CN101354408B - 基于台区集中服务终端的电能采集与运行管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
基于台区集中服务终端的电能采集与运行管理系统与方法，设有主站系统、台区集中服务终端、电能表采集器、以及台区电能表、居民电能表；主站系统负责数据采集、处理、管理分析和输出等服务，对系统的运行状态进行监控和升级；主站系统与台区集中服务终端之间使用GPRS或CDMA和RS232两种信道通信；台区集中终端对配变监测、用电现场管理、抄表集中器等功能；下行选择使用RF窄带无线射频数传/电力载波/RS485接口与电能表采集器通讯，下发抄表任务给电能表采集器，该终端收集各采集器所抄读的电表信息，并对所有的电表信息进行分析；上行通过GPRS/CDMA信道将所有数据传送至主站系统。
Description
一、技术领域
本发明属于电力自动化技术领域，尤其涉及用于电力系统的配电自动化系统。
二、技术背景
西方发达国家于上70年代末开始，积极地开展配电自动化工作，目的在于为了降低运营成本，提高供电可靠性和供电质量，争取更多的用户。日本在70年代就开始进行高电压大容量的配电方式，并着手开发依靠配电设备及继电保护进行配电网络自动化运行的方法，电网供电可靠性得到显著的提高，日本1997年度平均每户停电0.1次，每次平均8分钟，可靠性居全球之首。美国长岛电力公司在1994年采用850台FTU和无线数字电台组成了故障快速隔离和负荷转移的配电自动化系统，在4年内避免了59万个用户的停电故障。意大利、韩国、台湾于90年代也完成了局部配电系统的馈线自动化，并建立了自己配电自动化网络。
我国配电自动化起步于20世纪90年代，尽管相对于发达国家晚了近20年，但发展迅速，国家电网公司在城市和农村电网改造建设中投人了大量的资金，有规划有步骤地进行了10KV配电网的改造实施，提高了电网供电的可靠性，逐步对供电网络进行了改造，铺设了完善的光纤通信网络，大大提高了配网自动化系统的可靠性、稳定性及安全性，使得中国的电力电网在近几年内有了快速的发展，这也为配电自动化大规模推广实施奠定了基础。
作为配电自动化的关键设备之一，配电监测终端已从早期的功能单一、通信方式简单的结构，朝着智能化、小型化、多功能化的方向发展，并正在探索电力系统自动化的多种通信方式。目前国外研制的配电监测设备，由于操作方式、技术差异以及高昂价格，并不能完全适合我国配电网的现状和电力营销管理的需求。同时随着计算机技术、通信技术以及电力事业的飞速发展，国内许多厂家和研究单位纷纷研制和开发各种具有一定技术应用价值的配电自动化产品，实现了覆盖一定区域内的用电现场管理系统、配变管理系统、集抄系统的一些成功案例，但总的来看，这些早期建设系统处在明显的不足：单一系统各自为政，信息和数据共享程度低，低水平的重复开发状况突出，信息“孤岛”现象严重，造成了大量的资金重复投资，同时系统过多给基层带来应用困难，维护得不到保证。
三、发明内容
本发明目的是：根据电力计量及营销管理的发展和需要，在国内外配电监测终端研究与发展状况的基础上，提出一种融合配电变压器监测、集中抄表、网络电能表等多种功能于一体的智能型台区集中服务终端，并在此终端基础上实现配变数据的采集、处理、多模式的数据传输，以及集中抄表等功能，并在此终端基础上构建统一的计量销售侧电能信息采集平台的系统方案，用一种全新的集约化、多元化、实用化的综合数字化管理平台取代以往那种单一系统的模式。
本发明的技术方案：基于台区集中服务终端的电能采集与运行管理系统及方法：设有主站系统、台区集中服务终端、电能表采集器、以及电能表(含台区表、居民表)。主站系统由数据库服务器、前置机、WEB发布服务器和客户端计算机组成。主站系统主要负责数据采集、处理、管理分析和输出等服务，还可以方便的对系统的运行状态进行监控和升级，以保证系统的正常运行；主站系统与台区集中服务终端之间可以使用GPRS/CDMA/RS232等多种信道通信。用户通过对分析报表和曲线监控到现场配电的运行状况，对现场出现的异常情况采取相应的措施，为提高系统供电可靠性，降低线损，合理分配各配电线路的负荷。
主站系统包括数据库服务器、前置机、WEB发布服务器和客户端计算机。前置机通过GPRS/CDMA网络与台区集中服务终端连接，进行数据传输；而数据库服务器的后台管理软件实现系统的档案维护、数据的采集以及数据的处理分析；前置机与数据库服务器后台之间通过TCP/IP协议进行通讯，多台服务器或计算机的后台可同时与前置机进行通讯；数据库服务器后台管理软件分为集抄系统管理主站软件、配变监测管理主站软件、配变监测分析软件、配变监测自动服务软件及数据库；集抄系统管理主站软件是采集用电户的实时用电信息，及其数据曲线；配变监测管理主站软件完成终端参数的设置与查询、数据的采集、实时监测、告警等；配变监测分析软件主要功能包括数据分析曲线及数据统计报表等功能；配变监测自动服务软件主要功能是对自动数据的维护，即当对上报数据、通讯维护数据、告警数据的自动存库和处理的功能；数据库是采集回来数据的存储场所，为配变监测分析软件提供原始数据。
台区集中终端实现了配变监测、用电现场管理、抄表集中器等功能。下行可以选择使用RF窄带无线射频数传/电力载波/RS485接口与电能表采集器通讯，下发抄表任务给电能表采集器，该终端收集各采集器所抄读的电表信息，并对所有的电表信息进行分析；上行通过GPRS/CDMA信道将所有数据传送至主站系统。通过RS485接口，该终端还可以抄读台区总表的相关数据，实现台区用电现场管理。台区集中服务终端即配变集中服务终端自带电能计量功能，可以直接计量低压配电变压器的计量供电量和售电量；
电能表采集器通过RS485接口与居民电能表通信；根据抄表任务要求，将采集的电能表数据通过窄带无线射频数传或电力载波方式上报台区集中服务终端分析处理。
另设有便携式掌抄器：便携式抄收器为一台装有专用程序的掌上电脑，便携式抄收器通过红外接口将各自独立工作的电能数据采集器的耗能数据采集后，集中记录并保存起来，再由工作人员携带到机房后传输给管理中心主站系统。
台区集中服务终端，由高速32位嵌入式微处理器系统构成的处理模块、采样模块、GPRS或CDMA通信模块、窄带无线射频数传及电力载波通信模块、按键处理模块、电源模块、显示模块、电力载波模块、外围硬件接口构成，采样模块专用芯片连接电力系统二次侧电压、电流、功率、频率信号输入端，采样模块的AD转换输出连接处理模块，按键处理模块、电源模块、显示模块亦连接处理模块相应端口，处理模块的输出接窄带无线射频数传通信模块、电力载波和GPRS或CDMA通信模块，由处理模块完成分析、运算并存储起来；处理模块是核心的部分，采用高速32位嵌入式微处理器；主站可以远程通过通信模块将实时、历史等数据召回；同时也可以通过按键当地查看终端多项数据显示的内容。终端针对配电自动化系统多种层次的通信需要。适应GPRS/CDMA/RS485/窄带无线射频数传及电力载波通信等多种通信模式的接口电路，满足了配电自动化系统数据通信的要求。电源模块连接模块直流电源输入端，并实现交流信号输入到直流工作模块的电气隔离，保证各个模块的工作安全；系统终端框图如图3所示。
本发明是有益效果是：实现综合实时配电变压器监测、集中抄表、网络电能表以及无功补偿等功能于一体的智能型台区集中服务终端。并能够实现用电监测、计量监测、抄表集中器、考核计量、无功补偿控制、自动抄表、电能质量分析、电压合格率统计、三相负荷平衡度监测于一体功能；从而实现线路、台区线损率统计分析自动生成各项管理数据、分析曲线、报表等、实现计量设备异常监测和变压器异常监测并远程报警等功能；
本发明有益效果是：对现有的用电管理系统和集抄系统以及相关备提供了两种接入方式：(1)可支持标准规约的终端：对于这部分终端处理相对比较简单。可以直接接入到系统前置机，由管理平台软件自动接收处理数据。(2)不支持标准规约的终端：这部分终端可以由其厂家独自组成系统进行数据采集，之后通过接口软件将数据以某种特定格式转存到数字化管理平台数据库中。或由该厂家提供数据传输规约，由前置机扩展支持该种规约。(参见图1系统总体结构)。
四、附图说明
图1系统总体结构图
图2主站系统软件结构图
图3台区集中服务终端原理框图
图4电能量采集器原理框图
五、具体实施方式
1)主站系统
主站系统包括数据库服务器、前置机、WEB发布服务器和客户端计算机：所有的用户数据最终将在主站系统的管理中心计算机上保存，累计和费用计算，管理中心计算机除了对用户的用电信息进行全面的抄收，管理外，还可以方便的对系统的运行状态进行监控，以保证系统的正常运行；主站系统与配变集中服务终端之间可以使用GPRS/CDMA/RS232等多种信道通信。
本发明电力“数字化营销”电能采集与运行管理平台主要由计算机信息管理主站系统、台区集中服务终端(也称为配变集中服务终端)、电能表采集器、电能表(含台区表、居民表)等组成，还可以根据时间需要增加便携式掌抄器，系统总体结构组成如图1所示。其中，台区集中服务终端不仅负责采集配变台区和各用电户的各类运行数据，而且通过电能表采集器收集居民用户的用电数据，然后通过GPRS/CDMA移动公共数据网络将各种数据远程传输到主站，并由主站软件对现场数据进行召测、监控、分析从而实现对远程变电站运行数据采集、分析或者对大用户远程用电现场监控、分析等功能，以及居民用户电能集中抄表功能。
“数字化营销”管理平台软件系统是“数字化营销”管理平台的重要组成部分，软件系统结构如图2所示。主要负责数据采集、数据处理、数据管理分析和数据输出等服务，画面显示、数据监视、报警记录、曲线显示、报表打印、数据查询、统计、WEB数据浏览等。用户可以通过对分析报表和曲线的浏览就可以了解到现场配电的运行状况，从而可以快速的实现对现场出现的异常情况采取相应的措施，为提高系统供电可靠性，降低线损，合理分配各配电线路的负荷等提供了一定的科学依据。
“数字化营销”管理平台主站软件提供良好的人机界面，符合相关标准，包括三大部分即后台管理软件、前置机软件及Web发布系统(参见图2)。
前置机相当于一个通讯转换程序，它直接与通讯设备连接，负责与终端的数据传输；而后台管理软件则是负责维护系统的档案、数据的采集以及数据的处理分析的应用软件。各部分之间是相对独立的，前置机与后台之间通过TCP/IP协议进行通讯，多后台可同时与前置机进行通讯，从而保证了系统的分布式应用特点。
后台管理软件又分为集抄系统管理主站、配变监测管理主站、配变监测分析软件、配变监测自动服务软件及数据库等。集抄系统管理主站主要功能是采集召测个用电户的实时用电信息，及其曲线数据等功能；配变监测管理主站主要功能包括通道的管理、操作员管理、系统档案和终端档案的管理、终端参数的设置与查询、数据的采集、实时告警等；配变监测分析软件主要功能包括数据分析曲线及数据统计报表等功能；配变监测自动服务软件主要功能是对自动数据的维护，即当对上报数据、通讯维护数据、告警数据的自动存库和处理的功能；数据库是采集回来数据的存储场所，为配变监测分析软件提供原始数据。
2)台区集中服务终端
台区集中服务终端即配变集中服务终端：每个集中抄表系统都至少设有一台配电或配变集中服务终端，该终端的工作任务是下发抄表任务给集中抄表系统的电能表采集器，该终端收集各采集器所抄读的电表信息，并对所有的电表信息进行分析，再通过GPRS/CDMA/RS232等信道，将所有数据上报到主站系统。通过RS485接口，该终端还可以抄读台区总表的相关数据，实现台区用电现场管理。台区集中服务终端即配变集中服务终端自带电能计量功能，可以直接计量低压配电变压器的计量供电量和售电量。这是一种综合实时配电变压器监测、集中抄表、网络电能表以及无功补偿等功能于一体的智能型台区集中服务终端。能够实现用电监测、计量监测、抄表集中器、考核计量、无功补偿控制、自动抄表、电能质量分析、电压合格率统计、三相负荷平衡度监测于一体功能；从而实现线路、台区线损率统计分析自动生成各项管理数据、分析曲线、报表等、实现计量设备异常监测和变压器异常监测并远程报警等功能；台区集中服务终端采用高速32位嵌入式微处理器，如采用ARM和GPRS的无线数据传输模块，，通过GPRS模块利用GPRS网络进行信息交互。ARM处理器(S3C44B0X)移植了嵌入式操作系统，模块化设计；包括采样模块、处理模块、GPRS通信模块(如采用M32)、窄带无线射频数传通信模块、按键处理模块、电源模块、显示模块、电力载波模块及一些外围的硬件接口完成了终端的全部功能，系统原理框图如图3所示。电源模块给其它所以的模块提供所需的直流电源，并实现交流信号输入到直流工作模块的电气隔离，保证各个模块的工作安全；通过采样模块里专用芯片完成二次侧电压、电流、功率、频率的转换送到处理模块完成分析、运算并存储起来；处理模块是核心的部分，采用高速32位嵌入式微处理器；主站可以远程通过通信模块将实时、历史等数据召回；同时也可以通过按键当地查看终端多项数据显示的内容。终端针对配电自动化系统多种层次的通信需要。提出并设计一种能适应GPRS/CDMA/RS485/窄带无线射频数传及电力载波通信等多种通信模式的接口电路，满足了配电自动化系统数据通信的要求(参见图3)。
3)电能表采集器
电能表采集器：与配变集中服务终端之间通过RF无线(窄带无线射频数传或称小无线)或电力载波方式通信，接收配电服务终端所发的抄表指令，抄读与采集器RS485口相连接的电能表数据，并将抄收所得数据上报配电服务终端，由终端保存、分析。本发明的电能采集器是用于电能表信息实时采集。可应用于工业三相电能表与城乡居民单相用电户电能表信息实时采集，便利了供电部门进行集中抄表和维护，极大的减轻了抄表人员的工作量。电能表采集器32位嵌入式微处理器系统，模块化设计；包括处理模块、GPRS通信模块、窄带无线射频数传通信模块、红外接口、RS485接口、电源模块、显示模块，并可根据需要适当增加GPRS/CDMA模块、电力载波模块等通信方式。电能表针对通信接口的灵活设计，可以提供GPRS/CDMA/RS485/窄带无线射频数传及电力载波通信等多模通信方式，满足了配电自动化系统数据通信的不同层次的需求和灵活组网，系统原理框图如图4所示。。
4)另设有便携式掌抄器：便携式抄收器为一台装有专用程序的掌上电脑，便携式抄收器设有红外接口将各自独立工作的电能数据采集器的耗能数据采集后，集中记录并保存起来，再由工作人员携带到机房后传输给管理中心计算机。它带有RS485接口与数据采集器或微机连接，通过操作抄收器上的键盘，便可实现与数据采集器或微机的通讯。可以用于系统出现意外情况时的备用通讯。
Claims (3)
1.基于台区集中服务终端的电能采集与运行管理系统，其特征是设有主站系统、台区集中服务终端、电能表采集器、台区电能表、居民电能表；主站系统由数据库服务器、前置机、WEB发布服务器和客户端计算机组成；主站系统负责数据采集、处理、管理分析和输出服务，对主站系统的运行状态进行监控和升级，以保证主站系统的正常运行；主站系统与台区集中服务终端之间使用GPRS或CDMA和RS232两种信道通信；用户通过对分析报表和曲线的浏览了解现场配电的运行状况，对现场出现的异常情况采取相应的措施，为提高系统供电可靠性，降低线损，合理分配各配电线路的负荷提供一定科学依据；
台区集中服务终端实现配变监测、用电现场管理、抄表集中器功能；下行选择使用RF窄带无线射频数传/电力载波/RS485接口与电能表采集器通讯，下发抄表任务给电能表采集器，该台区集中服务终端收集各电能表采集器所抄读的电表信息，并对所有的电表信息进行分析；上行通过GPRS/CDMA信道将所有数据传送至主站系统；通过RS485接口，该台区集中服务终端抄读台区电能表的相关数据，实现台区用电现场管理；台区集中服务终端即配变集中服务终端自带电能计量功能，直接计量低压配电变压器的计量供电量和售电量；
电能表采集器通过RS485接口与居民电能表通信；根据抄表任务要求，将采集的电能表数据通过窄带无线射频数传或电力载波方式上报台区集中服务终端分析处理；
台区集中服务终端由高速32位嵌入式微处理器系统构成的处理模块、采样模块、GPRS或CDMA通信模块、窄带无线射频数传及电力载波通信模块、按键处理模块、电源模块、显示模块、电力载波模块、外围硬件接口构成，采样模块专用芯片连接电力系统二次侧电压、电流、功率、频率信号输入端，采样模块的AD转换输出连接处理模块，按键处理模块、电源模块、显示模块亦连接处理模块相应端口，处理模块的输出接窄带无线射频数传通信模块、电力载波和GPRS或CDMA通信模块，由处理模块完成分析、运算并存储起来；处理模块采用高速32位嵌入式微处理器；主站系统远程通过通信模块将实时、历史数据召回；同时也通过按键当地查看终端多项数据显示的内容。
2.根据权利要求1所述的基于台区集中服务终端的电能采集与运行管理系统，其特征是设有便携式抄收器，便携式抄收器为一台装有专用程序的掌上电脑，便携式抄收器设有红外接口将各自独立工作的电能表采集器的耗能数据采集后，集中记录并保存起来，再由工作人员携带到机房后传输给主站系统。
3.根据权利要求1所述的基于台区集中服务终端的电能采集与运行管理系统，其特征是主站系统数据库服务器的后台管理软件分为集抄系统管理主站软件、配变监测管理主站软件、配变监测分析软件、配变监测自动服务软件及数据库；集抄系统管理主站软件是采集用电户的实时用电信息及其数据曲线；配变监测管理主站软件完成终端参数的设置与查询、数据的采集、实时监测和告警；配变监测分析软件功能包括数据分析曲线及数据统计报表功能；数据库是采集回来数据的存储场所，为配变监测分析软件提供原始数据。
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