CN101207302A

CN101207302A - 配变电的运行与监测管理系统

Info

Publication number: CN101207302A
Application number: CNA2006101616285A
Authority: CN
Inventors: 贺祥梅; 葛永兵; 曹兵军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-06-25

Abstract

本发明涉及配变电技术领域，尤其是一种配变电的运行与监测管理系统。包括有后台运行支持系统、GPRS无线数据通信网络和数据采集终端。后台运行支持系统为主要事务逻辑在服务器端实现、部分应用事务逻辑在前端实现、用户界面完全通过浏览器实现；GPRS无线数据通信网络利用了中国移动公司的GPRS网络，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输；数据采集终端是通过GPRS通信网络将所有数据送到数据服务中心，配合系统进行负荷曲线监视和分析，并自动监视用户的用电情况，主动上报异常事件的提示信息。

Description

配变电的运行与监测管理系统

技术领域

本发明涉及配变电技术领域，尤其是一种配变电的运行与监测管理系统。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，人们对电力的需求已经不仅仅满足于有电用，良好的供电质量和服务水平，成为社会对供电企业要求的重要部分。在电力管理发展过程中，原来以拉闸限电为目的的负荷控制正逐渐向用电管理方向过渡。电力企业为提高供电质量和服务水平，需要有一套完善的用电侧电能管理系统，对与用户直接相关的低压电网运行状态进行实时监测，及时掌握低压配电网运行的情况，适时根据供电需求的增长调整电网负荷，及时发现和定位电网故障，发现异常供电和异常线损，杜绝供电隐患。

长期以来，低压配电网络一直是供电系统运行可靠性的薄弱环节之一，一些配电变压器和配电线路因过载发热、线损率高、电压质量合格率低等，既容易烧毁设备，也容易危及低压电网安全可靠运行，而这些故障却常常被人们忽视。为此，原电力部规定各基层单位要定期上报电压质量合格率和作配电网的可靠性统计，并在“用电管理信息技术规范”中明确提出要掌握配电网络负荷情况及重点用户的年、季、月、日各种负荷曲线等重要信息。但多年来，由于低压配电网络缺乏这方面的自动化检测手段，一般都在每年或每季的几个典型日，由工作人员用钳式电流表逐个测量配电变压器负荷的简单方法，不仅费时费力，也不能反映真实情况，不能解决实际问题。为此，研发、推广低压配电网络的自动监控装置十分必要。

此外，在电力市场向买方市场转变的过程中，供电质量和服务在供电体系中的重要性也日趋增大。同时，由于配网规划和负荷预测等电网管理需要更为详尽的信息和数据，只对馈线进行监测的系统将无法满足需要。因此，应用新技术、新手段、新产品加强对配网的监测和管理、提高电力生产、管理的科技含量也日趋迫切。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服配电变压器和配电线路因过载发热、线损率高、电压质量合格率低等，既容易烧毁设备，也容易危及低压电网安全可靠运行的缺点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种配变电的运行与监测管理系统，包括有后台运行支持系统、GPRS无线数据通信网络和数据采集终端。进一步的所述的后台运行支持系统为主要事务逻辑在服务器端实现、部分应用事务逻辑在前端实现、用户界面完全通过浏览器实现；所述的GPRS无线数据通信网络利用了中国移动公司的GPRS网络，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输；所述的数据采集终端是通过GPRS通信网络将所有数据送到数据服务中心，配合系统进行负荷曲线监视和分析，并自动监视用户的用电情况，主动上报异常事件的提示信息。

本发明的有益效果是，本发明的配变电的运行与监测管理系统作为配网自动化系统和整套用电侧电能管理系统中的最重要的一个环节，综合了现代电子、通信、自动控制、计算机及网络技术，以低压配电网中的配变为监测对象，提供用电在线监测与控制、负荷管理、电能质量管理等功能的全面解决方案。该系统实现了对配电变压器的实时监测、数据采集、电能质量监测、供电可靠性统计与分析、线损分析、负荷预测，并可实现配变台区远方抄表和计费自动化等功能，有效促进供电部门的管理水平，提高电网供电质量及运行的经济性，产生良好的经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

如图1中的系统的具体设计：

一、配变监测实时通信组网的问题：

1、配变运行实时监控对通信的要求

(1)配变监控的数据量较大，实时性要求不太高，监控终端具有存储功能，不必每个配变监控终端同时占用一个通道与配变管理主站通信。

(2)需具备选点召测通信功能，配变管理管理员可随时召测配变监控终端的实时数据。

(3)对影响配变运行的越限告警信号，配变监控终端要及时上传到配变管理主站。

(4)主站、终端建设、安装、维护方便，运行成本低廉。

(5)最好可提供透明传输通道或可兼容多种通信协议。

2、配变监测系统选用通信方式的原则

(1)通信方式的经济性

随着配电自动化和电力管理现代化的广泛开展，配变监测系统的建设的作用变得越来越重要。而在建设配变监测系统的过程中，通信方式的经济性成为衡量是否选用这种通信方式的重要原则之一。选用具体的通信方式来进行具体的配变监测系统的组网，一定要最大限度的考虑利用现有的资源从而降低建设投入，同时还要考虑到今后网络维护的成本等因素。人工抄写配电参数显然不合时宜。作为传统的有线通信方式(RS485总线、现场总线、光纤等)在构建网络时需要大量的投入在购买线缆以及线缆的铺设建设上，而且网络规划复杂，网络维护的费用相当的巨大。因此，有线方式组网经济性极差，在配变监测系统中很少采用这种组网方式。而在无线组网方式中GPRS通信方式的经济性是最佳的，GPRS通信方式非常适合利用在配变监测系统中。

(2)通信方式的可靠性

配变监测系统中传输的数据可分为两类：一类是配变监测终端主动上传到监控中心的各种配变运行的参数、报警信号等数据，这些数据可以清晰的表明配变实际的运行状态；一类是监控中心向配变下发的重要的控制命令等，这些命令可以控制配变具体的操作；这两类的数据非常重要，这就要求通信方式必须可靠保证数据传输。因此，配变监测系统中通信方式的可靠性是选择通信方式的重要基本原则之一。

(3)通信方式的开放性

随着社会的发展，居民的生活水平提高。居民的用电需求和居民用电负荷占地区总负荷的比例不断增大；同时由于一些新的居民小区的不断开发，新的配变在不断的增加；作为配变监测系统中的通信方式必须具备可扩展性，也就是说配变监测系统是一个具有开放性的系统。

(4)通信方式的实时性

配变监测系统中数据的传输必须是实时的，如果不能满足数据传输的实时性，必然会影响具体的判断和控制，这在电力系统中是不允许的。因此，配变监测系统选用的通信方式必须具有一定的传输带宽，从而满足数据传输实时性的要求。

3、通信组网方案

通信技术的迅猛发展，给我们提供了很多的通信手段。为了解决配变监测系统中数量众多、分布分散的配电变压器通信组网的难题，选用合适的通信方式来组建配变监测系统通信网络至关重要。因此，非常有必要对配电网系统中各种通信技术进行分析。

(1)通用分组无线业务(GPRS)

GPRS作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信(3G)的过渡技术，它是在GSM系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，它使用分组交换技术，能兼容GSM并在网络上更加有效地传输高速数据和信令，使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。

由于无线资源采用动态分配方式，一个用户可以分配多个时隙，一个时隙也可以由多个用户共享，用户虽然与网络一直连接，但仅当有数据传送时才占用无线信道资源。GPRS的信道由多个用户共享，不会被独占，可以保证各用户数据的实时传输。GPRS的数据传输速率快，最快可达到171.2kbps。GPRS采用针对数据业务的计费方法，即流量计费方法，与上网时间无关，用户可以时时在线。GPRS的网络接入速度快，数据传输更加稳定、抗干扰能力强。

由此可见，GPRS通信方式使用了分组交换技术，“永远在线”，通信速度高，按流量收费，通信费用低，是移动通信技术和Internet互联网完美结合的产物，并且在一次性投入和网络维护上的开销小，对配电自动化系统内分布范围大、地域比较复杂、实时数据量小、数量众多的配电变压器监测和控制来说可以节省耗费巨大的导线材料和人工费用，而且免除了日常检修和维护费用。同时，具有高可靠性，扩展性和抗干扰性。所以在配变监测系统中运用GPRS通信技术是具有极大的经济效益和切实可行的方案。

(2)GPRS通信技术在配变监测系统中应用的可行性

供电企业通过配变监测系统，将控制中心的控制命令准确地传送到为数众多的远方配电变压器，并且将反映远方配电变压器运行情况的数据信息收集到控制中心。因此配变监测系统对通信网络的依赖性很高，通信网络稳定可靠是配变监测系统正常工作的前提。由于配电变压器数量众多、覆盖面广、距离远，因此高性能、高可靠、低成本、易维护的通信方式的选择是配变监测系统设计的重要内容。

分析配变监测系统中通信数据，主要可分为两类：一类是周期性的召测数据，如配电变压器定点时刻的运行参数；另一类是突发性的数据。这两类数据的规模都不大，每帧数据均小于1K字节。GPRS网络的技术特点特别适用于间断的、突发性的或者频繁的少量的数据传输，也适用于偶尔大数据量传输。因此，GPRS网络满足配变监测系统中数据的通信方式。

GPRS采用分组交换技术，数据传输速率最高可达171.2kbit/s，GPRS支持多种带宽，是对有效带宽的高效利用。因此，GPRS网络完全可以满足配变监测系统中数据的通信速率的要求。

GPRS具有“永远在线”的功能，当终端与GPRS网络建立连接后，即使没有数据传送，终端也一直与网络保持连接，再次进行数据传输时不需要重新连接，而网络容量只有在实际进行传输时才被占用，从而保证了数据交换的实时性。因此，GPRS满足配变监测系统中数据通信的实时性的要求。

GPRS是以传输的数据量，而不是以连接时间为基准来收费的，接入GPRS网络但没有数据传输是不收费的，这使得通信信道的使用费用大大降低。GPRS网络是在现有的GSM网络系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统，在一次性投入和网络维护上的开销小，可以节省耗费巨大的导线材料和人工费用，而且免除了日常检修和维护费用，同时，具有高可靠性，扩展性和抗干扰性。因此，GPRS满足配变监测系统数据通信的高可靠和低成本的要求。

综上所述，在配变监测系统中使用GPRS无线通讯网络来完成对数量众多、覆盖面广、距离远的配电变压器进行实时监控是一种行价比高、切实可行的方案。

(3)GPRS通信技术在配变监测系统通信网络中应用模式

GPRS的配变监测系统通信网络是配变监测终端中的GPRS无线终端与集中监控主站系统之间数据传输的通道，通信网络的构成有以下两种方案。

第一种通信网络构成方案采用GPRS与Internet相结合的通信连接方式，集中监控主站通过这种通信连接方式，集中监控配变数据采集终端的数据信息。每台分散的配变数据采集终端上安装GPRS无线终端，GPRS无线终端通过串口与配变数据采集终端的串口通信，GPRS无线终端需要安装移动通信公司的SIM卡，并到移动通信公司申请开通普通的GPRS业务，无需申请开通专门的GPRS业务。GPRS无线终端上电后，经过初始化操作、激活PDP上下文、设定服务质量等级、拨号呼叫连接后登录到GPRS网络，再通过移动Internet的接入点获得外部IP地址，建立访问Internet的通道；具有独立IP地址的集中监控主站与Internet相连。这样集中监控主站与GPRS无线终端通过GPRS与Internet网络进行通信，实现集中监控的各项功能。

第二种通信网络构成方案是GPRS和虚拟专用网络(VPN)技术相结合的通信连接方式，虚拟专用网络采用隧道技术以及加密、身份认证等方法，利用公共网络设施在远端用户之间提供类似专网的连接技术。在每台配变数据采集终端装置上安装GPRS无线终端，硬件、软件的实现方式类似与第一种方案。与第一种方案不同之处是需要向中国移动通信公司申请VPN业务，从而可以把所有的配变数据采集终端和集中监控主站连接成VPN。这样集中监控主站与配变数据采集终端之间可以进行通信。

比较这两种方案，方案一通信网络构成成本较低，但GPRS无线终端作为网络主机，暴露在Internet网络上，有遭受攻击的可能，并且GPRS无线终端发送和接收的数据没有加密处理，数据传输安全性低；方案二GPRS无线终端与集中监控主站系统之间数据是在加密后“虚拟专用网络”中传输的，数据传输的安全性强，而且终端设备之间也可以进行通信，但是这种方案建立“虚拟专用网络”费用很高。因此，在注重网络通信费用少，数据安全性要求不高的情况下，采用方案一较好。而在通信数据安全性要求高，可以承受高的网络通信费用的情况下，采用方案二。

二、配变监测终端硬件设计

配变监测终端以采集、计量为主，集监控、报警、显示、通信功能于一体。配变监测终端采用高速、高精度采样技术提供准确稳定的数据，是整个配变监测系统中的数据源。运行支持系统对从配变数据采集终端接收到的数据进行各项应用处理，并以此基础数据提供各种支持服务和管理功能。

1、配变监测终端硬件组成及工作原理

配变监测终端由配电变压器数据采集单元和GPRS无线数据通信终端两个相对独立的部分组成，配电变压器数据采集单元由高精度电流、电压采集器，高速高精度模数转换器、高速信号处理器、实时时钟、液晶显示和功能按键人机接口、数据通信接口等部分组成，在高速数据处理器的控制下，配电变压器数据采集单元中的高速模数转换器(A/D)将来自电压、电流高精度采样器的模拟信号转换成数字信号，并对其进行数字运算，并依据相应需量等要求进行处理，其结果保存在数据存储器中，并根据需要向外部接口提供信息和进行数据交互。

配电变压器数据采集单元实时采集配电变压器低压侧的三相电流、三相电压，利用高速信号处理器的强大技术功能，得到配变的实时参数，如三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量等，并暂存在非易失数据存储器中。当监控中心下发召测指令时，TTU将暂存的数据通过GPRS通信模块传送到监控中心供分析处理。此外，当现场运行数据越限或装置本体故障时，本单元还可通过GPRS通信模块主动上传报警数据，提醒运行人员及时处理。

GPRS无线终端是实现GPRS业务的关键设备，起到连接配变数据采集终端和GPRS网络的作用。GPRS无线终端将现场配变数据采集终端的数据发送至中国移动GPRS网络上，接收由GPRS网络传输的集中监控主站系统下发的各项命令，再传送至配变数据采集终端。

2、配变监测硬件设计

配变监测终端是实现配变监测系统的关键设备，起到在配变现场采集数据并通过GPRS无线网络来传送数据到监测中心的作用，同时可以接受监测中心的控制命令实现对配变的运行控制。配变监测终端将现场配电变压器数据发送至中国移动GPRS网络上，再通过Internet发送到具有独立IP地址的集中监控主站系统；接收由Internet、GPRS网络传输的集中监控主站系统下发的各项抄表命令，处理后再传送至配变采集终端。

在基于GPRS技术的配变监测系统中，本着高性价比的设计思想，通信网络方案选择GPRS和Internet相结合的方案，配变监测终端中采用高速DSP+32位嵌入式系统的设计方案。以下章节中将详细介绍配变监测系统中关键设备——配变监测终端软硬件的设计。

(1)配变监测终端的硬件总体设计

按照的功能模型，配变监测终端的硬件结构运用模块化的设计方法，主要分成主处理器模块、存储模块、串口通信模块、GPRS通信模块、人机界面模块、数据采集模块、开关电源等几个部分

三、运行支持系统设计

1、运行支持系统与GPRS无线通信终端之间的通信体系结构

运行支持系统与GPRS无线终端之间采用经典的C/S(Client/Server)结构，即客户端/服务器体系结构。由于运行支持系统与GPRS无线终端之间只进行简单的通信数据交换应用，没有其它复杂的网络应用项目，故采用2层模式的C/S结构。

由于GPRS网络服务器动态分配接入节点的IP地址，因而无线终端每次上线获取的IP地址都是随机的，因此只能够作为C/S结构下的Client(客户端)。运行支持系统中负责通信任务的通信主机，采用Windows 2000Server操作系统，利用操作系统提供的API函数和套接字功能建立通信Server(服务器)。

通信主机与无线终端之间传输层采用面向链接TCP的协议。通信主机开辟一个监听端口，等待无线终端的主动链接；GPRS无线终端一旦拨号上GPRS网络后，便向事先配置好的通信主机IP地址和监听端口发起链接，Sever一旦监听到链接申请之后，便保持链接，在通信主机和无线终端之间建立起虚拟的物理链路，依靠该链路，便可实现通信主机与GPRS无线终端之间的数据收发通信，

配电变压器由于安装地点分散、设备数量众多、运行环境恶劣、地理地形分布不平衡常规的光纤通信、有线电缆、电力载波通信组网无论在技术上，还是资金投入产出比上都不太可行。针对以上问题，项目研究过程中对GPRS的数据业务进行了比较分析，从技术可靠性、稳定性、经济性及安全性等方面综合考虑，提出基于GPRS无线通信技术，利用中国移动公司现有GPRS网络研制开发新型的配变电的运行与监测管理系统。

Claims

1.一种配变电的运行与监测管理系统，其特征是：包括有后台运行支持系统、GPRS无线数据通信网络和数据采集终端。

2.根据权利要求1所述的配变电的运行与监测管理系统，其特征是：所述的后台运行支持系统为主要事务逻辑在服务器端实现、部分应用事务逻辑在前端实现、用户界面完全通过浏览器实现。

3.根据权利要求1所述的配变电的运行与监测管理系统，其特征是：所述的GPRS无线数据通信网络利用了中国移动公司的GPRS网络，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输。

4.根据权利要求1所述的配变电的运行与监测管理系统，其特征是：所述的数据采集终端是通过GPRS通信网络将所有数据送到数据服务中心，配合系统进行负荷曲线监视和分析，并自动监视用户的用电情况，主动上报异常事件的提示信息。