变电站计量装置数据采集系统设计研究

摘要:文章首先介绍了电能量计量自动化系统的发展趋势,然后设计了数据采集系统硬件系统和软件系统。该系统设计了放置在变电站表台的采集终端,通过该终端根据由管理员设定的采集周期对该变电站的所有电表的数据进行实时采集,将采集的数据存储到采集终端的数据库中,根据管理员设定的上传周期,定时向存放于用电处机房的中心服务器中上传最新数据。

关键词:变电站;计量装置;数据采集系统

中图分类号:TM933文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0040-02

一、电能量计量自动化系统的发展趋势

(一)电力线载波

电力线载波通信,是将信息调制为高频信号(一般为50～500kHz)并叠加在电力线路上进行通信的技术,其优势是利用电力线作为通信信道,不必另外铺设通信信道,大大节省投资,维护工作量少,可灵活实现“即插即用”。目前,国内10kV以上电压等级的高压电力线载波技术已经较成熟,但低压电力网络上的载波通信还未能达到令人满意的水平,这在一定程度上制约了电能自动计量技术在我国的实际应用。其原因在于低压电器电磁兼容性的控制尚不十分严格,且对低压电力线上存在的电磁污染的治理也有待提高,造成低压电力线上干扰大,影响了载波通信的质量;另外,用户负载千变万化造成网络传输特性复杂多变,难以用准确的数学模型加以抗干扰是低压电力线载波技术必须克服的问题。显然,从规范用户负载特性、提高电磁兼容水平等方面来解决此类问题,在短期内难以实现,可行的方案是寻找抗干扰能力强的载波方式,以增强通信设备的电磁兼容能力。

(二)复合通信

在应用于电能量计量计费自动化系统中的所有通信模式中,各种通信模式都有优缺点,任何一种采用单一通信技术的方案均很难完全满足需要,为解决这类矛盾,提出了复合通信方案。复合通信方案是在自动抄表的不同通信阶段采用不同的通信方式,组成实现电能自动抄表的复合通信网络。在数据传输量不太大、传输距离较近的底层数据采集阶段(电能表到采集器,采集器到集中器),可以采用如红外、低压电力线载波甚至点对点的通信方式;而在集中器到中央处理站段,则可采用电缆、电话线或无线通信等。选择什么样的复合方式,需根据实际情况统筹考虑,混合使用的各种通信方式之间要有很好的相容性,不能相互干扰,这其中涉及到运筹学、最优规划等方面的研究与设计。

(三)数据安全

数据的安全性主要包括自动抄表过程的安全性和中心处理子系统的计算机网络安全性,电能量计量计费自动化系统的抄表过程是分散的采集器、集中器与中心处理站间交换数据的过程,通信中既要保证所抄数据的安全、可靠传输,又必须确保中心处理子系统不会受到来自传输网络的意外攻击。

二、数据采集系统硬件设计

(一)自动采集终端设计

地区电网电能平衡分析系统中,为满足计费和监测线损的严格要求,对采集终端的性能必须明确,它必须具有采集精度高、可靠性高、容量大、开放性好、性能价格比高、安装维护简便等基本特点。另外,由于各个采集终端安装的位置和工作环境不同,要求采集器要有抗雷击、防震动,可以有效的抗击各类干扰,确保设备运行可靠,数据准确安全。为确保装置可靠、稳定,采用进口工控主板、专用通信板、液晶显示屏,使用双电源冗余供电,具备自恢复功能(软、硬件控制),包括对MODEM诊断自动重新启动,并增加了保护措施:(1)输入过电压、过电流保护;(2)防雷保护;(3)直流反极性输入保护;(4)输出过压、过流保护。

(二)主站设计

主站端系统是一套相对独立、完整的计算机数据采集处理系统,能够及时、准确、可靠地完成电网关口电能量的采集、处理、统计、存储和计算功能,系统应具有方便的可扩能力。系统主机与各用户工作站通过网络进行连接,能够支持多个用户工作站,按照用户的信息需求和权限为网上用户提供服务,对主站设计有以下一些要求:(1)借助表计读数或周期性计值,可检查表计及传输网络的功能是否正常,当在这些环节上出现损坏或问题时,向用户发出报警信号;(2)系统应具有友好的用户界面和方便的可编程、可维护性能,用户可分级对费率、时段、数据范围、处理方式、结算输出等数据参数进行定义,并可对电能数据进行方便的查询;(3)系统具有良好的可扩性,可存储二年的电量数据,保证电量数据的连续性、完整性和准确性;(4)各变电站与主站数据的传送方式采用定时传送和随机召唤两种方式;(5)系统软件应有完备的安全保密功能和用户权限管理功能,严格防止非法用户的侵入,严禁对原始数据进行修改。

(三)系统远传通信

利用现有电话线通过拨号Modem,和主站系统交换数据,通信速率为300～19200波特,可设置拨号初始速率;当通道线路质量差时,终端根据主站要求可自动,降低速率进行握手通信,若通道为光纤且具有网络接口,则可直接通过TCP/IP协议和主站交换数据。专线、拨号、网络通信方式可同时存在,同时使用,互为热备用,传送的所有数据和信息均带时标。具有向多个主站(≥3)传输数据的能力。

三、数据采集系统软件设计

(一)系统功能设计

本系统设计了放置在变电站表台的采集终端,通过该终端根据由管理员设定的采集周期对该变电站的所有电表的数据进行实时采集,将采集的数据存储到采集终端的数据库中,根据管理员设定的上传周期,定时向存放于用电处机房的中心服务器中上传最新数据。以上功能实现了系统对电表数据的采集,系统根据用电处的需求设计了分析功能,如终端出现故障系统可以立即主动上报用电处管理员,另外系统也提供了对历史数据和实时数据的具体分析功能,以辅助决策。为了解决报表管理难的问题,系统设计了报表生成器系统,由管理员选择数据库中的数据项,生成到EXCEL的新数据源,管理员可以利用系统嵌入的EXCEL报表系统对数据源进行报表制作,并提供给电力公司中其它人员定制查询,为了能够将采集的数据倒入MIS,系统设计了中间库以提供MIS接口,系统的功能需求主要分为:数据采集、报表管理及数据分析和系统管理三个部分。

(二)数据采集模块设计

1.主站与电量采集装置的通信方式为网络、专线或电话拨号(具有话数识别功能),这几种方式可同时存在,互为热备用;根据前面介绍的组网方式,各县公司或者是变电站分别配置终端服务器,他们与采集终端通过拨号或专线通信,终端服务器与系统通过TCP网络连接。

2.用户通过画面可监视整个通信过程,包括通信状态、参数和报文、系统缓冲等;对通信失败次数和时间均有事件记录。

3.双机切换:系统双数据采集前置机互为热备用,正常运行时一主一备,负载均衡;若一台故障,另一台可正常完成所有任务;主备机可根据运行状态自动切换,也可人工切换。

4.通道切换:对专线通信,系统支持双通道互为热备用;对拨号通信,各通道自动均衡负载,通信失败后可自动切换通道通信。

5.定时获取和自动补采:定时获取的时间可由有权限的用户设置和修改,根据准实时的要求,推荐使用60分钟的采集间隔,系统同样以60分钟的间隔对系统的重要电量、平衡率、线损率进行刷新,同时可定时检测未存库或异常数据,并对这些数据进行自动补召;数据补召的次数和时间均可由有权限的用户进行设置和修改。

6.随机获取:系统提供人工获取界面,可显示选择时间段的未存盘的计量点、未统计的计量点,可对选择时间段未存盘计量点数据进行获取。

7.人工补采历史数据:可选择一个或多个变电站的全部计量点或部分计量点,对选择时间段的历史数据进行获取。

(三)线损计算

系统的线损计算应该包括分压统计和分线统计,分压统计对全网按电压等级进行分别统计。(1)220kV电网线损:又称220kV线损,指220kV线路和变压器等损耗,以线路、变压器为统计单元,进行供、售电量的累加,供电量以220kV线路的进线电量为准,售电量以220kV变压器中、低压侧出线电量为准;(2)110kV电网线损:又称110kV线损,指110kV线路和变压器等损耗,以线路、变压器为统计单元,进行供、售电量的累加,供电量以110kV线路的进线电量为准,售电量以110kV变压器中、低压侧出线电量为准;(3)35kV电网线损:又称35kV线损,指35kV线路和变压器等损耗,以线路、变压器为统计单元,进行供、售电量的累加。供电量以35kV线路的进线电量为准,售电量以35kV变压器低压侧出线电量为准,其中专线用户的无损电量均计入供电量和售电量。

分线统计对全网按线路进行分别统计。(1)220kV线路线损:指220kV线路的损耗,以线路为统计单元,供电量以220kV线路的进线电量为准,售电量以220kV变压器进线电量为准;(2)110kV线路线损:指110kV线路的损耗,以线路为统计单元,供电量以110kV线路的进线电量为准,售电量以110kV变压器进线电量为准;(3)35kV线路线损:指35kV线路的损耗,以线路为统计单元,包括综合线、专线、联络线,综合线供电量以35kV线路的进线电量为准,售电量以35kV变压器进线电量为准;专线的线损率为0;联络线以双向表计的正向累加为供电量,反向总加为售电量。

参考文献

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[2]李国栋.浅谈供电局变电站计量计费系统的推广应用[J].黑龙江科技信息,2008,(26).

[3]白星振.变电站电能分时计量数据管理系统的开发与应用[J].计量技术,2006,(1).

作者简介:赵龙(1982-),男,陕西三原人,陕西省电力公司安康供电局助理工程师,研究方向:计量装置数据采集系统;王龙森(1983-),男,陕西安康人,陕西省电力公司安康供电局助理工程师,研究方向:电能量采集和基波对电能计量的影响。