CN102969796B - 一种农网近实时电量监测与调度管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农网近实时电量监测与调度管理系统。该系统开发远程前端数据采集转发装置连接多功能电能表，并通过光纤接入Internet网络，实现了实时电量的采集、传输；同时配合开发的服务器后台电量调度与管理软件实现了整个农网实时电量的监控、调度与管理综合功能。与电力系统专用的数据采集与监视系统（SCADA）相比，不需要专门的电力专网，建设及维护费用低，只要农网中需监测的采集点配置有多功能电能表，该采集点信息即可通过远程前端数据采集转发装置接入系统，适用于测量节点多，规模易变的农网。另外，与目前的电量计量管理与收费管理系统相比，其采样光纤作为通信通道，通过Internet网络实现远程数据传输，数据传输容量大，实时性得到了满足。

Description

一种农网近实时电量监测与调度管理系统

技术领域

本发明属于电力系统信息化技术领域，更为具体地讲，涉及一种农网近实时电量监测与调度管理系统，用于农网远程电量采集、监测与调度管理。

背景技术

中国的电力事业发展迅猛，特别是农村电力市场发展极为迅速。农村用电量年均增长率都高于全国平均水平，占全国用电量比重增加很快。1998-2007年，国家电网公司经营区域内的农村用电量年均增长16.4%，高于全国同期用电增长速度约5.5个百分点，县及县以下用电量占全社会用电量比重由1998年的44.1%提高到2007年的53%，农村地区的工业化、城镇化进程明显加快。由于农村电网（简称农网）技术水平低、安全可靠性差、电能质量差等问题，需要对农网运行状况进行在线监控，提高农电生产可靠性及农网调度的自动化水平。

目前，国内农电生产的电力企业，发电厂以及变电站等地的电量采集、监测、调度管理系统设备功能比较陈旧，没有形成统一规范，所以很难应用于现代化信息管理的体制，不适合远程集中管理和调度，同时造成人员劳动力成本的升高，影响了企业的减员增效，同时制约了企业信息化发展的进程。因此，企业需要投入资金对部分设备的改造和升级，通过现代化的信息技术手段，实现一种远程的，无人值守的电量采集、传输、监控、调度、管理为一体的信息化系统，缩减劳动力成本的投入，同时提高管理调度的效率和可靠性、满足实时性要求。

随着现代电子技术、通信技术以及计算机及网络技术的飞速发展，电量采集由传统的人工抄表方式转变为利用智能装置自动抄收电量数据。目前市面上的电能自动抄表系统已经能够将电能表所记录的用电量等数据，通过采集、传输汇总到统计部门，代替人工抄表及后续相关工作，提高了电力管理部门的工作效率。

但是对于电网的实时性监测和调度管理，目前集中于研究110KV及以上的特高压电网和大区域互联电网的监测和调度。图1是现有技术中电力系统专用的数据采集与监视系统（SCADA）。该系统为一种定制系统，一般分为三层结构，即远程数据采集层，协议传输层和应用管理层。远程分站采集装置（RTU）根据所监测设备的特点进行定制，待测设备需准备测量接口，RTU采集符合相关行业协议标准甚至各厂家的私有协议。采集数据的传输是通过专用总线协议和网络完成的，为保证数据的实时性和安全性，所有传输线路必须独立架设至应用管理层的中心服务器，有条件的地方借助电力光纤专网传输。应用管理层采用双备用设计，中心服务器和热备份系统同时工作，避免单系统出现故障和丢失数据的情况下，整个数据采集与监视系统还能正常运行。对数据采集与监视系统的管理采用客户端/服务器的管理模式。该系统的弱点在于系统配置灵活性差，专用传输线路和系统投资大，虽然系统实时性和安全性有很高保证，对于大型发电厂和变电站监测效果可靠。但是建设费用和维护费用对于农网设备分散性强，设备类型复杂，测量节点多，系统规模易变化等特点，该系统不是最好的选择，实际在农网监测与调度管理中鲜见应用。

现有技术的电量测量管理系统主要针对电量计量。目前一些电业局在电量计量管理和收费作业当中已经采用了这种系统，如图2所示，其结构特点在于：分装在用户的电能表（也可以是装电力线路上的计量表），通过电力线载波作为传输媒介，按照电力计量DL97协议的标准格式将数据收集到集中器中，集中器负责收集一个区域范围内的各计量点的数据，集中后通过移动GPRS数据服务将数据转发到Internet网上一个IP（域名）地址服务器上，该服务器配置数据库管理和服务器访问应用程序，供Internet网上相关远程访问终端访问。该系统主要为解决电能计量和电能收费问题，如将其改造成一个电量监测与调度管理系统，其弱点在于：该系统数据传输容量小，频次稀疏，主要采用定时间节点采集方案，另外GPRS网络不稳定，长时间在线传输稳定性差，数据丢失问题严重，所以该系统不具备实时性要求，尚不能对于农网的实时电量监测和调度管理问题做出有效贡献。

对应于农业电网，尤其是35KV及以下电业等级的农业电网，由于线路分散性强，线损率高，管理成本大，往往疏于监管，造成电能质量低、能源浪费高、故障隐患多等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种建设以及维护费用低的农网近实时电量监测与调度管理系统，并能满足农网实时电量监测和调度管理的要求。

为实现上述发明目的，本发明农网近实时电量监测与调度管理系统，包括：

若干个多功能电能表，分别用于获取农电生产现场各发电机的发电电量、变电站以及各输电线路的用电电量；

其特征在于，还包括：

远程前端数据采集转发装置，该装置具有RS-485通信接口，用于通过RS-485通信接口实时采集各个多功能电能表的电量数据，对采集的电量数据进行解析，将解析出的电量重新进行封装，使其转换为符合TCP/IP协议的远程传输数据包，然后通过远程通信链路转发到数据中心站服务器；

远程通信链路，该远程通信链路是电量数据传输的媒介，是连接远程前端数据采集转发装置和数据中心主站服务器的桥梁，采用光纤作为通信通道，通过Internet网络，实现远程数据传输与接收功能；

数据中心主站服务器，用于对接收的电量数据包进行解析，得到电量；该服务器采用.NET技术搭建服务器站点，根据得到的电量进行实时监测、数据分析、曲线绘制、调度管理等功能，同时提供远程访问接口。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明农网近实时电量监测与调度管理系统利用多功能电能表和远程前端数据采集转发装置开发，实现了用电电量的采集、传输、监控、调度、管理的综合功能。该系统有利于规范农电生产和调度管理中心的操作流程，提高了农电生产管理效率及调度信息化水平，极大的改善了农网运行管理的可靠性、实时性和规范性，提高了电力企业的经济技术指标及现代化管理水平。与电力系统专用的数据采集与监视系统（SCADA）相比，不需要专门的电力专网，建设及维护费用低，同时农网中的多功能电能表以及数据不同，只要修改远程前端数据采集转发装置即可，能适用测量节点多，规模易变的农网。另外，与目前的电量计量管理与收费管理系统相比，其采样光纤作为通信通道，通过Internet网络实现远程数据传输，数据传输容量大，实时性得到了满足。

附图说明

图1是现有技术中电力系统专用的数据采集与监视系统原理图；

图2是现有技术的电量测量管理系统原理图；

图3是本发明农网近实时电量监测与调度管理系统一种具体实施方式原理图；

图4是数据采集转发程序运行界面；

图5是数据接收服务程序界面；

图6是九龙滩电厂电气主接线图界面；

图7是电量监测与调度管理系统现场电表数据采集之江源用电界面；

图8是电量监测与调度管理系统现场电表数据采集之江源发电界面；

图9是电量监测与调度管理系统数据及曲线历史记录汇总界面；

图10是电量监测与调度管理系统电量数据单日汇总界面；

图11是电量监测与调度管理系统电压曲线单日汇总界面；

图12是电量监测与调度管理系统电流曲线单日汇总界面；

图13是电量监测与调度管理系统有功功率曲线单日汇总界面；

图14是电量监测与调度管理系统无功功率曲线单日汇总界面；

图15是电量监测与调度管理系统有功历史记录查询汇总界面；

图16是电量监测与调度管理系统有功历史记录单日汇总界面；

图17是电量监测与调度管理系统淮电线电量统计汇总界面；

图18是电量监测与调度管理系统线路峰平谷统计汇总界面；

图19是电量监测与调度管理系统线路电量单日汇总界面；

图20是电量监测与调度管理系统实时负荷发电功率曲线界面；

图21是电量监测与调度管理系统竹篙线实时有功功率界面；

图22是电量监测与调度管理系统淮电线实时有功功率界面；

图23是电量监测与调度管理系统线路报警历史汇总界面；

图24是电量监测与调度管理系统线路有功功率越线记录月汇总界面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图3是本发明本发明农网近实时电量监测与调度管理系统一种具体实施方式原理图。

在本实施例中，如图3所示，本发明农网近实时电量监测与调度管理系统包括若n个多功能电能表1、远程前端数据采集转发装置2、远程通信链路3以及数据中心主站服务器4。

多功能电能表1获取农电生产现场各发电机的发电电量、变电站以及各输电线路的用电电量，然后通过RS-485通信接口将实时采集电量数据发送给远程前端数据采集转发装置2。

多功能电能表1是本发明农网近实时电量监测与调度管理系统构建的基础，它决定系统的测量性质和准确性。在本实施例中，采用三相电子式多功能电能表，其支持国家电力行业标准《多功能电能表通信规约》（DL/T645-1997）和《多功能电能表通信协议》（DL/T645-2007）所规定的抄表协议。

远程前端数据采集转发装置2是联系多功能电能表1和数据中心主站服务器4的桥梁，是数据解析、数据缓存和传输的中继站，本发明的标志性部件。在本实施例中，每个远程前端数据采集转发装置2由FPGA模块201和ARM处理器与辅助模块202构成，负责数实时采集的电量数据的解析、重新封装、转发等任务。在本实施例中，远程前端数据采集转发装置2有RS-485通信接口，每个装置可以同时抄收8路多功能电能表1的实时电量数据。

在本实施例中，如图3所示，FPGA模块201包括RS485接口2011、解析模块2012以及RAM缓存2013，基于一片FPGA芯片开发。FPGA模块201通过RS485接口2011接收来自多功能电能表1实时采集的电量数据，在解析模块2012中进行解析，将解析出的电量存储到RAM缓存2013中。

ARM处理器与辅助模块202包括ARM处理器2021、网络控制器2022、RJ-45接口2023、驱动器2024、RS485接口2025，ARM处理器2021读取RAM缓存2013中解析的数据重新进行封装，使其转换为符合TCP/IP协议的远程传输数据包，然后通过网络控制器2022、RJ-45接口2023与远程通信链路3连接，并通过远程通信链路3转发到数据中心站服务器4。在本实施例中，如图3所示，ARM处理器2021还通过驱动器2024、RS485接口2025将电量发送到本地的数据备份机。

在本实施例中，远程通信链路3包括WAN到光纤接口转换装置301、Internet网络302以及光纤接口到WAN转换装置303，远程通信链路3是电量数据传输的媒介，是连接远程前端数据采集转发装置2和数据中心站服务器4的桥梁，采用光纤作为通信通道，通过Internet网络，实现远程数据传输与接收功能。

采集的电量通过WAN到光纤接口转换装置301，由电信号变成光信号，发送到Internet网络302，再通过Internet网络302发送到光纤接口到WAN转换装置303变成电信号，由数据中心站服务器4接收。

FPGA模块201负责通过RS-485总线采集多功能电能表1的电量数据并解析上传ARM处理器与辅助模块202负责远程前端数据采集转发装置2的功能调度和辅助驱动模块的管理，同时负责电量数据的封装和网络与本地转发。远程通信链路3采用光纤作为通讯通道，通过Internet网络，实现远程电量数据传输与接收功能。数据中心主站服务器4采用.NET技术搭建服务器站点，同时集成了实时监测、数据分析、曲线绘制、调度管理等功能，同时提供远程访问接口。

在本实施例中，远程前端数据采集转发装置2支持热插拔方式接入，首先通过RS485总线连接采集点（发电机、变电站、输电线路）多功能电能表1，通过配置程序配置采集点多功能电能表运行参数，启动电量数据接收程序。建立连接后远程前端数据采集转发装置2自动读取多功能电能表1电量数据，来自多功能电能表1的电量数据通过FPGA模块201解析处理并存入RAM缓存中。每个远程前端数据采集转发装置2可配置农电生产现场的发电机、变电站及输电线路共8路，远程前端数据采集转发装置2循环读取采集点多功能电能表1，各支多功能电能表1读取间隔时间为5秒。ARM处理器2021负责封装多支多功能电能表1电能表采集的电量数据，设置符合TCP/IP协议的远程传输数据包。

上述远程传输数据包的远程传输的信道的实现是通过WAN到光纤接口转换装置301即光纤调制解调器连接到Internet网络302，然后再通过光纤接口到WAN转换装置303即光纤调制解调器将各电厂、变电站、输电线路数据传送至35KV变电站数据中心主站服务器4。电量数据的发送和接收采用C/S模式，网络通信过程是基于TCP/IP协议中的传输层接口Socket来实现的。数据接收端为了获取数据包，指定一个唯一的端口，作为网络上和数据发送端通信的连接句柄，接收端通过该指定端口接收数据。发送端调用Send指令发送数据，接收端调用Accept指令接收数据。

上述35KV变电站的数据中心主站服务器4的操作系统采用微软服务器操作系统Windows Server 2003。该操作系统具有强大做Web服务器的能力，提供快速开发和使用ASP.NET技术的应用程序并安装IIS6.0。服务器需要安装.NETFramework 2.0平台，保证使用ASP.NET发布的网站正常运行。ASP.NET开发使用Visual Studio 2008，开发语言采用C#。

数据中心主站服务器4的构建采用B/S方式，电量数据通过Internet Explorer实现Web发布。数据中心主站服务器4是农网近实时电量监测与调度管理系统的核心。在本实施例中，农网近实时电量监测与调度管理系统的设计依据变电站和水电厂的实际需求，具备近实时电量显示、报警设置、历史记录、发电功率及用电负荷曲线等功能。数据中心主站服务器4近实时更新，直接调用StreamReader类的Read()方法，将数据库中的电量数据通过计算处理加载到监控画面。数据库采用Windows操作系统的记事本，即文本数据库。采用记事本存储数据的优势有：(1)简单的文本操作速度比数据库快；(2)存取操作简单。以采集线路及发电机名称命名电量存储文件夹，以当前采集日期命名电量存储文本文件。

在本实施例中，农网近实时电量监测与调度管理系统采用电气主接线图作为底图和电量数据加载无页面刷新的AJAX技术相结合的方式，实现电量的图形化监测，直观显示发电机、变电站以及输电线路的发电总功率及居民用电总负荷。

电气接线图加载成功后，电量数据每隔1分钟更新一次，为保证电量数据更新不影响整个监控界面的正常显示，采用AJAX异步刷新技术。AJAX提供与服务器异步通信的能力，使用户可从请求、响应的循环中解脱出来。Timer()计时到达后，IE浏览器发出AJAX请求，Web服务器读取文本数据库，将电量数据保存至XML文件中，通过Javascript读取Data.xml文件中的电量数据。数据加载前，通过对比加载值和相应参数的阈值，判别线路及发电机运行参数是否超限。系统运行异常时，弹框显示具体异常信息并通过扬声器向调度人员报警。扬声器故障报警通过调用Windows Multimedia API应用程序接口winmm.dll，然后再调用DLL共享函数库故障告警函数PlaySound()，载入告警音频.wav文件。否则，正常加载到主接线图中实现近实时监测。

为了及时处理生产过程中不安全因数带来的危害，调度员需要掌握生产运行情况，进而实施继电保护、故障检测和故障隔离等综合措施。为此，调度中心需要对故障在线警告，分析故障原因，存档及查询故障信息。其中，故障告警和故障分析已经在生产运行的电气接线图中得以应用。报警记录按照参数类型进行分类查询。

历史记录模块用于汇总单日报表完整记录及单日曲线完整记录。历史记录按日期倒序排列，只显示当前月份汇总信息。历史记录查询可以具体到天，最多记录31条汇总信息。功率负荷曲线模块，针对水电厂和变电所的实际需求，独立统计发电功率和用电负荷曲线。

网络延时或者网络异常导致电量数据在传输中丢包，最直接的影响是数据中心主站服务器4在线监控画面中，电量数据即刻消失，功率负荷曲线即刻归零，严重影响调度工作的正常执行。网络恢复可能需要较长的时间，数据中心主站服务器4的数据源出现盲段。为保证采集数据的完整性，在水电厂安装数据备份计算机，对采集数据做备份记录。

采用Visual C++6.0编写Telnet客户机程序，并且载入电量数据存储功能。备份计算机不间断获取电量数据，数据存储格式和中心服务器的数据存储格式一致。因此在网络出现故障时，可以查询数据备份计算机，确保调度工作顺利进行。

电量数据发送端为TCP客户端，如图4所示。采集的电量数据包括抄读多功能电能表的编号、电量、抄读时间。上述数据接收端由TCP服务器端构成，如图5所示。接收的电参量信息与数据发送端一致。

在本实施例中，农网近实时电量监测与调度管理系统采用界面如图6所示，分为菜单栏、导航栏、信息显示界面三部分。在导航栏中点击“九龙滩主接线图”，新的页面中弹出电气主接线图，如图6所示。电气接线图中被监测的三台发电机及三条线路的电压、电流、有功功率、无功功率实时显示在界面中。在导航栏中点击“现场电表数据采集”，信息显示界面中弹出电量监测系统的“总负荷”、“总发电功率”、“九龙滩负荷”、“竹篙负荷”、“九龙滩水位”、“江源用电”、“江源发电”，如图7、8所示，点击“查看超限报警”，查看输电线路的电压、电流、有功、无功上下限值。在导航栏中点击“数据汇总”，信息显示界面中弹出发电机或线输电路的月历史记录存档，月存档按照日期倒序排列，如图9所示。在月历史记录存档中点击“数据汇总”，信息显示界面中弹出单日历史记录存档，电量数据存档时间间隔为90秒，如图10所示。在月历史记录存档中点击“三相电压曲线”，信息显示界面中弹出单日三相电压曲线历史记录存档，如图11所示。在月历史记录存档中点击“三相电流曲线”，信息显示界面中弹出单日三相电流曲线历史记录存档，如图12所示。在月历史记录存档中点击“有功功率曲线”，信息显示界面中弹出单日有功功率曲线历史记录存档，如图13所示。在月历史记录存档中点击“无功功率曲线”，信息显示界面中弹出单日无功功率曲线历史记录存档，如图14所示。在导航栏中点击“有功功率历史查询”，信息显示界面中弹出发电机或线路的月历史记录存档，月存档按照日期倒序排列，如图15所示。在月历史记录存档中点击“有功功率数据统计”查看单日有功功率数据的记录存档，如图16所示。在月历史记录存档中点击“有功功率功率曲线”查看单日有功功率曲线历史记录存档。在导航栏中点击“淮电线电量统计”查看淮电线有功功率月历史记录存档，月存档按照日期倒序排列，如图17所示。在淮电线月历史记录存档中点击“峰平谷统计”，信息显示界面中弹出淮电线峰平谷电量统计列表，如图1所示。在淮电线月历史记录存档中点击“电量统计查询”，信息显示界面中弹出淮电线有功功率单日历史记录存档，如图19所示。在导航栏中点击“实时负荷发电功率曲线”，信息显示界面中弹出整个系统中实时用电负荷有功功率曲线、实时发电有功功率曲线，如图20所示。在导航栏中点击“实时竹篙负荷曲线”，信息显示界面中弹出竹篙线实时用电负荷有功功率曲线，如图21所示。在导航栏中点击“实时淮电线曲线”，信息显示界面中弹出“九硅线”、“淮电线”、“九龙滩负荷”实时用电负荷有功功率曲线，如图22所示。在导航栏中点击“线路报警记录”，信息显示界面中弹出电压、电流、有功功率、无功功率四个电参量中其中之一的月报警历史记录存档，月存档按照日期倒序排列，如图23所示。在“请选择越线记录类别”下拉菜单中选取具体电参量的月报警历史记录存档。在月报警历史记录存档中点击“查看”，查看单日报警历史记录存档，如图24所示。

该农网近实时电量监测与调度管理系统实现了电量数据采集、传输、监控、调度、管理的综合功能。该系统有利于规范农电生产和调度管理中心的操作流程，提高了农电生产管理效率及调度信息化水平，极大的改善了农网运行管理的可靠性、实时性和规范性。提高了电力企业的经济技术指标及现代化管理水平。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种农网近实时电量监测与调度管理系统，包括： 

若干个多功能电能表，分别用于获取农电生产现场各发电机的发电电量、变电站以及各输电线路的用电电量； 

其特征在于，还包括： 

远程前端数据采集转发装置，该装置具有RS-485通信接口，用于通过RS-485通信接口实时采集各个多功能电能表的电量数据，对采集的电量数据进行解析，将解析出的电量重新进行封装，使其转换为符合TCP/IP协议的远程传输数据包，然后通过远程通信链路转发到数据中心站服务器； 

远程通信链路，该远程通信链路是电量数据传输的媒介，是连接远程前端数据采集转发装置和数据中心主站服务器的桥梁，采用光纤作为通信通道，通过Internet网络，实现远程数据传输与接收功能； 

数据中心主站服务器，用于对接收的电量数据包进行解析，得到电量；该服务器采用.NET技术搭建服务器站点，根据得到的电量进行实时监测、数据分析、曲线绘制、调度管理等功能，同时提供远程访问接口； 

所述的远程前端数据采集转发装置由FPGA模块和ARM处理器与辅助模块构成，负责数实时采集的电量数据的解析、重新封装、转发等任务； 

FPGA模块包括RS485接口、解析模块以及RAM缓存，基于一片FPGA芯片开发；FPGA模块通过RS485接口接收来自多功能电能表实时采集的电量数据，在解析模块中进行解析，将解析出的电量存储到RAM缓存中； 

ARM处理器与辅助模块包括ARM处理器、网络控制器、RJ-45接口、驱动器、RS485接口，ARM处理器读取RAM缓存中解析的数据重新进行封装，使其转换为符合TCP/IP协议的远程传输数据包，然后通过网络控制器、RJ-45接口与远程通信链路连接，并通过远程通信链路转发到数据中心站服务器；ARM处理器还通过驱动器、RS485接口将电量发送到本地的数据备份机。 

2.根据权利要求1所述的电量监测与调度管理系统，其特征在于，所述的远程前端数据采集转发装置循环读取采集点多功能电能表，各支多功能电能表读取间隔时间为5秒； 

ARM处理器负责封装多支多功能电能表采集的电量数据，设置符合TCP/IP 协议的远程传输数据包。