基于一體化平臺的電能計量自動化系統(tǒng)

摘要：隨著電力體制的深化改革，應(yīng)用自動化采集手段對電能表計的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，取替過去人工現(xiàn)場讀數(shù)，已成為電力企業(yè)發(fā)展的趨勢。各地電力部門紛紛投入資金，建設(shè)計量自動化系統(tǒng)。但由于缺乏科學(xué)的規(guī)劃，采集數(shù)據(jù)分散，整合應(yīng)用程度差，維護管理工作量大，所產(chǎn)生的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到電網(wǎng)公司的期望。因此，設(shè)計一個集地網(wǎng)遙測、負(fù)荷管理、配變監(jiān)測和低壓集抄于一體的計量自動化系統(tǒng)，已成為電力企業(yè)的迫切需要。

關(guān)鍵詞：電能計量 自動化 一體化

1 研究意義

電力體制深化改革，電力企業(yè)的市場化進(jìn)程不斷推進(jìn)，電網(wǎng)公司從過去的“電老虎”轉(zhuǎn)型成為一個新型的服務(wù)性企業(yè)，更加注重向客戶提供優(yōu)質(zhì)的電能和服務(wù)。因此，電網(wǎng)公司必須采取現(xiàn)代化科技手段，抓好內(nèi)部管理，塑造良好的企業(yè)形象“’。

電能計量是電網(wǎng)公司與用電客戶進(jìn)行電費結(jié)算的依據(jù)，用電負(fù)荷是電網(wǎng)調(diào)度必須掌握的關(guān)鍵指標(biāo)，因此倍受關(guān)注。近年來，各地電網(wǎng)公司不斷投入資金建設(shè)地網(wǎng)遙測系統(tǒng)、大客戶負(fù)荷管理系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(tǒng)和低壓集抄系統(tǒng)等各類電能計量管理系統(tǒng)。但由于缺乏科學(xué)的規(guī)劃，采集數(shù)據(jù)分散在各類系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)相互獨立，整合應(yīng)用程度差，所產(chǎn)生的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到電網(wǎng)公司的期望?；谝惑w化平臺的電能計量自動化系統(tǒng)能徹底打破數(shù)據(jù)采集分散、孤立的局面，通過統(tǒng)一、直觀、圖形化的界面，實現(xiàn)從變電站關(guān)口表到低壓用戶表計數(shù)據(jù)的自動采集、監(jiān)測、分析、管理和考核，提高電，網(wǎng)企業(yè)用電管理的自動化水平，強化電力需求側(cè)管理。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從目前的技術(shù)水平和各類計量自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計看，要實現(xiàn)各類計量子系統(tǒng)一體化，關(guān)鍵在于實現(xiàn)主站設(shè)備的共享，主站平臺的統(tǒng)一，應(yīng)用工作站軟件功能的擴充和編制統(tǒng)一的編碼規(guī)則。

對于電網(wǎng)規(guī)模較大，計量點眾多，數(shù)據(jù)量很大的供電局，各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可采用不同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)實例分布式部署。各子系統(tǒng)建立自己的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，子系統(tǒng)的對象統(tǒng)一編碼之后通過統(tǒng)一接口傳送到綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，綜合應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)一編碼還原總電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通過消息總線同步各系統(tǒng)檔案變更。各子系統(tǒng)處理自己的業(yè)務(wù)，綜合應(yīng)用處理線損、需求側(cè)管理等綜合應(yīng)用。

對于電網(wǎng)規(guī)模較小，數(shù)據(jù)量不大的供電局，綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫和各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可以合為一個數(shù)據(jù)庫，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫直接建立電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對象，根據(jù)子系統(tǒng)的特征過濾出各子系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，各子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)根據(jù)對應(yīng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來展現(xiàn)組織。同時對電網(wǎng)對象進(jìn)行統(tǒng)一編碼實現(xiàn)對其他系統(tǒng)的接口。上層綜合應(yīng)用根據(jù)編碼訪問對應(yīng)子系統(tǒng)的接口服務(wù)，周期性抽取相關(guān)變化數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向同步。應(yīng)用工作站方面，以WEB形式展現(xiàn)，通過角色映射的方式實現(xiàn)單點登錄。

基于一體化平臺的電能計量自動化系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

(1)前置機服務(wù)器：支持對不同設(shè)備和終端，不同通訊方式，不同通訊規(guī)約的良好兼容?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)規(guī)模配置前置機服務(wù)器組，實現(xiàn)負(fù)荷均衡。

(2)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：作為數(shù)據(jù)存儲和處理的核心載體。采用一體化設(shè)計后，由于采集的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)庫管理采用大型商用數(shù)據(jù)庫軟件作為支撐，充分應(yīng)用數(shù)據(jù)庫集群、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)來保障數(shù)據(jù)庫性能。

(3)光纖通道磁盤陣列：提供高速I/O和大容量磁盤管理，為大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲提供了基礎(chǔ)。加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?；提供了更大的靈活性；減少了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，緩解了傳輸瓶頸對系統(tǒng)的影響。

(4)磁帶庫：提供高效的數(shù)據(jù)備份，支持遠(yuǎn)程備份和異地容災(zāi)。

(5)中間件服務(wù)器：采用消息隊列來實現(xiàn)消息服務(wù)總線，連接各個構(gòu)件和模塊進(jìn)行協(xié)同工作，使系統(tǒng)能達(dá)到比較好的模塊化結(jié)構(gòu)，提升整個系統(tǒng)的擴展能力。

(6)應(yīng)用服務(wù)器：完成任務(wù)調(diào)度服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、后臺計算服務(wù)、報警服務(wù)、報表服務(wù)等，需要24h不間斷運行的后臺服務(wù)，是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的核心。采用多臺集群的方式均衡響應(yīng)前端的應(yīng)用請求。

(7)Web服務(wù)器：提供各種高級應(yīng)用功能，主要用于采集終端命令和計劃任務(wù)的下達(dá)，以及系統(tǒng)運行情況的監(jiān)測和采集數(shù)據(jù)的加工處理。

(8)隔離器：實現(xiàn)系統(tǒng)和較低安全級別區(qū)域的安全保護。

2.2 軟件設(shè)計

基于一體化平臺的計量自動化系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)前置采集處理層、數(shù)據(jù)交換及處理層、業(yè)務(wù)處理和綜合應(yīng)用層。通過消息總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。

2.2.1 采集處理層

(1)統(tǒng)一的輸入、輸出模塊。能夠?qū)崿F(xiàn)對不同通訊方式和廠家終端的開放性。

(2)統(tǒng)一的通訊規(guī)約庫和數(shù)據(jù)字典。實現(xiàn)對不同廠家采集裝置，不同通訊規(guī)約的兼容。同時支持與終端數(shù)據(jù)的壓縮、加密傳輸?？梢酝ㄟ^增加規(guī)約庫的方式進(jìn)行無縫擴展。

(3)統(tǒng)一的遠(yuǎn)程診斷和升級模塊。提供接口可以實現(xiàn)與不同廠家裝置或終端的遠(yuǎn)方故障檢測和在線升級。

(4)統(tǒng)一的采集任務(wù)調(diào)度和負(fù)荷均衡。各數(shù)據(jù)前置采集服務(wù)器統(tǒng)一管理，按照設(shè)定的任務(wù)自動采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)負(fù)載均衡和互為備用。

(5)底層數(shù)據(jù)流收發(fā)監(jiān)測和通訊工況統(tǒng)計。為終端和通道的故障檢測提供支持?？梢曰厮輾v史報文。

(6)通訊資源控制，實現(xiàn)了對不同通訊方式的兼容，達(dá)到不同通訊方式互為備用的目的。

2.2.2 數(shù)據(jù)交換處理層

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲。根據(jù)規(guī)模和硬件配置采用集中式數(shù)據(jù)庫或分布式數(shù)據(jù)庫。用于響應(yīng)數(shù)據(jù)采集層的大量頻繁的OLTP請求，并對原始計量數(shù)據(jù)做分類存儲。

(2)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中存儲，用于將所有子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)形成一個準(zhǔn)實時的集中存儲，為前端的業(yè)務(wù)應(yīng)用和展現(xiàn)層提供一個統(tǒng)一的全局?jǐn)?shù)據(jù)視圖和高效的海量數(shù)據(jù)查詢分析引擎，從而消除信息孤島，提供快速、全面、準(zhǔn)確的決策和管理依據(jù)。

(3)任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)對數(shù)據(jù)交換任務(wù)、計算任務(wù)、采集任務(wù)以及其他接口任務(wù)的驅(qū)動、調(diào)度、監(jiān)控和管理。

(4)后臺計算服務(wù)提供了數(shù)據(jù)的集中處理，通過消息池和計算途徑的管理，快速有效地實現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)的加工和處理。

(5)報警服務(wù)收集系統(tǒng)產(chǎn)生的各類報警事件，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則，采用不同的方式通知相關(guān)處理人員。

(6)報表服務(wù)定時生成各種已制定的報表，按指定途徑發(fā)布，并支持輸出到網(wǎng)絡(luò)打印機。

(7)數(shù)據(jù)交換服務(wù)實現(xiàn)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)之間的交換，采用WebService服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和參數(shù)的交換，對象采用全局統(tǒng)一編碼作為唯一標(biāo)識。

(8)計量自動化系統(tǒng)與其它系統(tǒng)接口和互聯(lián)。

2.2.3 業(yè)務(wù)處理層

整個系統(tǒng)的人機交互主要采用B/S架構(gòu)，提供基于Web方式的業(yè)務(wù)應(yīng)用與展現(xiàn)平臺，各種應(yīng)用和管理通過該平臺實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)功能

過去建設(shè)的負(fù)荷管理系統(tǒng)、變電站遙測系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(tǒng)和低壓集抄系統(tǒng)由于缺乏科學(xué)的規(guī)劃，采集數(shù)據(jù)分散，整合應(yīng)用程度差，且維護工作量大?；谝惑w化平臺的電能計量自動化系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上決定了它能夠打破數(shù)據(jù)采集分散的局面。它所具有的

“四分”線損管理功能，是過去任何一種覆蓋對象不全面的計量系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。

3.1 基本業(yè)務(wù)功能

(1)數(shù)據(jù)自動采集與處理：按一定的時間間隔周期性地和遠(yuǎn)方終端通信，采集遙測量數(shù)據(jù)和電能量數(shù)據(jù)。

(2)旁路代供處理功能：支持因電網(wǎng)運行方式的變化引起的旁路表計計量電量的處理功能。

(3)用電監(jiān)測及故障報警：對配變數(shù)據(jù)、有異常的用電情況和系統(tǒng)或表計故障進(jìn)行實時監(jiān)測，自動報警，實現(xiàn)防竊電管理，及時掌握運行情況和故障。

(4)負(fù)荷控制功能：在電力供需矛盾突出的情況下發(fā)揮重要作用，使得“限電到戶”和“限電不拉路”成為可能，為需求側(cè)管理提供自動化技術(shù)支持。

(5)遠(yuǎn)程預(yù)付費功能：通過與營銷系統(tǒng)的互聯(lián)，改變以往電費營業(yè)管理中“先使用后付費”的狀況，避免電費回收困難的局面。

3.2 系統(tǒng)管理功能

(1)參數(shù)管理；

(2)系統(tǒng)資源管理；

(3)對象拓?fù)潢P(guān)系管理；

(4)用戶/用戶組管理；

(5)任務(wù)調(diào)度管理；

(6)值班日志管理；

(7)報表服務(wù)和管理；

(8)報警服務(wù)和管理；

(9)通訊監(jiān)測和流量統(tǒng)計；

(10)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢和分析。

3.3 綜合應(yīng)用功能

3.3.1 “四分”線損管理

(1)統(tǒng)計范圍

①按地區(qū)供電局、下屬供電公司、供電所等區(qū)域進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計；

②按220kV、110kV、35kV、10kV等不同電壓等級進(jìn)行分別統(tǒng)計；

④按各電壓等級母線、聯(lián)絡(luò)線、10kV配電線路進(jìn)行分線統(tǒng)計；

④按各10kV配電變壓器、380/220V公用臺區(qū)進(jìn)行分臺區(qū)統(tǒng)計。

(2)分析方式

①線損明細(xì)：分析線損對象各個組成部分，輸入、輸出的明細(xì)查詢，支持層次挖掘。

②趨勢分析：按年、季、月、周、日等不同層次對線損對象進(jìn)行統(tǒng)計分析，分析線損時間趨勢的特性；支持不同時間段比較分析；支持不同對象比較分析。

③區(qū)域分布：按全網(wǎng)、子網(wǎng)、區(qū)局、廠站、線路、母線、臺區(qū)等不同層次分析線損組成的分布特點。

④理論線損對比：支持線損預(yù)警曲線的定義，支持理論線損和實際線損對比分析，超閥值進(jìn)行自動報警。

⑤各種生產(chǎn)線損報表：支持表格、曲線、棒圖、餅圖等多種輸出方式。

3.3.2 需求側(cè)管理

(1)錯峰管理：實時監(jiān)測錯峰執(zhí)行情況，對錯峰執(zhí)行率進(jìn)行考核提供依據(jù)。

(2)用電情況自助查詢：讓大客戶能夠通過外網(wǎng)進(jìn)入系統(tǒng)了解企業(yè)的用電情況，提供節(jié)能降耗的建議，指導(dǎo)用電大客戶合理安排用電時間，有效錯峰、避峰，降低電費成本，提高生產(chǎn)利潤。

(3)大客戶互動：向大客戶提供互動平臺，聽取大客戶的合理化建議，客戶經(jīng)理及時回復(fù)大客戶的疑難問題，通過互動更多更快地了解客戶的需求。

4 效益分析

4.1 利用系統(tǒng)監(jiān)控，有效錯峰調(diào)度

計量自動化系統(tǒng)大大改進(jìn)了供電局錯峰用電管理工作，使錯峰管理模式由原來成效低、吃力不討好的人盯戶戰(zhàn)術(shù)，改變?yōu)槔孟到y(tǒng)實時監(jiān)控、電話警告和有的放矢地遠(yuǎn)程拉閘的高效工作模式。由于數(shù)據(jù)的整合，利用計量自動化系統(tǒng)監(jiān)控進(jìn)行錯峰用電管理不僅能針對專用大客戶，也能面向工業(yè)園區(qū)的公用變，甚至是低壓的工商業(yè)客戶，使錯峰用電管理工作更加全面、更加到位。

4.2 遠(yuǎn)程自動抄表，提高工作質(zhì)量

利用計量自動化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表，大大解放抄表勞動力，改善了抄表員的工作環(huán)境，由于外出抄表的工作量減小，因此提高了工作的安全系數(shù)。同時杜絕人為抄表錯誤或估抄現(xiàn)象，保證了數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、嚴(yán)肅性，通過數(shù)據(jù)整合，抄表員只需在一個界面上操作就可以將計量自動化系統(tǒng)覆蓋的用戶抄表行度進(jìn)行審核并導(dǎo)入營銷系統(tǒng)，提高了抄、核、收工作水平和工作質(zhì)量。在計量自動化系統(tǒng)的覆蓋面日漸擴大的同時，人工抄表的范圍也在不斷的縮小，所需的抄表員人數(shù)也相應(yīng)減小，同時外出所需的車輛使用、維護費用也減小，因此有效地節(jié)省抄表成本，為供電局的運營節(jié)約開支。

4.3 負(fù)荷實時監(jiān)測，掌握運行情況

有了計量自動化系統(tǒng)，技術(shù)人員可以通過實時監(jiān)測負(fù)荷的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)偷漏電客戶并能有效現(xiàn)場查處，解決了以往偷電客戶與供電局玩“捉迷藏”的問題，保障了供電局的利益。另外，通過負(fù)荷監(jiān)測情況，能夠為變壓器過負(fù)荷改造提供實際運行數(shù)據(jù)，使改造資金真正用到實處。

4.4 計量故障報警，及時發(fā)現(xiàn)處理

通過系統(tǒng)自動報警，能夠及時發(fā)現(xiàn)計量故障情況，使運維人員能夠盡快排除計量故障，恢復(fù)正常計量。同時，由于系統(tǒng)根據(jù)不同類型客戶記錄了間隔最長一天一次的抄表數(shù)據(jù)，能夠為計量故障發(fā)生后進(jìn)行電費追補工作提供有效的依據(jù)，客戶也比較容易接受。減輕了由于計量故障所產(chǎn)生的電費追補工作的難度。

4.5 “四分”線損統(tǒng)計，提高管理水平

基于一體化平臺的計量自動化系統(tǒng)，整合了從變壓站關(guān)口表到低壓用戶表計的數(shù)據(jù)，能夠真正實現(xiàn)“四分”線損管理，這是過去的遙測系統(tǒng)、負(fù)控系統(tǒng)、配變系統(tǒng)和集抄系統(tǒng)無法獨立完成的，也是計量自動化系統(tǒng)最有價值的功能之一。通過計量自動化系統(tǒng)進(jìn)行“四分”線損管理，減輕了管理人員大量的統(tǒng)計工作，避免了計算錯誤所帶來的假象。管理人員能夠清晰地看到線損高的線路、區(qū)域、臺區(qū)，全面了解電網(wǎng)運行的線損情況。還能夠通過運行數(shù)據(jù)分析線損高的原因，有的放矢地投放改造資金。并且能夠通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，制定最切合實際的線損目標(biāo)，大大提高了供電局的自動化管理水平。

4.6 系統(tǒng)技術(shù)支持。實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)服務(wù)

計量自動化系統(tǒng)在實現(xiàn)對大客戶用電情況監(jiān)測的同時，采集的數(shù)據(jù)也為大客戶用電情況進(jìn)行分析和優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。大客戶通過外網(wǎng)登陸，可以查詢負(fù)荷曲線、電量柱狀圖、電費數(shù)據(jù)等，并通過模擬改變用電情況，顯示電量電費結(jié)果，為大客戶提供詳細(xì)的用電情況分析和優(yōu)化用電建議，引導(dǎo)客戶合理安排生產(chǎn)，達(dá)到節(jié)電節(jié)能、降低成本的目的。并通過互動窗口，使供電局及時了解大客戶需求，更好地實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

5 結(jié)束語

電能計量自動化系統(tǒng)的建成，在供電企業(yè)電力營銷工作中發(fā)揮了巨大的作用，通過監(jiān)測、統(tǒng)計、分析用戶的各類用電數(shù)據(jù)，為錯峰管理、電費抄核收、用電檢查、計量管理、線損分析、客戶服務(wù)等工作提供了數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐，大大提高了我們的工作效率和管理水平，也為供電企業(yè)今后深化電力需求側(cè)管理和電力市場狀況分析打下了堅實的基礎(chǔ)。

一體化平臺，使主站和通信通道能夠資源共享，無論是從投資角度還是系統(tǒng)運行維護方面都無疑為供電企業(yè)帶來顯著的投資節(jié)約。數(shù)據(jù)的整合管理、有效利用，特別是在“四分”線損管理方面，是過去任何一種覆蓋對象不全面的計量自動化系統(tǒng)無法實現(xiàn)的?；谝惑w化平臺的電能計量自動化系統(tǒng)，具有投資成本低、功能強大、應(yīng)用維護方便等推廣價值，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。相信在不久的將來，會在全國供電企業(yè)中推廣應(yīng)用。