電能量采集與管理系統(tǒng)

1、電能量采集與管理系統(tǒng)周達(dá)洪 1 2 楊少華 1 2 章旭東 2 董華 2（ 1 南 京 供 電 公 司江蘇 南京 210008 2 江 蘇 蘇 源 高 科 技 有 限 公 司 江蘇 南京 210008 ）摘要 ：本文簡(jiǎn)述了 ECU-1000 電 能 量采集系 統(tǒng) 的基本功 能， 實(shí)現(xiàn)原 理。 該系統(tǒng) 于 2004 年 11 月 4 日通過了省 科技廳委托組織的技術(shù)鑒定，目前已在南京高淳供電公司各變電站應(yīng)用投入。關(guān)鍵詞：電量采集，集中控制1. 概述 對(duì)電能計(jì)量關(guān)口和大用戶電能數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳送、存貯和相應(yīng)業(yè)務(wù)處理，已成為電力公司 生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)管理的主要手段，也將為電力市場(chǎng)結(jié)算等提供依據(jù)，電能量采

2、集和管理系統(tǒng)將成為電力 行業(yè)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)所必需的重要技術(shù)支持系統(tǒng)。在任何情況下原始計(jì)量數(shù)據(jù)（包括時(shí)標(biāo)）都不會(huì)丟失 或被修改；系統(tǒng)采集的電能量數(shù)據(jù)范圍包括所有參與電力市場(chǎng)的電能量計(jì)量關(guān)口點(diǎn)和網(wǎng)間交換電能 量計(jì)量關(guān)口點(diǎn)。隨著電力公司各個(gè)關(guān)口電表已逐步更改為多功能電子表后，在此基礎(chǔ)上，可以方便 地開發(fā)一套關(guān)口電表集中自動(dòng)采集和管理系統(tǒng)，從關(guān)口電能表或 FAG 的通訊端口直接讀取數(shù)據(jù)， 利用供電公司日益完善的企業(yè)內(nèi)部電力信息網(wǎng)絡(luò)和通用接口，把數(shù)據(jù)傳向信息系統(tǒng)，在信息系統(tǒng)中 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電量分析，實(shí)時(shí)診斷分析電表運(yùn)行狀態(tài)、電量平衡，網(wǎng)損計(jì)算和各種管理功能。正是基于 以上考慮，南京供電公司聯(lián)合江蘇蘇高科技有限公

3、司聯(lián)合研發(fā)了“ ECU-1000 電能量采集與管理系 統(tǒng)”，該系統(tǒng)目前在南京供電公司高淳縣供電公司投入運(yùn)行，并在溧水縣公司中推廣應(yīng)用。2. 設(shè)計(jì)思想ECU-1000電能量采集與管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了RationalRose等設(shè)計(jì)工具，采用組態(tài)和對(duì)象模型以及分層、分布、開放型結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)軟件對(duì)象和硬件組態(tài)的內(nèi)聚性，減少對(duì)象和組態(tài)的偶合 性, 從而提高了系統(tǒng)的開放性、兼容性、可移植性、可維護(hù)性。系統(tǒng)是應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊 和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站電能量的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集、前端數(shù)據(jù)處理及電量統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用為一體的綜 合系統(tǒng)。系統(tǒng)由電能量采集器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、GPS時(shí)鐘接收設(shè)備、前置機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服

4、務(wù)器、客戶工作站等組成。3. 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3.1 硬件架構(gòu)電能量采集器是介于主站和電表之間的中間層設(shè)備。采集器采用了嵌入式工業(yè)主板和SOX為核心采集單元，將原來由許多板卡完成的任務(wù)集成在一塊嵌入式芯片中，達(dá)到高度一體化。它具有 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)暫處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。可實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并可通過多 種遠(yuǎn)程通訊方式連接主站系統(tǒng)，定時(shí)發(fā)送所采集的數(shù)據(jù)。一個(gè)電能量采集器可以接32 塊不同廠家的電表（可擴(kuò)展到 128塊）。每個(gè)采集器的采集端口可根據(jù)表類型，進(jìn)行自適應(yīng)匹配。采集器時(shí)鐘 由前置機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一自動(dòng)校時(shí)。采集器對(duì)數(shù)據(jù)的保存周期為一個(gè)月并可擴(kuò)展。前置機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)采集器傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次

5、處理。當(dāng)廠站端與主站端的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障并恢復(fù)后， 前置機(jī)可在第一時(shí)間內(nèi)，主動(dòng)將漏傳數(shù)據(jù)補(bǔ)召回主站端。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)前置機(jī)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。Web服務(wù)器對(duì)客戶工作站的瀏覽器上的 Http請(qǐng)求做出應(yīng)答，并于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。故據(jù)AH務(wù)器客戶工作站()()變電站L變電站2變電#蝦ECU-1000電能量采集與管理系統(tǒng)構(gòu)架圖3.2軟件系統(tǒng)架構(gòu)廠1ft理平 衡*rHl管n翳 代 供廠y救K2U. tn堆 口 |們用魅跡H戶糾擁自締理護(hù)護(hù)前背肌7? miRTOS/9X/MT/2niD/XFJ . XML. J2KF： “ SiH KL IX JE瀏與rAiI作牯*服務(wù)WK網(wǎng)

6、略、訕怕親軌在軟件系統(tǒng)架構(gòu)中，最底層由系統(tǒng)硬件進(jìn)行支持，硬件層之上是操作系統(tǒng)層（其中：采集器采 用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) RTOS、前置機(jī)和服務(wù)器采用 Windows 2000）,操作系統(tǒng)層之上是應(yīng)用層。應(yīng)用層 根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)又劃分為三個(gè)層次：采集器層、前置機(jī)層和用戶Web瀏覽界面。4. 系統(tǒng)主要功能4.1采集器層采集器的功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通訊、規(guī)約轉(zhuǎn)換、參數(shù)設(shè)置以及GPS自動(dòng)校時(shí)。數(shù)據(jù)采集采集器可以根據(jù)用戶設(shè)定的采集時(shí)間間隔對(duì)電能表的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集時(shí)間間隔可以進(jìn) 行設(shè)定。一般來說可以是 5分鐘，10分鐘或者15分鐘等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采集回來的數(shù)據(jù)首先是存在本地的采集器上，對(duì)于每5分鐘一個(gè)采

7、集點(diǎn)，32塊電能表的變電站可以提供一個(gè)月歷史數(shù)據(jù)保存。如果采集時(shí)間大于5分鐘，那么相應(yīng)的存儲(chǔ)時(shí)間可以更長(zhǎng)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以保障采集數(shù)據(jù)相對(duì)的安全性，當(dāng)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)被破壞的時(shí)候，可以重新取回以前存儲(chǔ)的數(shù) 據(jù)。網(wǎng)絡(luò)通訊采用SOCKE通訊，使用供電局現(xiàn)有的寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)安全性好。規(guī)約轉(zhuǎn)換目前我們可以采集瑞士表，ABB表，浩寧達(dá)表。也可以根據(jù)用戶特定的表做相應(yīng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換。參數(shù)設(shè)置對(duì)每塊表對(duì)應(yīng)的串口號(hào)，接口地址等進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置自動(dòng)校時(shí)前置機(jī)上的GPS時(shí)鐘定時(shí)對(duì)采集器進(jìn)行校時(shí)。4.2 前置機(jī)層用戶管理用以增加、修改或刪除前置機(jī)用戶。當(dāng)用戶獲得了前置機(jī)使用權(quán)后，就可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù) 據(jù)召喚、

8、數(shù)據(jù)維護(hù)等操作?；A(chǔ)資料維護(hù) 主要進(jìn)行變電站、采集器、電能表的資料維護(hù)。這些資料在以后的查詢統(tǒng)計(jì)，或者是通訊設(shè)置 （遠(yuǎn)程更新采集器資料）都是非常有用的。通訊設(shè)置通訊設(shè)置包括遠(yuǎn)程更新采集器資料 , 遠(yuǎn)程采集器校時(shí)。由于遠(yuǎn)程采集器默認(rèn)情況下并沒有電能 表的各種配置信息，所以我們需要將我們的配置文件發(fā)送到遠(yuǎn)程采集器上。點(diǎn)擊“更新遠(yuǎn)程采集器 資料“按鈕，程序會(huì)自動(dòng)連接到當(dāng)前采集器，并且將更新后的采集器資料更新到遠(yuǎn)程采集器上；這 樣就可以保證采集的準(zhǔn)確性。點(diǎn)擊同步時(shí)間，會(huì)把遠(yuǎn)程采集器時(shí)間校正為本系統(tǒng)時(shí)間。保證數(shù)據(jù)采 集時(shí)的時(shí)間準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)召喚數(shù)據(jù)召喚包括手動(dòng)召喚實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) , 補(bǔ)召歷史數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)重新

9、召喚。手動(dòng)召喚實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ：能夠?qū)崟r(shí)的查看某塊電能表的當(dāng)前讀數(shù)。補(bǔ)召歷史數(shù)據(jù)： 該功能主要用于由于網(wǎng)絡(luò)斷開或者服務(wù)器當(dāng)機(jī)等原因造成的數(shù)據(jù)沒有正確的傳 輸?shù)街髡径?，因此需要手?dòng)去召喚這些沒有傳輸過的數(shù)據(jù)。重新召喚歷史數(shù)據(jù)： 該功能主要用于主站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器損壞造成的數(shù)據(jù)丟失。通過該功能模塊 可以把存儲(chǔ)在采集器內(nèi)部的采集數(shù)據(jù)重新招回。運(yùn)行記錄 運(yùn)行記錄包括活動(dòng)日值查看和歷史日值查看?；顒?dòng)日志用以記錄采集器與前置機(jī)之間的所有通 訊操作。歷史日志可以查看用戶登錄信息和應(yīng)用程序的運(yùn)行情況。代碼維護(hù)代碼維護(hù)提供了對(duì) CT代碼、PT代碼、電能表類型、電壓等級(jí)以及抄表項(xiàng)目等編碼的維護(hù)。代 碼維護(hù)提供了統(tǒng)一應(yīng)用的標(biāo)

10、準(zhǔn)，增加了系統(tǒng)的靈活性。4.3 Web層配置管理CT配置管理主要對(duì)系統(tǒng)中的各種基本的參數(shù)設(shè)置?；九渲脜?shù)包括電壓等級(jí)、電能表參數(shù)、 值、PT值和計(jì)量關(guān)系。應(yīng)用配置參數(shù)包括采集器配置、電能表配置、計(jì)量關(guān)系配置和更換電能表。原始數(shù)據(jù)模塊 原始數(shù)據(jù)模塊是顯示抄表數(shù)據(jù)和差值數(shù)據(jù)。在抄表數(shù)據(jù)中顯示電能表當(dāng)天的正向有功、反向有 功、雙向無功、費(fèi)率 1、費(fèi)率 2、費(fèi)率 3、上月電量和電表類的抄表數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)與分析統(tǒng)計(jì)與分析顯示了每個(gè)電表每天的電能量使用情況，分別用表格和圖形兩中形式來直觀地體現(xiàn)， 對(duì)電表的使用情況、峰谷平分布可以一目了然。此外還增加了歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)招功能，可以減少因網(wǎng)絡(luò) 等意外情況而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺

11、漏。4 卜tirfF比 1 if-巾oOl(AFi卻聲近i T1-Bti咼9QCTI 3：El Q0Q 09TOTE曲#lt 1測(cè)0 *d51&MTE aa 5av,4HUR VTfliq D-$errinQHA Mzmo也a aai.靈CibM*?EhXIISd na啦活時(shí)1* rt-0卩aS 7TEPn-stIWM Qaqcw靜5inW宙wn DEaSK jTOWD 41a.o*QUtW逐0網(wǎng)fl .ft0筑鴿蜒用gHUGa &aLBl f tIMAIlB勺9wi n40tiUWmxMlAlffiLBILLUJL4kMJ-JLLW-ij.KAIUL-ttL一皿nu.-.inM sin 莎齊

12、T品1pan3部分統(tǒng)計(jì)屏幕平衡率平衡率是對(duì)一個(gè)變電站電能使用情況的總的描述。使用Java Applet圖象動(dòng)態(tài)顯示變電站的平衡率變化情況。圖中的曲線也可顯示變電站平衡率的變化趨勢(shì)。報(bào)表管理報(bào)表管理提供了每個(gè)變電站電量使用情況的日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表，綜合顯示了每個(gè)變電站使用總量。旁路代供旁路代供提供了在出現(xiàn)電表旁路的情況下的所有處理功能?？梢孕陆ㄅ月反?、旁路代供結(jié)束 后將數(shù)據(jù)進(jìn)行電表間轉(zhuǎn)換。日志管理日志管理記錄了系統(tǒng)用戶的登錄、數(shù)據(jù)出錯(cuò)和修改數(shù)據(jù)的情況。用戶管理用戶管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)用戶的管理（增加用戶、修改用戶信息、刪除用戶）和權(quán)限的管理。5. 系統(tǒng)特點(diǎn)4. 1系統(tǒng)可靠性高系統(tǒng)采用了先進(jìn)的嵌入式工業(yè)

13、主板，作為核心采集單元。與其他廠商所采用的以工控機(jī)為采集 核心相比，具有低功耗，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)時(shí), Watchdog會(huì)自動(dòng)重啟系統(tǒng)，從而保證了系統(tǒng)的高可靠性。4. 2系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、實(shí)用性好系統(tǒng)靈活性強(qiáng)體現(xiàn)在軟件和硬件兩個(gè)方面都可靈活設(shè)置。軟件方面：所有的參數(shù)和代碼都動(dòng)態(tài) 可調(diào)；硬件方面：可根據(jù)變電站的規(guī)模靈活調(diào)整采集單元的數(shù)量?？蓮V泛適用于現(xiàn)場(chǎng)不同類型電度 表的信號(hào)采集，電度表規(guī)約可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。4. 3技術(shù)先進(jìn)系統(tǒng)采用了三層結(jié)構(gòu)和 J2EE技術(shù)。與一般廠家采用 ASP技術(shù)相比具有較好的技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn) 定、高效率、高安全性的特點(diǎn)；適應(yīng)了軟件技術(shù)的發(fā)

14、展潮流。44 系統(tǒng)維護(hù)方便系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程對(duì)采集器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行配置，可配置內(nèi)容包括端口的參數(shù)設(shè)置、采集時(shí)間間隔、 存儲(chǔ)時(shí)限、程序更新等。4 5 通訊模式先進(jìn)一般廠家的電能量采集器采用撥號(hào)方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊 , 由于撥號(hào)方式具有數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、差錯(cuò) 率高等特點(diǎn)，因此采集數(shù)據(jù)的正確性和完整性都不高。本系統(tǒng)采用基于電力高速網(wǎng)的以太網(wǎng)通訊模 式，線路可靠，數(shù)據(jù)正確完整。4 6 一體化設(shè)計(jì)一般廠家的電能量采集器多采用工控機(jī)+多串口卡+通訊MODE,由于系統(tǒng)的接口設(shè)備多，集成度低，因此穩(wěn)定性差。本系統(tǒng)采用了先進(jìn)的嵌入式技術(shù)，將原來由通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在嵌入式芯片內(nèi)部，高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，達(dá)到高度一體化。47 與電力營(yíng)銷系統(tǒng)的無縫連接、有機(jī)整合為了能夠和營(yíng)銷數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享 , 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的時(shí)候就特別根據(jù)營(yíng)銷系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)表進(jìn) 行設(shè)計(jì)，以局編號(hào)作為電能表的唯一編號(hào)。開放了DB2數(shù)據(jù)庫的采集數(shù)據(jù)