内蒙古电能采集与监控系统的研究与实现

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内蒙古电能采集与监控系统的研究与实现

杨万春

1,2

,侯思祖

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(1.华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定　071003;2.内蒙古薛家湾供电局,内蒙古准格尔旗　010300)

　　摘　要:内蒙古电力公司根据国家电网公司《关于加快电力营销现代化建设指导意见》和“十一五”信息发展规划,建设了基于统一通信标准的电能采集与监控系统平台。通信方式、系统平台、数据模型是该系统的三个重要指标,本文详细地研究了电能采集与监控系统的信道通信技术,设计了实际系统的网络平台与软件平台的结构和模式。

关键词:电能采集;通信方式;网络平台;数据库

　　中图分类号:TM518　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2012)08—0017—03　　随着电力体制改革的深化和发展,电力需求不断增加,供应日趋紧张,国家为了进行城网,农网的改造投入了巨大的人力财力和物力。现在的电力系统是一个及其复杂的综合型多元化的系统,必须有一套计量精确、多功能及自动化的电能计量计费系统来保证电网准确、安全、稳定的商业化运营。因此,电能信息采集与监控系统成为现代电能管理优质服

[1]

务必不可少的一种平台。

当前内蒙古电力公司及所属各单位已经建设了相当一部分采集系统,包括:负控系统、变电站远程抄表系统、居民集中抄表系统、配变监测系统等。这些系统由于是分散建设,没有统一建设的标准,没有统一的通讯规约,没有统一的功能规范,没有统一的数据存储格式,没有统一的编码体系,各自为政,导

致在各级供电单位形成了各式各样的信息孤岛,分析报告结果难以统一,数据的可靠性和权威性难以保证。因此目前的这些系统很难真正满足集团公司实现营销现代化的需求,也无法满足当前营销信息系统的建设模式。

如何系统化的解决目前存在的问题,开发出一套实时性较强、功能规范完善、性价比高、适合电力体制改革需要并满足未来电力营销发展的用电营销现场管理系统成为必要。而电能采集与监控系统是用电营销现场管理系统的核心,对其研究具有应用价值和经济价值。1　关键术语

采集系统主站。是电能信息采集系统的指挥中心,也是数据采集和数据处理中心,主站系统功能是要求,达到了预期的效果。3　结语

本文针对协调控制非线性、强耦合、大时滞难以控制的特点,采用神经网络PID控制策略。的解决了传统PID控制器参数全局最优难以保证的缺点。仿真结果表明,该方法控制性能良好。

[参考文献]

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科学出版社.

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出版社,2002.

[4]　栾秀春,李士勇.火力发电机组锅炉控制技术

的新进展[J].热能动力工程,2003,18(4):329～335.

图4　100%负荷切换到70%负荷时的Ne和Pt响应曲线

仿真结果表明:在100%工况下,对单元机组协调控制系统采用神经网络PID控制,可以有效抑制负荷变化对气压Pt产生的影响,系统不但具有良好的稳定运行特性,同时又满足了快速性和实时性的

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收稿日期:2012-03-15

作者简介:杨万春(1972—),男,内蒙乌盟人,硕士研究生,从事电力通信网的研究。

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内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2012年第8期　

移动通信系统(GSM,GlobalSystemforMobileCommunications)技术的基础上发展起来的,增加了网关GPRS支持点(GGSN,GatewayGPRSSup-portNode)和服务GPRS支持点(SGSN,ServiceGPRSSupportNode),是一种新的用来承载业务的分组数据技术,采用点对点数据通信方式,具有实时测量和接入在线远端数据、方便用户快速地登录系统、按流量计电费和高速的数据传输速率的特点[5]。借助于这些强大的优势,GPRS作为无线通信技术可使得采集和监测系统可实时采集和监控电表、变压器和变电站等电力设施,也可使得操作人员可快由硬件和软件共同完成的,所以主站的硬件设备及软件系统的质量将直接决定系统的稳定性和可靠性。

电能信息采集系统通信信道。是连接主站系统和现场采集终端之间的信息通道,要求其能稳定地构建起系统主站、采集传输终端、电能表之间的通信连接,确保采集终端实时、准确地响应主站系统命令。通信信道的主要方式有光纤通信、230MHz无线通信、无线网络通信、中压电力线载波、Mobitex等无线专网、PSTN和ADSL等公用有线信道。其中,光纤通信、GPRS/CDMA通信、PSTN和ADSL有线信道是常用的通信方式。

采集系统终端。是装在用户端受主站监视和控制的,负责各信息采集点的电能信息的采集、数据管理、数据传输以及执行或转发主站下发的控制命令的设备,是电能信息采控系统的重要组成部分[2]。采控终端主要有四种:公变终端、专变终端、大客户终端、变电站终端。2　信道通信技术

电能信息采集和监测系统主要由主站、上行通信信道、集中器、下行通信信道、采集器和子站组成,使用的通信介质主要有双绞线、电话线、电力线、光纤、无线等。主站与集中器的通信信道是上行通信信道,信道的通信方式有局域网通信、通用分组无线业务(GPRS,GeneralPacketRadioService)通信、码分多址技术(CDMA,CodeDivisionMultipleAc-cess)通信和有线电话网等方式。集中器与采集器之间的通信信道是下行通信信道,通信方式主要有脉冲编码调制、串口通信、载波和微波通信。随着通信技术的快速发展,每种通信技术都有其自身的独特优点[4]。为了充分利用各自的特点,采集和监测系统常采用多种通信技术融合的方法,实现系统的实时可靠安全的数据传输。通信信道的通信方式是系统基础,表1是几种在电能采集和监测系统中常用的通信方式。

表1

通信方式对比表

通信方式传输距离

传输速度线路资本

数据容量

电力线载波近中速无大有线电视网远高速租用大GPRS远171.2kb/s无大GSM远9.6kb/s无中光纤通信

远

高速

大

大

2.1　GPRS

GPRS是一种新型的移动数据通信业务,是中国移动在完善优化GPRS网络建设过程中推出的第2代通信技术,它在目前全球移动通信系统网络的基础上进一步升级了无线接口,使其支持高速补充业务信道,从而可实现高速互联网接入服务。

GPRS已经在电能采集与监控系统中得到了广泛的应用,并占据相当重要的地位。GPRS是在全球

速的了解和解决故障,减轻劳动量,避免发生偷电、盗电和漏电等现象。另外,由于GSM网络覆盖面广,使得同时支持在Internet网络中应用最为广泛的IP协议和X.25协议的GPRS具有更广阔的发展空间。2.2　电力线通信技术

电力线载波(PLC,PowerLineCarrier)就是利用电力线路来实现载波通信,常见的电力线有35kV及以上的电压的电力线、10kV电压的电力线和380/220V的配电线。由于电力线本是用来传输50Hz电流的,若想在电力线上传输模拟或数字信号,就需要将信号频谱搬移到适合信道传输的频带上,以避开50Hz的干扰,这样,电力线载波技术就应运而生了。常用的电力线载波通信的方式有窄带通信方式、多载波调制方式、超窄带通信方式和扩频通信方式,而扩频通信方式在抄表系统中的应用越来越广泛[5]。

PLC技术以其无需布线、工程量小、通信费用低、实时性和可靠性强的特点在电能采集和监测系统中具有相当高的应用和研究价值。电力线载波技术在我国已有十多年的研究了,目前,该技术已相当成熟。因此,在电能采集和监测系统的应用仍是非常广泛的。通常,基于PLC的电能采集与监控系统将具有计量结算功能的电能表与具有双向通信和控制负荷侧电源通断功能的载波功能模块集合在一起,对外表现为一个电能表,也叫做载波电能表。本质上,该载波电能表具有了两部分功能。3　系统平台设计

本节设计了实际系统的网络平台和软件平台。3.1　网络平台设计

系统网络平台包括局域网平台和终端通信网络平台。局域网使用现有的网络即可满足要求,不需要重新设计。终端通信网络平台是指终端和前置机之间的通信网络。根据终端通信方式的不同,分为GPRS通信方式、CDMA通信方式和PSTN电话通信方式。网络结构和模型直接影响到了系统的安全性和可靠性。因此,设计的系统为了实现网络的互连,物理层、链路层、网络层等采用了不同的协议,各个层的功能特性和安全特性也不同,因而其网络安全措施也不相同。

若想实现主站和各个子站顺利通信,必须设置

　2012年第8期　　　杨万春等　内蒙古电能采集与监控系统的研究与实现各个采控终端与主站间的连接关系。终端通过GPRS连接主站时,需要先在终端上设置主站的IP地址、连接端口、APN。内蒙古电力公司和内蒙移动、内蒙联通都是通过专线连接,使用的是内部IP,目前提供给终端的连接参数为:移动IP:10.126.252.166,端口:8001,APN:dlcb.nm

联通IP:10.126.252.164,端口:8002,APN:dlcb.nmapn

对于使用光纤局域网连接的变电站终端,其通道是电力公司内部局域网,目前的连接参数是IP:10.126.29.25,端口:8605。19

在数据部署上,基础资料数据在集团公司运行数据库中产生,同时把需要的数据复制到主站数据库中,作为电能信息采集与监控系统的标准数据使用。电能量数据存储于主站数据库中,同时,营销复制系统把需要的数据复制到集团公司数据中心数据库,作为分析查询的直接资料,同时,部分数据也作为计费的抄表数据。事件数据存储于主站数据库中。

根据数据的性质,内蒙古电能信息采集与监控系统使用的数据可分为基础资料数据、电能量数据和事件数据三大类。

基础资料数据主要是客户、计量、配网等资料信3.2　软件平台设计

主机设计、操作系统设计和数据模型设计是软件平台设计的核心,本节对这三部分进行了详细的研究与设计。

3.2.1　主机及操作系统设计

设计的主机包括四部分,分别是数据库服务器、前置机服务器、WEB查询服务器和工作站。设计的内蒙古电能采集与监控系统将数据库服务器、转发前置服务器和前置服务器全部做成了双机热备模式,双机热备都需要配套的磁盘阵列。主机设计的规格如表2所示。

表2

主机设备规格表

设备名CPU内存典型型号数据库服务器4*2G8GIBM570小型机转发前置服务器2*3.66G4GIBMSystem3950前置服务器

2*3.66G

4GIBMSystem3950WEB查询服务器2*3.66G

4GIBMSystem3950工作站1*3G

1G

DELL微机

磁盘阵列

IBMTotalStorageDS300

服务器网络操作系统采用Winodws2003Serv-er,Winodws2003是目前正流行的网络操作系统,在数据备份、目录服务文件系统等方面具有较强的功能,由于与同类产品相比,价格较低,因此很有竞争力。Winodws2003具有特点是良好的兼容性、充分的安全性、良好的可移植性和可靠性、支持多任务和对称多处理、集成的网络能力、全面而方便的管理工具、对Internet/Intranet的支持。3.2.2　数据库设计

采集和监测系统的数据库有盟市营销数据库、集团公司运行数据库、集团公司电费核算数据库、集团公司数据中心数据库、集团公司数据中心数据库和集团公司数据仓库这五个数据库。

内蒙电力营销信息系统中关于电能信息采集与监控的数据,在物理存储上集中在集团公司,但在逻辑结构上则分为集团公司主站数据库、集团公司运行数据库、集团公司数据中心、集团公司数据仓库四级。

息,这些信息由营销业务系统统一维护管理,电能信息采集与监控系统不单独维护此类信息,而是直接使用营销业务系统传过来的数据。

电能量数据是指采集终端从电能表采集回来的计量数据,主要包括电能表读数、负荷、电压、电流等。这些数据由电能信息采集与监控系统存储管理,并复制到集团公司数据中心,作为上层分析查询的基础数据。

事件数据是指采集终端和电能表在工作过程中主动上报的由某些特定事件触发产生的数据,如表计异常、失压、断流等事件发生时,主动通知系统的数据。4　总结

根据内蒙古电力公司的发展现状,研究了电能采集与监控系统的关键技术,设计了系统实现的网络平台和软件平台。以本文研究的内容为基础设计的电能采集与监控系统可很好地实现各个盟市的互操作,达到统一的目的。

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