ，t oe x p a n dt h es y s t e mf u n c t i o na n d i m p r o v e t h ea p p l i c a t i o nl e v e lo ft h ed a t a ，b e c o m e st h ed i r e c t i o no f s y s t e m d e v e l o p m e n t i nt h i sp a p e r , an e wl o a dm a n a g e m e n ts y s t e mi sp r o p o s e d ，f o c u s i n go n d a t aa p p l i c a t i o n ，a sw e l la sf u n c t i o ne x p a n d i n ga n dd a t ar e s o u r c es h a r i n g a l s o ，t h e d e s i g n i n ga n dr e a l i z i n go f t h es y s t e ma r ei n t r o d u c e di nd e t a i l t h ep a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h es y s t e ms t r u c t u r eo fl o a dm a n a g e m e n ts y s t e m ， a n dt h e na n a l y z e st h ed e m a n do fs y s t e mf u n c t i o ne x p a n d i n g a sar e s u l t ，ap o w e rl o a d d a t aa p p l i c a t i o n p l a na n d a l lo p e nc u s t o m e ri n f o r m a t i o ns y s t e ma r ee s t a b l i s h e d a tt h e e n d ，i tf i n i s h e dt h ed e s i g no ft h ef u n c t i o nm o d u l e si n c l u d i n ge l e c t r i cp o w e rf e e m a n a g e m e n t ，e l e c t r i cp o w e rq u a l i t ym o n i t o ra n de l e c t r i c i t yl a r c e n ya n a l y s i s d o n gg a o y u a n ( c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f iw uk e h e k e yw o r d s ：l o a dm a n a g e m e n ts y s t e m ，d e m a n ds i d e m a n a g e m e n t ，d a t a a p p l i c a t i o np l a n 2 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力负荷管理系统的研究与实现， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而 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作了明确的 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：董壶西： 日 期：丝! ! ：兰：! 坚 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 查亟函： 地：! ! 坚 导师签名：差复查 日期：2 丝：t 乡 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文选题的意义 第一章引言 对用电负荷的管理和控制，可以有效的改善负荷曲线形状，使负荷曲线 趋于平坦，减少峰谷差，实现电力负荷在一定时空的最佳分布，提高用户和 电网的负荷率，从而提高发、供、用电设备的利用率，达到电网的安全和经 济运行，提高投资效益，对发电、供电和用电以及整个社会都有很大好处。 随着国民经济的高速发展，负荷快速增长，对用电负荷的管理和控制在电网 调度中的作用越来越重要，所以，设计开发出能保证其顺利实施的软件系统 也日显重要。 1 1 1 建设电力负荷管理系统的意义 电力负荷管理系统是运用通信技术、计算机技术、自动控制技术对电力 负荷进行监控、管理的综合管理信息系统。负荷管理系统的广泛应用是电力 企业自动化技术发展的趋势，对当前电力企业的生产经营具有十分重要的意 义。 1 、对电力生产的意义 需求侧管理( 简称d s m ) 是目前国际上推行的一种先进的资源规划方法和管 理技术。电力需求侧管理是电力企业利用科学、合理、有效的技术措施和运营策 略，在用户的参与下，对负荷曲线进行改善，达到合理利用电能资源，提高用电 效率的目的，使节约与发展并行，实现战略节电和战略负荷增长，最终实现电力 企业和用户的共同利益。 电力负荷管理系统可从电力需求侧管理的角度进行削峰填谷，限电不拉 闸，减少基建投资，减少机组启停调峰造成的损失。此外可进行配电线路负 荷率调整，可对地方电厂和上网的企业自备电厂发电进行必要的监控。 2 、对电力经营的意义 电力负荷管理系统对电力客户可进行实时监控，如监视客户用电的变 化，对欠费客户报警及进行有效的停、限电控制，对客户的各时段用电情况 进行计量等。同时也可自动监测和记录客户窃电情况，实现预售电的运营方 式，可从根本上解决收费难和欠费问题，实现远方抄表，进行用电预测分析。 为电力营销环节实现自动化、网络化管理，奠定基础。 华北电力大学硕士学位论文 3 、对供用电秩序的意义 利用电力负荷集中控制的手段，配合法律和经济的措施，把用电管理深 入到户，建立正常的供用电秩序。 1 1 2 电力负荷管理的效益 对用电负荷进行有效的管理和控制可改善负荷曲线，提高发供电设备的 利用率，可防止拉闸限电，避免影响社会生产和生活。负荷管理的效益主要 体现在以下几方面【1 1 ： l 、对客户的效益 ( 1 ) 防止拉闸限电，便于安排生产： ( 2 ) 实行需量控制和实行分时电价，使客户受益； ( 3 ) 提高客户的用电水平。 2 、对发电的经济效益 ( 1 ) 协助解决调峰问题： ( 2 ) 有利于提高发电经济性和安全性； ( 3 ) 负荷曲线平稳可以多发电。 3 、对供电的经济效益 ( 1 ) 降低购电费用。负荷管理可以降低地区电网的最大需量，从而降 低地区电网向大电网购电的费用。 ( 2 ) 降低线损。由于线路损失与负荷的平方成正比，控制了峰荷，提 高了负荷率，使最火负荷下降，将能降低供电系统的损耗，提高供电量。 ( 3 ) 可以开展配电自动化。配电自动化是建立在配电设备和信道基础 上，由于开展负荷管理必然要建立这种信道，所以负荷管理也为配电自动化 奠定了基础。 1 2 电力负荷管理系统发展 1 2 1 国外负荷管理的发展情况 电力负荷控制技术首先是在欧洲得到广泛的应用。英国2 0 世纪3 0 年代 就开始音频电力负荷控制技术的研究，第二次世界大战后，这种音频电力负 荷控制技术在法国、原西德、瑞士等国家得到大量的使用。日本从6 0 年代 丌始研究电力负荷控制技术，从欧洲引进制造技术，到7 0 年代已广泛安装使 2 华北电力大学硕士学位论文 用了音频脉冲控制装鹭，美国从7 0 年代开始重视电力负荷控制技术的发展， 不仅从西欧引进了音频电力负荷控制系统设备的制造技术，而且着手研究和 发展无线电力负荷控制技术。目前世界上已经有许多国家使用了各种不同类 型的电力负荷控制系统”】。 发达国家使用电力负荷控制装置，已有六十多年的历史，是在不缺电的 情况下发展起来的。目前国际上已有几十个国家采用了电力负荷控制技术， 安装使用的终端己有几千万台，控制的总负荷约占世界发电总装机容量的 1 0 以上。电力负荷控制技术在国际上已成为一项具有大量使用经验的成熟 的实用技术。发达国家使用这项技术主要目的是改善电网负荷曲线，削峰填 谷，提高电网运行的经济性、安全性和发电设备投资的效益，推迟电力设施 的建设投资。国外正把注意力从一般的负荷控制转向配电自动化、需求侧管 理和对电力市场的技术支持。 1 2 2 国内负荷管理的发展过程 我国从1 9 7 7 年底开始了电力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分 为几个阶段。【2 1 1 9 7 7 年1 9 8 b 年为探索阶段。研究了国外电力负荷控制技术 所采用的各种方法，并自行研制了音频、电力线载波和无线电控制等多种装 置，同时由国外引进一批音频控制设备安装在北京、上海、沈阳等地。1 9 8 7 1 9 8 9 年为有组织的试点阶段。主要试点开发国产的音频和无线电负荷控制系 统，分别在济南、石家庄、南通和郑州安装使用，都获得了成功。在试点成功 的基础上，1 9 8 9 年底在郑州召开了全国计划用电会议，要求首先在全国直辖 市、省会城市和主要开放城市重点推广应用，然后在所有地( 市) 级城市中 全面推广。1 9 9 0 1 9 9 7 年是全面推广应用的阶段。经过7 年多的努力，全因 已有近2 0 0 个地( 市) 级城市供电系统规模不等地建立了负荷控制系统，还 有部分县级城市也开展了这项工作。这些系统普遍采用了无线电作为组网信 道，有些系统部分采用了音频或电力线载波，也有采用分散性装置来补充无 线电信道达不到地用户的控制。1 9 9 5 年7 月，重庆市首先通过了电力部组织 的负荷控制实用化达标验收，同年1 2 月，烟台和郑州也通过了电力部组织 的正式验收；1 9 9 7 年，又有绍兴、合肥、武汉、福州、张家1 ：3 等五城市也相 继通过了电力部实用化达标验收。这标志着我国负荷控制的推广应用工作进 入了一个新的阶段。电力负荷控制设备的投入运行，使各地区的负荷曲线有 了很好的改善。1 9 9 7 年以后的电力负荷控制系统从单一控制转向管理应用的 发展阶段。 随着电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转向了建立 华北电力大学硕士学位论文 正常的供电秩序、保障电网安全、营配管理等方面。系统增加了用电管理的 功能，包括用电信息管理、远程抄表、用电信息服务等功能。这些扩展的功 能，提高了电力负荷控制系统的经济价值和生命力。在系统的数据处理方面 也打破了以f j 的局限性，扩展了网络功能。为了更确切地表述这个系统，电 力负荷控制系统遂更名为电力负荷管理系统。目前，电力负荷管理中心可以 通过数据库和网桥与不同的系统网络联结，将负荷管理系统的大量数据信息 送到电力系统的管理网、调度网、营业网等，对于电网管理的科学化和现代 化，都是不可或缺的。 1 2 3 电力负荷管理系统发展趋势 负荷管理技术在全国已处在实用化和较完善阶段，下一步将大力发展配 网自动化、远方抄表、用电负荷综合管理等，很多工作直接深入千家万户。 随着用户数量和需要传输的用电参数的增加，要不断地提高整个系统的可靠 性和抗干扰能力，开发新的功能，以适应若干年后新形势的挑战。 1 、系统在电网中的发展前景 电力负荷管理系统为电力系统负荷预测提供了科学数据，为制定电力系 统规划设计和电力生产计划提供决策依据。科学的预测是正确决策的保证， 在电力系统中，新建电源的布局、电网发展建设、输配电设备的安装容量、 设备类型、投产时间、检修安排等都与电力负荷的发展与变化有关，所以掌 握电力负荷的发展趋势与变化规律，可为电力系统发展建设的正确决策提供 可靠的依据。 2 、系统在配电网中的发展前景 供配电系统是电力系统的一个重要组成部分，规模较电力系统小，处于 电网末端，通常含有大量负荷分支。采用电力负荷管理系统可实现以下功能： ( 1 ) 切换可延移的负荷来削减峰负荷； ( 2 ) 控制多费率表作每日不同时段的电能计量； ( 3 ) 控制电容器组的切换，改善功率因数； ( 4 ) 控制变压器抽头的变化，以改善电压调整率； ( 5 ) 进行负荷潮流分布计算，优化配网配置，降低损耗； ( 6 ) 控制继电器的设定等。 3 、系统在用电管理工作中的发展前景 充分利用电力负荷管理功能，采用当地闭环控制，实行先购电后用电， 预收电费营业管理制度。在当前电费回收困难的情况下，利用电力负荷管理 系统的遥控功能对长期拖欠电费的客户进行限电，减小全停催收电费对客户 4 华北电力大学硕士学位论文 造成的经济损失，缓解电费回收中的矛盾和冲突，达到催收电费目的。电力 负荷管理系统数据与本供电局广域网联接实现资源共享。用电营业人员和领 导决策可随时调用负荷管理系统的用户用电信息，快捷地掌握第一手资料。 1 3 论文的主要工作 本课题将着重研究新型电力负荷管理系统的设计和实现，具体工作包括 以下几个方面： l 、查阅大量的相关资料，对电力负荷管理系统的结构和功能作出详尽 的分析。 2 、分析电力负荷管理系统的功能扩展需求。 3 、进行负荷数据应用规划和开放式用户信息系统的设计。 4 、完成新型负荷管理系统主要应用功能的设计和实现。 华北电力大学硕士学位论文 第二章经典电力负荷管理系统 2 1 电力负荷管理系统的结构 电力负荷管理系统由管理中心、通信信道、负荷管理终端三部分组成， 呈辐射状分布。其结构如图2 1 所示： 图2 - 1 负荷管理系统结构示意幽 管理中心是系统的核心部分，是电力负荷管理系统运行和管理的指挥中 心，它由一个计算机内部局域网和相应的主控软件组成。关于管理中心的内 容在下一部分详细介绍。 通信信道是系统的通讯线路，用来在管理中心和负荷管理终端之间传送 信息，通信信道的质量直接影响着该系统功能的实现。在系统中通讯链路型 式的选择，可以视当地具体情况( 包括地形、地貌、噪声源、频率复用等) ， 来选择无线、微波通道或载波通道，示意图中采用公共无线数据网g p r s c d m a 华北电力大学硕士学位论文 作为通信信道。 负荷管理终端由具有数据采集及处理能力的微处理机系统和数传通道 系统组成，能够实时采集用户的用电信息、供电状况、电量信息、电表计量 数据等各项用电数据，并能通过数传通道发送到管理中心。 2 2 电力负荷管理系统的管理中心 管理中心的网络结构采用标准的以太网结构，内部以星型连接方式实 现，采用这种结构有利于系统在将来增加其它管理工作站，而且同供电企业 其它系统的连接也会非常方便。管理中心的结构如图2 2 所示。 负荷管理局域网 图2 - 2 负荷管理中心物理结构图 数据库服务器负责数据管理，将信息进行统计和归档处理。为了保证系 统数据的安全可靠性，数据库服务器采用双机热备份。数据库服务器的配置 主要依据系统的数据及数据处理量的规模。 w e b 服务器提供w e b 服务，以网页的形式发布用电信息，如电量信息、 负荷信息、错峰信息等。w e b 服务器配置中高档p c 服务器。 应用服务器主要提供各种应用服务，如数据访问服务、 前置机，又称数据采集服务器，网络中作为通讯处理机。负责主站应用 系统与终端之间的数据信息交换，包括数据的采集和转储及其主站命令的组 合、发送和终端结果的回收、解释工作。为了保证数据采集工作的可靠性， 两台前置机互为热备用，遇到故障时可自动切换。 应用工作站是主控系统集中管理的工具，包括数据库服务器远程管理、 用户终端信息管理、系统运行管理、数据分析等。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 电力负荷管理系统的主要功能 通过电力负荷管理系统，可以对电力负荷进行有效的监控与管理，电力 负荷管理系统的功能结构如图2 3 所示： 图2 - 3 负荷管理系统功能结构图 1 、数据采集 系统通过用户现场终端，定时自动采集或是随机召测负荷数据、电能量 数据、抄表数据、工况数据以及电能质量数据。生成目、月负荷曲线，总加 有功及无功电能量曲线等。 2 、负荷控制 系统具有功率定值闭环控制、电能量定值闭环控制和遥控等控制方式。 3 、数据处理 系统具有终端事件上报功能，主站收到上报事件，发出告警信号，显示 相应事件内容。 系统具有数据计算、统计分析功能，能够进行负荷、电能量统计分析， 电压统计分析、功率因数分析以及谐波分析等数据分析处理。 4 、数据传输 主站与终端按电力负荷管理系统数据传输规约一2 0 0 4 ) ) 进行数据传输。 负荷管理系统与营销系统互联实现双向数据交换功能。系统将采集到的用户 华北电力大学硕士学位论文 电能量信息、负荷控制状况等提供给客服系统，以备用户查询。 5 、事件处理 主站接受终端的告警事件上报并进行处理，同时定期查询终端的一般事 件或重要事件记录，并能存储和打印相关报表。 6 、系统管理 系统提供分级权限管理。 系统提供对终端的管理包括终端档案的录入、终端配置参数、控制参数 和限值参数的设置及查询等。 系统提供对通信设备的管理，包括信道管理、参数配置及中继站管理等。 系统能够进行运行状况监测，对终端、主站和中继站的运行状态进行显 示、统计分析，对重要操作进行自动记录。 应用电力负荷管理系统，可以进行多种数据不同采集方式的采集，实现 电能量数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性。通过系统提供的多功 能的负荷监控手段，可以动态监测用户负荷，并根据需要进行有效控制。 除此之外，应该看到，利用系统良好的数据采集效果和网络特性，还可以 进行负荷数据的深层次综合应用，并达到数据开放和数据共享。 华北电力大学硕士学位论文 第三章新型电力负荷管理系统 3 1 新型负荷管理系统功能扩展需求 新的电力负荷管理系统功能规范中指出：“电力负荷管理系统是电 力营销、客户服务、电力需求侧管理的必要技术手段”。所以，电力负荷管 理系统的服务对象是电力营销、客户服务和电力需求侧管理工作，同时，电 力负荷管理系统是开展电力营销、客户服务和电力需求侧管理工作所必须具 备的技术装备。 因此，在新一轮电力负荷管理系统建设中，必须围绕系统功能定位，加 强对于电力营销、客户服务、需求侧管理等的技术支持，开发相应的应用功 能。基于系统的硬软件结构及数据采集功能，只要在负荷管理中心辅以一套 符合电力系统生产运行和电力营销管理流程的信息处理软件，就可以充分挖 掘出其在用电管理上的诸多功能。 负荷管理系统功能扩展的发展方向很多，通过充分利用实时及历史数 据，配合相应的软硬件，可实现诸多应用功能m 。 系统应用于电力营销技术支持，可以实现远程抄表、预购电管理、电能 表运行状态在线监测等功能。系统应用于需求侧管理与服务支持，可以实现 有序用电、用电信息发布、电能质量监测等功能。系统应用于营销分析与决 策分析支持，可以实现用电分析、线损分析、防窃电分析等功能。 3 2 负荷数据应用规划 电力负荷管理系统的一个重要的功能是进行数据采集，它采集负荷管理 终端的大量信息。但采集并不是目的，目的是要将采集的数据用来指导电力 的生产、营销工作，是为管理、经营服务的。要想应用好所采集的数据，在 电力的生产、营销中发挥重大作用，一个好的应用规划至关重要。这样，如 何针对数据的应用进行合理有效的规划成为了一个重要课题【7 】。 3 2 1 数据应用中遇到的问题 目前的电力负荷管理系统，数据应用主要以c s 方式为主，需要在客户 端安装应用软件，而系统所采集的数据应用遍布电力生产、营销等多个部门， 1 0 华北电力大学硕士学位论文 使用者众多，有公司领导、供电局领导、各部门的专责、基层班组等。如果 采用c s 结构将在每个用户终端上均要安装客户端软件，工作量大，以后的 运行维护更为困难，客户端软件的升级及版本控制也成为问题。 为此，经过认真的技术评估，决定在负荷管理系统的数据应用设计中采 用b s 结构。设立应用服务器，客户端以通用浏览器为数据表示界面，所有 数据处理逻辑集中在应用服务器进行。这样就可避免对客户端的安装工作， 将系统的数据应用向所有用户开放。采用b s 结构可以做到易于被使用者接 受、操作简单、系统是可维护的、可管理的、易于升级的。但是能否满足应 用的需要、能否实现、响应速度如何、现有设备的性能是否胜任等都还是一 个未知数。 在负荷管理系统的数据应用设计中发现，因用电负荷数据应用涉及电量 电费计算、负荷负荷率计算、电压合格率计算、功率因数统计等多种类型 的计算、统计、汇总工作，计算工作量太大，而且同时面向生产、营销等多 个部门开展应用，使用者众多。以上因素会导致应用服务器性能下降，响应 速度变慢，无法满足数据应用的要求。如果对现有应用服务器进行更换，则 系统投资过大。如何有效的解决这一问题呢? 这就对系统的设计方案提出了 更高的要求。 3 2 2 数据应用规划解决方案 分析从负荷管理系统数据应用的定位入手。负荷管理系统的数据应用主 要是为管理服务的，所进行的数据应用主要针对上日数据，即历史数据进行。 负荷数据一旦形成历史数据，那么，负荷率、电压合格率、功率因数等也都 成为了历史数据，这些数值应该是一个固定值，实际上只需要进行一次计算 形成结果，再次使用时进行查询就可以了。主要问题在于：从原始数据库中 直接使用原始数据，将大量的计算任务加载到了应用服务器上，而这中问大 量的计算结果是固定数值，导致了应用服务器性能下降，响应速度变慢。减 少计算工作量是有可能的。 问题找到了，但如何解决呢? 为此，引入了应用数据库的概念。在原有 的原始数据库和应用服务器之间增加一个应用数据库，设置为原始数据库与 应用数据库的模式。利用应用数据库专门存放已经计算好了的大量数据结 果，将原始数据与应用数据分别存放，原始数据库主要面对数据采集系统， 存放中系统中采集到的原始数据，而应用数据库主要面对应用系统，响应数 据应用，如果使用者需要的数据己经事先存入应用数据库中，则直接查询即 可，这样大大可以减轻应用服务器：i ：作量，提高系统响应时间。同时将原始 华北电力大学硕士学位论文 数据库与应用数据库分开，也更有利于系统的管理。 原始数据库虽然与应用数据库分离丌来了，但两者之间必然存在着数据 纽带，存在着数据交换。为了将应用数据库与原始数据库联系起来，又引入 了数据转换工作站的概念。数据转换工作站是应用数据库与原始数据库之问 的桥梁，它承担了大量的计算任务，一旦历史数据形成，数据转换工作站就 将原始数据库中的数据按事先规定的算法进行计算加工，并将计算结果写入 应用数据库，以备使用者查询。这样数据转换工作站就承担起原始数据库与 应用数据库的数据交换工作，成功的将计算工作量由应用服务器转移到了数 据转换工作站上。 按照电力系统的要求，历史数据是以2 4 点为界，这样，在夜间数据采 集系统完成了数据采集工作后，数据转换工作站的计算时间可以一直工作到 早上上班为止，如此充裕的时间足够数据转换工作站计算使用了，对数据转 换工作站的性能要求也不会太高，现有的工作站就可以胜任这项工作了，但 对数据转换工作站的可靠性要求较高，因为应用系统的所有数据都依赖于数 据转换工作站的工作，数据转换工作站成为保证系统可靠性的重要环节。 3 2 3 数据应用规划的实现 根据以上思路进行数据应用规划的设计，数据应用体系应包括数据应用 前的数据预处理部分和数据应用部分。数据预处理部分主要由数据转换模块 完成，在原始数据库与应用数据库之削设立数据转换工作站，具体执行数据 计算及预处理：r 作。数据应用规划如图3 1 所示： 数据应羽系统 应用集成 数据转换模块二= _ _ 一：一= = 一 数据预处理 数据抽取数据存储 1 产广 递崮 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 1 数据应用规划示意图 数据应用规划的具体步骤为： l 、增加应用数据库作为数据应用的数据库，进行数据存储管理。 2 、在数据应用系统与数据采集系统间增加数据转换模块，负责数据的 预处理，将原始数据库中的原始数据经过加工写入应用数据库中。 3 、数据应用采用b s 体系结构，将数据处理逻辑与数据表示分丌。 4 、客户端以通用浏览器作为数据表示平台。 5 、应用服务器负责对客户端的数据请求进行处理。 按照上述设计进行应用规划后，整个电力负荷管理系统的数据流图如图3 2 所示： 图3 - 2 数据流图 数据采集系统完成数据采集后，将数据存储入原始数据库，原始数据库 内只存储采集的原始数据。完成原始数据的采集后，由数据转换工作站上的 数据转换模块，将原始数据经处理后写入应用数据库。最后，由应用数据库 面向数据应用，数掘应用所需的数据均来源于应用数据库。 3 2 4 数据应用规划的优越性 根据数据应用规划的设计思想及设计方案，进行的负荷数据应用规划具 有以下优点： 1 、提高了数据的安全性 因为数据采集系统与数据应用系统相对独立，有了明显的分界点，数据 采集系统或数据应用系统的升级换代或更新改造都不会彼此牵涉、彼此影 响。分开存放的原始数据与应用数据也更有利于数据的安全性，数据采集系 统比较封闭，使用者较少，相对容易控制与管理，而数据应用系统是对外开 放的系统，使用者众多，管理难度较大，受到外界攻击的可能性相对较大。 如果发生攻击事件，因为应用数据库与原始数据库的分离，也不会影响到数 据采集系统的正常运行。只要原始数据仍然存在，应用数据就是可恢复的数 华北电力大学硕士学位论文 据。 2 、系统的响应速度快，运行情况稳定。 通过建立原始数据库、应用数据库，增加数据转换模块的方法，跨越了 应用服务器计算工作量太大的障碍，减少了重复计算的次数，系统的响应速 度快，运行情况稳定。 3 、充分利用了现有设备的性能，节约了系统投资。 在系统设计时就充分考虑了现有设备的性能，并在设计方案中，采用数 据预处理的技术手段降低了对设备性能的依赖，通过这些措施充分利用了现 有设备的性能，节约了系统投资。 3 3 开放式用户信息系统 目前电力供需形势趋缓，电力负荷管理策略也应随着电力形势的转变而 进行必要的调整，应该由计划控制向市场调控过渡。基于需求侧参与负荷管 理的思想，在负荷管理系统功能扩展中可建立开放式用户信息系统，为电力 用户服务。 在开方式用户信息系统的建立过程中，负荷管理中心可以通过与负荷管 理终端通信，将负荷管理系统的大量数据送到用户现场，为用户提供大量有 价值的用电信息。这些信息对于电力用户预测用电负荷、分析电力市场、加 强科学管理和制定电网发展规划等都是非常有用的。 3 3 1 负荷数据开放 电力负荷管理系统采h j 负荷管理终端，具有完备的数据采集功能，在管 理中心可以得到如下基本数据： ( 1 ) 功率类：各路有功功率、总有功功率、总无功功率、半小时有功总 功率。 ( 2 ) 电量类：各路r | 电量、各路月电量、当f _ = j 有功总电量、当r 无功总 电量、当月有功总电量、当月无功总电量。 ( 3 ) 需量类：当日有功、当月有功最大需量及时标、当日各路最大需量 及时标、当月各路最大需量及时标。 ( 4 ) 读数类：各路电能表的当前读数。 同时还可以得到如下补充数据： ( 1 ) 模拟量类：各路电能表的当前读数。 ( 2 ) 开关量类：各开关的开合状态。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 功率类：功率因数。 ( 4 ) 电量类：半小时有功总电量、各路峰( r 、月) 电量、各路谷( 日、 月) 电量、各路平( f 、月) 电量、当同有功峰电量、当同有功谷电量、当 日有功平电量、当月有功峰电量、当月有功谷电量、当月有功平电量。 ( 5 ) 读数类：各路电能表的( 唪、谷、平) 读数。 目前，对这些数据的应用还仅限于系统内部，因而，对用户开放部分原 始数据和已处理后的数据，让用户主动参与负荷管理，可以更有效地利用上 述数据资源。 在电力系统中，对于电力用户来说，其最关心的是其自身的有关用电信 息，通常这些信息直接与用户的经济利益密切相关。通过这些重要的用电数 掘，用户可以分析企业内部的负荷随时间、生产情况的变化状况；为合理安 排生产流程，采取恰当的用电方案，降低能耗，提高企业的经济效益，提供 准确的依据。对整个电网而言，随着越来越多的企业和用户避蜂用电，长期 下去，电网负荷曲线的形态可得到改善，负荷率提高，峰谷差减少，电力需 求速度降低。因此，数据向用户开放无论对用户还是整个电网都有着非常重 要的意义。 基于负荷管理系统运行现状，拟对用户丌放如下数据： ( 1 ) 通过2 4 小时负荷和全天电量可查询曰负荷、月负荷、年负荷基本 情况数据：f 1 最大负荷及出现时间、日最小负荷及出现时间、日平均负荷及 负荷率、日峰谷差值及峰谷差率；月最大负荷及出现时间、月最小负荷及出 现时间、月平均负荷及负荷率、月峰谷差值及峰谷差率：年最大负荷及出现 时问、年最小负荷及出现时间、年平均负荷及负荷率、年峰谷差值及峰谷差 率。 ( 2 ) 根据原始数据生成的各种曲线：用户历史2 4 小时日负荷曲线、实 时日负荷曲线、历史月负荷曲线、历史年负荷曲线。关于负荷曲线数据取定 问题，在系统中定义为1 天采集2 4 个小时点，1 月采集3 1 个负荷点，1 年 采集1 2 个负荷点；其中各r 、月、年负荷数据又可按最大数据、最小数据 和平均数据划分为三类。 ( 3 ) 各类历史和实时数据报表查询： 8 ) 曰负荷电量统计表，其中包括2 4 小时负荷、2 4 小时电量、2 4 小时 电压、峰谷平时段标识、同分时电价、2 4 小时频率、2 4 小时无功功率、各 表计2 4 小时电量记录。 b ) 月负荷电量统计表，其中包括3 1 日平均负荷、3 1 日平均电量、3 1 同平均电压、3 1 日平均频率、3 1 日平均无功功率、各表计3 i 同平均电量记 华北电力大学硕士学位论文 录。 c ) 年负荷电量统计表，其中包括1 2 月平均负荷、l2 月平均电量、1 2 月平均电压、12 月平均频率、1 2 月平均无功功率、各表计1 2 月平均电量记 录。 负荷管理中心将这些数据传送给负荷管理终端，用户可以通过网络或是 终端串行通信口把所需数据读到用户的管理计算机，并将数据装入本地数据 库。藉以分析企业内部用电分布情况，为合理使用电力采取正确的决策提供 可靠的依据。 3 3 2 数据通信方式 计算机的串口通信是一种重要的数据交换方法，广泛应用于计算机外设 或工业测控领域。在丌放式用户信息系统中，可采用这种通信方式。用户 端管理计算机通过串口与负荷管理终端相连，实质上是实现p c 机与单片机 之间的通信。通常以p c 机作为上位机发送指令到负荷管理终端的单片机， 由单片机来完成现场数据采集、电路控制等工作，然后将数据返回p c 机进 行高级处理。 3 4 基于w e b 技术的信息发布体系 电力负荷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 荷管理系统成为一个以信息共享为主的“综合”系统。 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，电力企 业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。根据负荷 管理数据面向的访问群范围较广且较分散的特点，拟采用b r o w s e r s e r v e r 模式( 即w e b 发布技术) 来实现数据共享，完成信息发布功能。 3 4 1b s 的三层网络模型 b s 结构模式作为扩展了的c s 结构，其运行机制采用标准的c s 分却 式处理。其三层网络模型结构如图3 - ：3 所示。 华北电力大学硕士学位论文 w e b 浏览器( 表示层， 可rh 订p ， w e b n 务器i ( 功能层) j 应用服务器f 数据请求 o 返咧数据 j 数据访问接口i ( 数据层) i 数据资源 l 图3 - 3 二三层网络模型结构图 第层是表示层，是出w e b 浏览器来完成用户和请求信息的人机对话。 第二层是功能层，是由w e b 服务器采用h t t p 协议来实现处理浏览器发 送过来的请求、系统资源的组织发送，由应用服务器实现客户的具体应用要 求。 第三层是数据层，该层是一个抽象的数据层，即包括现实中的很可能是 不同结构的数据资源，又包括对不同数据请求进行相关的处理并返回数据。 w e b 浏览器通过i n t e r n e t 向w e b 服务器发出请求，w e b 服务器在接收到请 求后，将环境变量和参数作为标准输入送给应用程序，应用程序根据接收到的数 据向数据库提交请求，获取应用程序所需数据，经过计算之后，构成标准输出， 并通过i n t e r n e t 传送给w e b 浏览器，将结果显示给用户。这就是实现过程中数 据的实际流动情况。 3 4 2 信息发布系统结构 建立基于w e b 技术的信息发布系统，其核心是一台w e b 服务器，它一般 由一台独立的服务器承担，数据库服务器为电力负荷管理系统数据库服务 器，各客户机数据请求均由w e b 服务器提交给数据库服务器，再由w e b 服务 器返回给发出数据请求的客户机。 信息发靠系统软件按三层网络模型构建，系统的应用程序均位于服务器 端。客户端浏览器提交u r l ，w e b 服务器端根据接收到的信息定位一个超文 华北电力大学硕士学位论文 本文档或a s p 文档，由负责具体应用的中间接口单元的程序做处理后，从系 统的实时数据库或历史数据库或实时数据缓冲区读取实时数据并转换成超 文本文档或a s p 文档，发送到w e b 服务器。由服务器端的应用程序完成w e b 页面中相关数据的实时打包、发送及接收等。采用建立在t c p i p 协议之上 的应用层协议超文本传输协议( h t t p 协议) ，它定义了w e b 服务器和浏览器 之间的数据交换方式。在客户端用户利用标准浏览器可以接收到需要的w e b 页面。 3 4 3 信息发布实现技术 实现上述b r o w s e r s e r v e r 模式的信息发布系统，关键是w w w 服务器和 数据库服务器集成时所采用的技术。目前可以用于w e b 发布的技术较多，常 用技术优缺点分析如下0 1 1 ： ( 1 ) c g i 技术：即公共网关接口，目前几乎所有的w e b 服务器都支持c 6 i 技术。优点：跨平台性能极佳，可在几乎所有操作系统平台上实现：可用编程 语言多，如p e r l ，c ，c + + ，j a v a ，v b 等。缺点：当多个用户同时发出请求时， 容易在w e b 服务器处形成“瓶颈”：效率低，即使是同一用户，每一次请求 都要进行l o g i l 3 和l o g o u t ；图形表现形式有限等。该技术在系统整体性能上 较差。 ( 2 ) j d b c 技术：j d b c 是j a v a 语言的数据库a p i ，其功能类似o d b c ，主 要考虑在a p p l e t 中使用j d b c 。优点：w e b 服务器不必直接同数据库交互，提 高了访问速度：可充分利用j a v a 的a w t 提供的丰富的图形功能：可移植性好。 缺点：所有的客户功能均用j a v aa p p l e t 实现增加了网络传输的负担；对浏 览器所在