CN206481110U

CN206481110U - 一种新型电网管理系统

Info

Publication number: CN206481110U
Application number: CN201621335259.2U
Authority: CN
Inventors: 罗吴亮
Original assignee: Jiangsu Jinwei Surveying And Mapping Service Center
Current assignee: Jiangsu Jinwei Surveying And Mapping Service Center
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2017-09-08
Anticipated expiration: 2026-12-07

Abstract

本实用新型涉及一种新型电网管理系统，包括GPRS无线传输模块、GPRS网络、三相多功能交流电量采集模块、电力企业管理中心电力企业实时通信服务器；所述三相多功能交流电量采集模块通过Modbus协议和串口协议采集现场设备运行状态参数；所述三相多功能交流电量采集模块通过RS‑485端口与GPRS无线传输模块连接通讯；所述GPRS无线传输模块将现场设备运行状态参数经过GPRS网络传输到GPRS基站,再通过基于标准的TCP/IP协议的internet传输到电力企业实时通信服务器,经过存储,处理后传送到电力企业管理中心计算机。该系统提高电网供电可靠性、提高电能质量、保证向用户提供优质的供电服务是电网管理的目标。

Description

一种新型电网管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种系统，尤其涉及一种电网管理系统。

背景技术

电力是国民经济发展中重要的基础能源,是国家的经济命脉。国家的发展能力状况与国家的电力系统完善程度有着密切的联系,完善先进的电力系统对国家的发展起着巨大的推动作用。完整的电力系统由发电、输电、变电、配电部分组成,各部分相互协作为国家的各项事业提供源源不断的动力。

众所周知,电力系统供电地域分布广阔,涉及设备量庞大,设备设施更改频繁。随着现代化管理水平的提高和人们对供电需求的不断增长,供电网就像神经网络一样日夜生长、不断外延,几乎遍及了整个工业系统和人民生活的每个角落；而安全、可靠、经济供电、就要求电力企业能够随时捕捉到不断增加并日益复杂化的供电设备信息、瞬息万变的电网信息、变迁的工业设施、城市道路以及建筑信息等,以提高企业综合管理水平。针对电网信息的时空属性,要随时能够迅速地提供完整、准确的相关信息,也就是能够将各种图形、地图、数据信息统一管理和随时调用并实现系统共享。解决这些问题就必须利用日益发展并成熟起来的技术即地理信息系统。

对于传统的电网管理方式,由于种种原因,造成很多单位现有线路、设备的资料残缺不全,并且有关资料精度不高,甚至有些资料因工程的改建而与现场实际数据不符；另一方面,我国现有的电力线路、设备的资料绝大多数是以图纸、图表等形式记录存档,采用人工方式管理,效率低下因此,传统的电力管理系统难以满足电网的建设和安全经济运行的要求。

实用新型内容

本实用新型是针对现有技术中存在的不足，设计了一种新型电网管理系统。

本实用新型通过以下技术方案加以实现：

一种新型电网管理系统，包括GPRS无线传输模块、GPRS网络、三相多功能交流电量采集模块、电力企业管理中心以及电力企业实时通信服务器；其特征为：所述三相多功能交流电量采集模块通过Modbus协议和串口协议采集现场设备运行状态参数；所述三相多功能交流电量采集模块通过RS-485端口与GPRS无线传输模块连接通讯；所述GPRS无线传输模块将现场设备运行状态参数经过GPRS网络传输到GPRS基站，再通过基于标准的TCP/IP协议的internet传输到电力企业实时通信服务器，经过存储、处理后传送到电力企业管理中心计算机。

优选为：所述GPRS无线传输模块选用北京天同公司的GPRS模块WG-8010。

优选为：所述电量采集模块选用北京阿尔泰科技公司的三相多功能交流电量采集模块DAM-3504。

优选为：电力企业实时通信服务器主要为SQL-Sever2008数据库，该数据库包括设备台账子数据库、实时数据库、空间数据库；所述空间数据库用于存储GIS平台所需的矢量地图、栅格数据等地理空间数据。

优选为:所述GIS平台选自ESRI公司研发的ArcGIS功能模块之一，该GIS平台框架设计采用目前世界上最成熟、最稳定的空间数据管理技术：Oracle+ArcSDE，通过其开放式设计机构，将其划分为如下功能模块:系统设置模块、基础图形操作模块、数据采集模块、查询统计模块、数据更新维护、故障报警模块，从而实现系统设置、数据采集、基础图形管理、查询统计、数据更新维护、故障报警等功能；该GIS平台应用于电网中,以实现地理图形和台账数据的统一,实时数据和静态数据的连接,设备、设施分布图和一次接线图的共存。

有益效果：提高电网供电可靠性、提高电能质量、保证向用户提供优质的供电服务是电网管理的目标；通过电力GIS(地理信息系统)的实施,可以提供给生产管理人员一个现实电网的微缩化处理对象、可视化管理环境,使管理人员可以在可视的地理信息背景下直观地对电网设备进行日常管理和网络分析提高电力系统管理水平。

附图说明

图1为本实用新型电网管理系统总体框架图；

图2为本实用新型电网管理系统硬件结构示意图；

图3为采用本实用新型电网管理系统中电网设备信息数据库存储结构图；

图4为本实用新型GPRS数据链接流程图。

具体实施方式

参见附图1所示。

系统总体框架体系包括接口层、数据层、逻辑层、应用层。所述接口层是数据采集层，包括多个采集从站用于采集电网中电网运行参数，然后通过RS-485接口与GPRS模块连接，再通过TCP/IP协议栈发送到上位机进行入库保存，采集从站与上位机之间可进行双向通信。数据层是系统底层数据，包括设备台账数据库、实时数据库、空间数据库。GIS平台存储矢量地图、栅格数据等地理空间数据。逻辑层是系统的中间层引入各种功能模块、组件对空间数据与属性数据进行处理、分析、编码、管理与维护，将多元数据分类存储并建立关联来实现系统的各项功能。应用层即为客户端，是系统以图形界面形式显现，供电力公司终端用户对设备台账的查询、统计、修改、基本图形操作、电网状态操作、报表打印等操作。

更具体的参见附图2所示。

本电网管理系统的硬件部分包括GPRS无线传输模块、GPRS网络、三相多功能交流电量采集模块、电力企业管理中心电力企业实时通信服务器；所述三相多功能交流电量采集模块通过Modbus协议和串口协议采集现场设备运行状态参数；所述三相多功能交流电量采集模块通过RS-485端口与GPRS无线传输模块连接通讯；所述GPRS无线传输模块将现场设备运行状态参数经过GPRS网络传输到GPRS基站,再通过基于标准的TCP/IP协议的internet传输到电力企业实时通信服务器,经过存储,处理后传送到电力企业管理中心计算机。

各硬件功能模块工作原理如下：

该系统采用的GPRS无线通信技术，包括GPRS无线传输模块以及GPRS网络。GPRS无线通信的具体操作过程是,用户登陆WAP网站后,先初始化射频参数,只要任意一个超文本链接被点击时,终端就会通过无线信道收发器收发分组数据。而如果长时间不对网页进行操作,终端就会转入“准休眠”状态。在这种情况卜,终端并不会立即将所有链接断开,只是将它所占用的信道释放给其他用户传输数据。但仍然与GPRS网络保持逻辑上的连接,当用户再次令击该链接时,终端会立即发送命令申请无线信道,而不像普通拨号上网,断线以后必须重新拨号建立连接才能上网。参见附图4所示，GPRS的工作过程是模块初始化,设置内部协议栈,访问APN节点,查看是否连接上PPP,若是连接PPP成功,则建立TCP连接,然后查询链路状态、查看可用的缓存大小,如果缓存足够大,则进行数据发送,数据发送成功后关闭链路TCP状态，结束。

GPRS无线数传模块选用的是北京天同诚业公司的GPRS模块WG-8010。WG-8010提供标准RS232/485数据接口,可以方便的连接RTU、PLC、工控机等设备,仅需一次性完成初始化配置,用户设备就可以与数据中心通过GPRS无线网络建立连接,实现数据的全透明传输。WG-8010广泛应用于电力集中抄表、电力远程配电、等领域。它支持多种组网方式,支持CSD电路数据交换,即利用传统GSM方式实现数据传输,支持GPRS通用分组方式实现数据传输,支持通过虚拟数据专用网(APN)实现数据传输。WG-8010的内部硬件实现了TCP/IP协议,简化了软件设计,用户只需要使用AT指令就可以完成数据采集与无线模块之间的数据通信。

电量采集模块的Modbus通信：

Modbus有两种通讯方式:应答方式和广播方式。应答方式是指主站向某个从站发出命令(从站地址不能为“0”)，然后等待从站的应答，从站接到主站发出的命令后，执行相应命令并将执行结果返回给主站作为应答，然后等待主站的下一个命令。广播方式是主站向所有从站发送命令(从站地址为0)，而不需要等待从站应答，从站接到广播命令后，执行命令，也不向主站应答。Modbus通信协议具有两种传输模式：ASCII(美国标准信息交换码)模式和RTU(远程终端设备)模式。使用ASCII模式，消息以“：”字符开始，以回车换行符结束。而使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始，因此在网络波特率下多样的字符时间，这是很容易实现的。传输的第一个域是设备地址。可以使用的传输字符是十六进制的0...9，A...F。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域(地址域)接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿后才能发生一个新的消息。整个信息必须连续发送。如果在发送桢信息期间，出现大于1.5个字符的静止时间时，则接收设备刷新不完整的信息，并假设下一个地址数据。同样一个信息后，立即发送的一个新信息(若无3.5个字符的静止时间)将会产生一个错误。这是因为合并信息的CRC校验码无效而导致的错误。

本系统所使用的主设备为计算机，从设备为三相多功能交流电量采集模块，采用的通讯方式为应答方式。电量采集模块支持标准的Modbus RTU协议，且电量采集模块的地址、波特率、字符奇偶校验、停止位个数、电压量程、电流量程等开发人员都可以自行定义设定。电量采集模块支持功能码‘04’读取当前采集模块的各个通道的电量值，且采集模块回应的命令帧采用显长度应答帧。假设电量采集模块的地址为1，则读取电量采集模块第1路电量数据的完整Modbus命令帧格式。

串口通信协议：

本系统采用四路RS485串口，用来与上位机进行通信，可以将上位机的信息传送到采集终端，也可以将采集终端的信息反馈到上位机来，实现双向通信。系统通过ModbusRTU通信协议实现了主从式串行通信。

本系统选用了北京阿尔泰科技公司的三相多功能交流电量采集模块DAM-3504。

DAM-3504内置看门狗，板载内置电流互感器，带1路D1(TTL点评)、2路D0(集电极开路)，其输出参数为：电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、总电度、正向有功电度、正向无功电度、输入频率以及开关状态信息。

电力企业实时通信服务器中数据库的建立：

电力企业实时通信服务器采用SQL-Sever2008数据库，该数据库包括电网设备信息数据库、电量采集数据库、空间数据库；所述空间数据库用于存储GIS平台所需的矢量地图、栅格数据等地理空间数据。

电网设备信息数据库：包括变压器信息表、用户信息表、变电所信息表、书店线路信息表、负荷开关信息表、断路器信息表、塔杆信息表、电流互感器、电压互感器、避雷器等，参见附图3所示。

电量采集数据库：包括历史电量数据表、报警记录数据表、电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、功率等。

空间数据库：包括变电站、输电线路等电网周边空间、地理信息。

此外，更优的设计，该系统引入了GIS平台，通过该平台的引入使电网管理系统基于地理信息系统、关系型数据库和计算机网络的电力设备管理、检修和运行的高级信息管理系统，可以提供给生产管理人员一个现实电网的微缩化处理对象、可视化管理环境,使管理人员可以在可视的地理信息背景下直观地对电网设备进行日常管理和网络分析提高电力系统管理水平。

电网管理系统充分利用GIS对地理坐标和空间位置的表示能力,以及空间分析功能,建立计算机化的数据库管理系统,方便综合地获取、存储、检索、分析和显示电力设备的空间定位信息和属性信息,从而为管理部门提供更加丰富、视觉化的信息资料和决策依据。

电网管理系统的主要功能是综合分析与检索空间定位电网设备数据,把地物要素特征的空间数据与属性数据通过数据库技术一一对应关联起来,使电力调度员更好地了解设备运行工况,并使维护人员处理故障能力提高。另外,维护人员通过对设备工况数据分析,可以及时采取相应的措施,同时定期的保养维护大大延长了设备使用寿命。

ArcSDE是美国环境系统研究所公司(ESRI公司)研发的ArcGIS家族中的一员，是一个空间数据库中间件技术。ArcSDE是ArcGIS功能模块与关系数据库(本系统后台关系数据库采用Oracle)之间的GIS通道，ArcSDE以数据库为后台存储中心，为前端的GIS平台的应用提供快速的空间数据访问，海量数据的快速读取和数据存储的安全高效是ArcSDE的重要特征。ArcSDE支持ArcGIS应用层并提供DBMS通道技术，使得空间数据可以存储于多种DBMS中。ArcSDE同时能保证所有的GIS功能可用，而无需考虑底层的DBMS。ArcSDE使用DBMS支持的数据类型，以表格的形式管理底层的空间数据存储，并可使用SQL在DBMS中访问这些数据。ArcSDE同时也提供了开放的客户端开发接口，通过这些接口用户定制的应用程序也可以访问底层的空间数据表。

GIS平台选自ESRI公司研发的ArcGIS功能模块之一，该GIS平台框架设计采用目前世界上最成熟、最稳定的空间数据管理技术：Oracle+ArcSDE，通过其开放式设计机构，设计人员根据电网管理系统的功能，将其划分为如下模块:系统设置模块、基础图形操作模块、数据采集模块、查询统计模块、数据更新维护、故障报警模块；实现系统设置、数据采集、基础图形管理、查询统计、数据更新维护、故障报警等功能；该系统应用于电网中,以实现地理图形和台账数据的统一,实时数据和静态数据的连接,设备、设施分布图和一次接线图的共存。

该GIS平台采用Oracle作为后台数据库，ArcSDE以数据库为后台存储中心，系统的数据包括空间数据和属性数据，空间数据和属性数据统一存储在关系型数据库中。属性数据表主要是在数据库中手动建立的表，包括用户信息表、变电站输电线路信息表、电网周围环境信息表、历史信息表等。

空间数据通过ArcSDE创建，避免了以往图形和属性分离存储的缺点。在系统中，空间数空间数据是通过将shape文件经由ArcSDE导入数据库中的，主要包括4个空间对象。ArcSDE以“层”的方式来管理空间数据，具有共同属性项的一类要素可以放到一层中每个数据库记录对应一个实际要素，例如，变电站、不同千伏输电线路作为一层，变电站、输电线路周围地理环境如大厦、超市、高速路、学校、银行、公交站、绿地、公园等作为一层。ArcSDE存储和组织数据库中的空间要素的方法是将空间数据类型加到关系数据库中，ArcSDE并不改变和影响现有的数据库或应用，它只是在现有的数据表中加入图形数据项(Shape)以方便访问与其关联的空间数据。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种新型电网管理系统，包括GPRS无线传输模块、GPRS网络、三相多功能交流电量采集模块、电力企业管理中心以及电力企业实时通信服务器；其特征为：所述三相多功能交流电量采集模块通过Modbus协议和串口协议采集现场设备运行状态参数；所述三相多功能交流电量采集模块通过RS-485端口与GPRS无线传输模块连接通讯；所述GPRS无线传输模块将现场设备运行状态参数经过GPRS网络传输到GPRS基站，再通过基于标准的TCP/IP协议的internet传输到电力企业实时通信服务器，经过存储、处理后传送到电力企业管理中心计算机。

2.根据权利要求1所述的新型电网管理系统，其特征为：所述GPRS无线传输模块型号：WG-8010。

3.根据权利要求1所述的新型电网管理系统，其特征为：所述电量采集模块型号选用：DAM-3504。