关于用电信息采集系统的研究

PAGEPAGE16关于用电信息采集系统的研究内容提要:用电信息采集系统是由管理中心计算机、台区GPRS集中器、无线抄表终端、电能表组成的远程用电信息采集系统。本课题通过研究GPRS与微功率无线通讯模式应用于营销管理，分析用电数据的远程、实时采集、传输、后台分析、远程维护工作过程，对于深化抄核收分离，完善抄表管理模式，节省人力资源，保障抄表作业安全，提高抄表工作质量，降低台区线损，降低运营成本，实现抄核收精益化管理及全面推进智能电网建设具有重要意义。关键词:用电信息采集系统研究随着计算机、通讯、通信网络以及无线技术发展，特别是移动推出无线业务GPRS后，为城市居民用户和农村集中村庄用户电能数据采集奠定了无线数据传输的基础；与此同时的电力体制改革的进一步深入和市场化进程的不断深化，电能计量的准确性、即时性、可靠性、稳定性显得非常重要。另一方面，为了电能的合理使用，用电监测、负荷分析、计费结算、加强用户的用电管理，防止丢失电量，提高电能计量、监测的自动化水平，建立用户用电信息采集系统作为常用的技术手段是十分必要的。一、系统建设用电信息采集系统是集遥测、遥信、遥控为一体的需求侧实时监控管理系统，是对电力用户推行合理用电及负荷管理工作的一种模式。同时进行供电分析、负荷分析等，实现电力负荷管理、配变管理及抄表管理自动化。通过与其他系统（如电力营销业务应用系统、电力市场交易系统等）的资源交互，为电力企业的电力需求侧管理以及将来电网商业化运营的重要技术支撑系统。用电信息远程采集系统的设计本着准确、可靠、安全的原则，具有高度的开放性、可扩性，易于维护和扩充，可实现在省、地、县三级主站系统之间交换信息，提供与各种系统（如：电费管控系统、调度自动化系统等）的接口，实现系统间的互联，具有远程诊断和维护功能，为整个电网自动化运行服务提供技术支撑条件，为电网的考核提供准确的依据。（一）系统目标1、建立一套安全可靠而又先进的低压用户用电信息远程采集系统，对用户表计用电、负荷、线损等情况进行精确统计和分析。2、对所需采集的各计量点数进行自动采集、存储和处理。3、为电力电力营销业务应用系统等相关系统提供准确、可靠的电量数据。3、建立电力用户电网层次结构图。（二）系统建设原则1、系统可靠性用户用电信息采集系统的特殊地位决定了其可靠性，稳定性，准确性应置于系统设计原则的首位，因此在做系统设计时从主站系统和采集终端等方面重点考虑了系统运行的可靠性和连续性。2、独立性用户用电信息采集系统的核心问题是如何保证电能量数据的可靠性、完整性和准确性，是其他系统所不能替代的，所以要保持系统的相对独立性，在确保系统安全和数据安全的前提下，能够与其它系统进行数据交换和数据共享。3、系统扩展性随着技术进步及电力体制改革深化，电能量计量系统的规模和应用都会有很大的变化，为保证投资效益，系统设计时充分考虑可扩展性。系统在数据库、应用程序、网络系统等方面具有扩展性。包括接入主站的电量采集终端的功能扩展，计量点点数的规模、数据传输通道类型和系统功能都有分期建设、扩展的要求，做了充分的考虑，易于扩展，整个系统支持平台都采用开放的结构，符合国际标准、和电力行业标准，只要提供通讯规约，就可以接入其他厂家的采集终端，满足今后更大发展的要求。4、系统开放性系统在设计上遵循标准化的原则，在遵循统一标准的前提下，允许不同厂商的产品可互相替代，另外，系统还有良好的兼容性，以保证系统与其他系统进行信息交换。5、系统安全性基于超级用户、系统管理员、部门、岗位、操作员的多级权限管理，并对操作员进行的重要操作进行存储。在系统的设计过程中，充分保证整个系统的安全保密特性，采用各种技术手段来提高整个网络系统的安全等级，尤其要杜绝非法用户对本系统的嗅探和访问。6、远程维护系统的稳定、高效运行，依赖于对该系统的管理和维护。因此应保证整个系统具有较好的可管理性、并便于工作人员的日常维护。系统可以实现远程维护，通过远程维护，可以及时的发现问题，解决问题。7、系统易用性系统充分考虑电力用户的层次结构，自动维护层次间的逻辑关系、使操作方便、维护简单。8、信息发布系统具有授权、审核、定值信息的发布功能，同时具有实时的信息和用户特殊要求的信息发布，也保证系统的安全。（三）系统概况图（四）系统配置配置系统服务器及大容量存储介质，采用Windows2000/XP/2003操作系统；SQLServer数据库，实现数据管理、参数管理功能并支持进一步开发有关的数据分析和应用功能。工作站可根据现场情况，灵活配置，可组合完成业务结算、报表处理、用电分析、系统维护等功能。配置前置实现采集服务器的主备切换，保证数据采集的可靠性。（五）系统总体功能用户用电信息远程采集系统是集现代通信技术、单片机技术、电力计量技术为一体的电力需求侧实时采集与综合分析信息系统。二、系统主站建设用电信息采集系统主站软件是基于电能信息采集领域最新技术规范，结合营销业务、智能电网、线损管理的要求推出的新一代电能信息采集整体解决方案。该方案实现了面向所有电力用户、电厂上下网关口、变电站联络线关口的电能信息一体化采集与监测，构建了购、供、售一体化电能信息中心，并与营销业务系统各业务模块紧密集成，为电力生产管理、营销业务应用以及智能电网建设提供了双向互动的基础技术平台。系统结构图如下：（一）系统主站模块组成1、前置机模块（CCM）接收服务中心模块远程操作命令，调用相应规约解析，并下发到采集终端；接收终端数据调用规约，解析为服务中心模块认知的数据格式，并将数据发送到服务中心模块；动态管理、维护通道，监测通道运行状况。2、数据服务模块（ADM）动态管理维护系统运行节点；接收前置机数据并解析存库；实时数据统计、分析，根据分析结果形成相应的事项或结果数据；接收客户端命令并做相应处理后转发前置机；计划任务的处理。3、人机界面模块（MMI）作为客户操作界面，系统的客户功能大部分在这里实现，可运行于网络的任何节点；系统的档案管理、基础数据管理、权限管理、计划任务设置、系统参数设置；数据查询功能，可查询系统形成的任何时段的历史数据；数据分析功能包括：电量统计、母线不平衡率统计、线损统计、变损统计、曲线图分析、报表生成等；远程操作功能包括：远程参数设置、远程数据抄收、远程控制等；提供美观的视图模式系统数据动态监控；不同用户实现不同的操作界面，拥有自己权限内的操作功能。4、数据库维护模块用于数据库各种基础信息、系统运行信息、系统历史数据的查看和编辑修改。5、实时监控绘图模块组态绘图工具，用于绘制实时监控的视图，可绘制电器工况图、地理信息图、设备分布图等。通过置入相应的监控信息，可实现动态数据显示和数据报警等实时监测功能。（二）系统主站软件功能1、数据采集（1）采集数据类型电能表码数据，包括总、尖、峰、平、谷等时段正、反向有功表码，正、反向无功表码。实时量数据（三相电压、三相电流、总功率、总功率因数）。失压断相数据（开始时刻、结束时刻、累计时间、累计次数等）。需量数据,包括总、尖、峰、平、谷时段正向有功需量、反向有功需量、正向无功需量、反向无功需量。事项数据（故障事项等终端运行的各种可提供事项）。（2）通讯方式支持GPRS/CDMA通道。（3）通讯规约支持《IEC60870-5-102规约》。支持《电力负荷管理系统数据传输规约-2004》。支持《Q/GDW130-2005电力负荷管理系统数据传输规约》。系统采用规约库的方式，可根据需要自由扩充规约，支持自定义规约。（4）采集任务管理支持数据主动上送。周期定时数据采集。人工手动召唤数据。自动数据补召：当主站与某个厂站远方终端（电表处理器）通信中断，一旦通信恢复后，主站能够自动根据事件记录对采集中断期间的全部电能量数据进行自动补测。（5）系统校时可自定义系统校时周期。手动校时。2、数据管理（1）数据库Client/Server结构体系，提供方便的网络访问。安全的事务处理能力，当系统发生故障时，保证数据不丢失。开放的，标准的SQL语言数据库访问接口。数据库采用大型商用数据库管理系统。（2）统计分析系统提供完善的自动计算，计算输入、输出量、自动计算每日电量，每月电量，同时将统计数据结果保存到数据库。计算量分时段带时标存储。支持用户自定义电量统计的小时、日、月方案，分时段带时标存储电量数据。可分别定义每一计量点各功率类型电量是否参与运算。自动计算服务可对数据进行合理性检查，并形成告警事项供业务处理界面浏览。检查规则主要包括：奇异数据，电量上/下限值，时段电量与总电量匹配，母线不平衡率，主变变损率，线路线损率。（3）电量统计系统自动完成换表日志及表码修改等引起的电量计算，实现数据一致性，计量点统计结果改变同时影响统计对象的运算。系统的分钟、小时、日、月电量数据计算采用任务方式管理完成。3、档案管理面向电力设备对象的参数管理。各种电网设备档案管理。数据采集终端参数设置。采集方案管理：主站自动采集方案和远方终端自动上传方案。分析参数设置：各种统计对象的周期统计方案（提供日方案、月方案两种固定统计方案）。统计对象参数设置：可根据计量点定义各种统计关系。业务变更管理：CT/PT修改，挂表/拆表等。4、系统管理（1）权限管理系统提供一套完整的系统权限管理办法，从数据库本身提供安全策略，从应用系统出发提供用户信息和操作权限管理。系统管理员通过权限管理为系统用户分配权限，保障系统安全有效运行。系统权限管理采用角色与权限绑定，通过为不同部门的操作员授予角色，实现系统参数维护、远程控制、数据浏览、报表查看等权限控制，实现不同的操作员关心不同的数据、完成不同的功能、在系统中担任不同的角色。（2）系统日志系统自动记录各种运行日志，以备查询。数据采集日志（采集时间、采集内容、操作结果）。数据统计日志（统计时间、统计内容、操作结果）。数据修改日志（记录修改人员、操作机器、修改内容）。系统操作日志（记录操作人员、操作机器、操作内容、操作结果）。系统登录日志（登录人员、登录机器、退出登录时间）。（3）网络管理节点异常及运行组态监视：节点登录退出、节点主机名、退出时间。服务器运行状态监视：节点主机名、和服务器连接状态。通讯功能：自动寻找系统内节点和各个节点上的应用程序。完成相同（不同）节点上不同的多个应用之间的通讯。（4）系统事项统一管理主站系统事项、采集事项、统计结果事项、操作记录、数据修改日志等。以事项通知和语音报警的模式进行报警。（三）系统软件人机界面1、数据查询实现计量点原始数据、计量点电量、考核对象电量和线损（不平衡）分析数据浏览和分析，浏览和分析结果可通过表格和图形（曲线、棒图、饼图）显示，并可输出到打印机，转存为EXCEL或HTML格式文件以供其他管理部门浏览查询。（1）计量点原始数据浏览电量表码；需量；实时量。（2）计量点电量数据浏览电量数据浏览；电量构成各分量的浏览，包括：（表码、CT、PT）表码电量、合计电量。（3）考核对象电量分析数据浏览变电站不平衡分析；母线不平衡分析；主变电量分析。（4）图形分析实现数据的曲线方式查看，实现趋势分析，同时实现不同对象数据比对和同一对象不同时段数据比对，包括：计量点电力数据曲线；计量点电量曲线；变电站、母线、主变电网设备对象电量曲线；分级、分压、分线、分区考核对象电量曲线。2、业务报表（1）系统在商用电子表格的基础上，增加相应定义数据功能，支持用户需要的各类表报，采用全图形、全汉化的显示和打印功能，人机界面良好，采用多窗口技术和交互式操作手段，画面的调用方便快捷。能方便获取系统其他模块的统计、存储结果，进行简单的统计计算，自动产生用户想要得到的各式各样的报表，并把生成的报表自动打印和发布。（2）具有灵活的报表处理功能,可进行表格内的各种数学运算,运算公式（包括SQL语句）可在线设置和修改。（3）可在报表上对报表数据进行修改。由表格计算出的量，当分量改变时，计算后的量也相应改变，系统能自动重新计算相关统计数据。（4）提供电能量采集点、考核单位、网片、变电站、母线等各个层次上的电量原始数据及统计结果报表。提供历史数据日、月、年或任意时间段报表。3、远程操作系统可对远方终端执行相应的远程操作命令，包括远程参数设置，远程控制、远程数据抄收、远程终端复位、远程终端软件升级等。三、用电信息采集管理系统解决方案（一）系统介绍用电信息采集系统是由管理中心主站、公变用电管理终端（集中器）、无线抄表采集器、电能表组成的四级网络系统。管理中心主站与公变用电现场管理终端（集中器）之间利用GPRS/CDMA数传网络进行通讯；公变用电管理终端（集中器）和采集器之间采用短距离无线通讯方式（简称小无线）。管理中心主站通过公变用电管理终端向采集器下发指令完成抄表、监视、电表参数设置等操作。系统支持远程预付费功能（无卡）。1、系统特点（1）采集器具有数据实时采集、存储、发送等功能，抄收成功率100%。（2）系统各部件高度集成，故障少，维护简单。（3）各采集器独立工作，网络永不瘫痪。（4）抄表速度快，数据准确，通信可靠性好。（5）采集器安装灵活方便、施工简单、综合成本低。（6）功能强大的主站系统软件，与供电企业局域网无缝对接，轻松实现全局数据共享。2、适用范围城乡低压电力用户远程抄表及配电变管理。适用于城市居民小区，农村集中居住的村庄。3、系统框图4、系统组成（1）DJGJ23-TT003型国网集中器：采用GPRS+ZigBee无线/GPRS+微功率无线通讯模式。其采用高性能32位ARM内核CPU硬件平台，嵌入式操作系统；大容量数据存储器；通信信道采用高速全双工的工业级GPRS/CDMA模块；终端内置TCP/IP协议，支持光纤、拔号、专线等其它通信方式，上、下行通讯采用模块化设计，使用维护方便；支持网络在线升级。广泛应用于城乡0.4kV低压电力用户远程抄表及配电变管理；适用于城市居民小区、农村集中居住的村庄。（2）DCJL23-TT001国网采集器（微功率无线）：上行通信信道选用微功率无线，下行信道选用RS485总线，可接入64支485电能表。实时采集基表电量信息，通过集中器将数据上传到主站，或接受主站下达的指令。实现远程预付费功能。主站将用户购电量(POS缴费电量或预缴电量)信息，通过GPRS/CDMA网络和集中器写入抄表终端，抄表终端对电表进行实时监测和控制。（二）系统概况1、设计内容举例说明：某小区共有10栋楼40个单元，每单元16户，共计640户，640块电表。电表集中安装在楼梯口的电表箱内，16户表箱40个。2、系统建设（1）主站系统中心建设管理中心的SQLSEVER数据库安装在供电公司内部服务器上，供电公司提供电力营销业务应用系统数据库的接口，用于导入抄表结算数据。客户端可安装在供电公司局域内的任一计算机上，根据权限完成抄表、浏览等操作。管理中心一次建设投运后,后期大面积的集抄改造,无需再次投资,即可完成全供电公司管辖范围内的集抄抄表工作。（2）主站系统配置序号设备名称规格型号单位小计1主站软件TT-1000网络版（C/S模式）套1（3）系统设备配置集中器配置：根据小区(村庄)电表箱分散程度，在集中器与抄表终端距离≤500米半径的范围内需配置一台集中器，共需1台集中器。（就农村而言：一个台区配一台集中器即可）抄表终端配置：每台抄表终端（采集器）设备可采集一个电表箱，根据合理配置的原则，只要每个电表箱装有的485电能表的数量不超过64块，都可以配一台无线采集器。根据上述这个小区的情况，最好一个单元装一块采集器。配置如下表所示：序号设备名称规格型号单位小计1无线集中器DJGJ23-TT003台2无线采集器DCJL23-TT001台四、用电信息采集系统应用实例（一）应用概况利津县供电公司在“人工智能化无线集中抄表系统”的基础上进行用电信息采集系统升级改造，通过安装台区GPRS集中器（公变用电管理终端），将计量箱中的采集器数据收集汇总到集中器上，然后通过GPRS移动公网将数据上传到公司的“用户用电信息采集系统”中，从而实现用电数据的远程实时采集、传输、后台分析、远程维护等功能。计划对全县689个台区，共计85957户远程集中采集系统进行改造。截止目前，已经完成了183个台区，25762户远程集中采集系统的改造工作，完成改造台区数占总台区数的26.56%，改造户数总计划改造户数的29.97%。（二）经济效益用电信息采集系统升级改造完成后，抄表人员由原来的51人缩减到12人，抄表核算时间由12天减少为3天，每月节约576个工作日，每年减少费用55.30万元。用电信息采集系统升级改造前，低压线损率9.64%。用电信息采集系统升级改造后，低压线损率7.33%。以2011年数据计算，低压供电量8515.4万千瓦时，年节约电量196.71万千瓦时，实现直接经济效益116.4万元。用电信息采集系统全部改造完成后，共需投资约543万元，其中集抄改造模块投资约400万元，台区集中器投资约143万元。按照每年节约费用171.7万元，约需用3.16年的时间可收回成本投资。（三）管理效益用电信息采集系统的应用，使抄表方式由原来的人工登杆抄表转变为GPRS集中器远程抄表，减小了天气对抄表工作的影响，保证台区总表及户表同步抄表，保证低压线损数据真实可靠。用电信息采集系统的应用，杜绝因人工抄表造成的错抄、估抄、漏抄现象，提高了抄表数据准确度。采集器中数据的远程自动传输，减少了人工录入错误，保证电费核算正确无误，保障客户及公司利益不受损失。用电信息采集系统的应用，提高了电能表实抄率、抄表正确率、核算正确率，降低了管理线损，对提升营销管理水平具