基于以太網(wǎng)的電力調(diào)度自動化抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文輝

摘要隨著科技水平的不斷發(fā)展，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)所要求的各項(xiàng)功能也不斷提高，電力系統(tǒng)調(diào)度自動化是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它了包含數(shù)據(jù)的收集處理、設(shè)備間的通信、人機(jī)對話、主服務(wù)器以及應(yīng)用軟件等部分。各部分之間密切結(jié)合的同時又相互制約。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)不僅能完整地掌握全系統(tǒng)的運(yùn)行情況，同時在正常運(yùn)行和事故的情況下能及時而正確地作出響應(yīng)。本文提出了一種設(shè)計(jì)方案，以以太網(wǎng)為通信基礎(chǔ)，完成了電力調(diào)度自動化的抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完善了調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞以太網(wǎng)；電力調(diào)度自動化；抄表系統(tǒng)

隨著當(dāng)今電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式也越來越復(fù)雜多變，而我們對電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求也日益提高，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)在這個過程中也得到了不斷發(fā)展。與此同時，以太網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)入了飛速發(fā)展時期。這也就為變電站的電度表遠(yuǎn)程傳輸提供了一種網(wǎng)絡(luò)通道，從而實(shí)現(xiàn)了電力調(diào)度的遠(yuǎn)程在線抄表功能。

1遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通信模型

遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通信由2部分組成：其一為電能表與電能量采集終端之間通信；其二為電能量采集終端與主站系統(tǒng)之間的通信。

1.1電能表與電能量采集終端之間的通信

電能表與電能量采集終端之間采用RS-485通信方式。各塊電能表采用屏蔽信號線連接，所有電能表連接后，再敷設(shè)電纜連至相應(yīng)電能量采集終端。電能量采集裝置與各個電能表通過屏蔽信號線直接連接，通信規(guī)約通常采用DL/T645-1997、DL/T645-2007。

1.2電能量采集終端與主站系統(tǒng)之間的通信

通信接口為100M（光纖）以太網(wǎng)。整網(wǎng)采用匯聚層、接入層、兩級扁平化組網(wǎng)方式，主干匯聚光纖1000M互聯(lián)，接入提供100M/1000M自適應(yīng)的電接口。各變電站通過就近的信息通信站點(diǎn)統(tǒng)一匯聚，接入到中心局核心交換，個別物理距離離中心局近且有裸光纜的情況下，直接接入到中心局核心交換機(jī)。接入交換機(jī)采用級聯(lián)的方式，通過在級聯(lián)端口配置TRUNK協(xié)議，使能Vlan信息在級聯(lián)交換機(jī)上互聯(lián)互通。各接入站點(diǎn)通過中心局的核心交換機(jī)接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。各變電站逐級級聯(lián)通過中心站點(diǎn)匯聚后統(tǒng)一接入網(wǎng)絡(luò)，并在調(diào)度中心配置一套e-Sight網(wǎng)管軟件，來動態(tài)、實(shí)時的了解整網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)狀況，方便調(diào)度管理人員對整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維和管理。垮配電室的線纜采用光纖轉(zhuǎn)換成100M以太網(wǎng)，避免通信干擾。

2系統(tǒng)構(gòu)架

自動抄表系統(tǒng)（如圖1）能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化抄表，集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)管理于一身，自動記錄各用電設(shè)備的用電量并生成各種報表，自動抄表系統(tǒng)結(jié)合電力市場需求和電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營的要求，用計(jì)算機(jī)技術(shù)和方法，計(jì)算出生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本。這套系統(tǒng)包含以下內(nèi)容：通信通道、主站應(yīng)用軟件、3層設(shè)備。通信通道包括電能表與采集終端之間采用RS-485通信通道；主站與采集終端之間采用以太網(wǎng)絡(luò)（光纖）通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而其中3層設(shè)備則包含：電能表、電能量采集終端、主站服務(wù)器。

2.1系統(tǒng)硬件平臺構(gòu)架

硬件平臺構(gòu)架包括：交換式雙網(wǎng)或單網(wǎng)配置，采用物理防火墻、路由器或網(wǎng)關(guān)與其他自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。硬件平臺包括服務(wù)器端采用雙服務(wù)器；前置機(jī)、工作站等客戶端，采用PC Server、PC工作站；采集機(jī)柜采用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、GPS衛(wèi)星鐘等。

2.2系統(tǒng)軟件平臺構(gòu)架

系統(tǒng)軟件平臺構(gòu)架由4層結(jié)構(gòu)組成：數(shù)據(jù)采集層、處理交換層、業(yè)務(wù)處理層、綜合管理應(yīng)用層。分別實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）數(shù)據(jù)的采集。能夠與接入的終端以既定的通信方式進(jìn)行通信，以規(guī)定的通信規(guī)約解析數(shù)據(jù)，并對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。

2）數(shù)據(jù)的處理與交換。這項(xiàng)功能由處理交換層完成，可以實(shí)現(xiàn)檔案數(shù)據(jù)的存儲、對現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，對綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)抽取存儲，并且能夠與調(diào)度自動化以及GIS等相關(guān)系統(tǒng)的接口交換數(shù)據(jù)。

3）關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)的處理。能夠完成廠站計(jì)量遙測、公變監(jiān)測計(jì)量、負(fù)荷管理、低壓抄表等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)處理功能。

4）綜合管理應(yīng)用功能。這項(xiàng)功能由綜合管理應(yīng)用層來完成，它可以根據(jù)來自不同自動化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來完成四分線損分析、需求側(cè)管理決策分析，并且可以實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)功能。

2.2.1歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)

電能信息采集與管理系統(tǒng)主站歷史數(shù)據(jù)庫分為參數(shù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫采用按月、按數(shù)據(jù)類型分表技術(shù)，不必借助數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)復(fù)雜的表分區(qū)技術(shù)，即可很好地解決系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量時的查詢優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速響應(yīng)，并能夠完美地解決按月備份及恢復(fù)的需求。

2.2.2實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)

在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保持，我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中加入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，其主要目的是在服務(wù)器內(nèi)存中永久駐留各類服務(wù)和客戶節(jié)點(diǎn)需要訪問的參數(shù)和實(shí)時數(shù)據(jù)，這樣就可以把相當(dāng)部分對歷史數(shù)據(jù)庫的訪問轉(zhuǎn)為對實(shí)時數(shù)據(jù)庫的訪問，這也就等于把對硬盤等存儲設(shè)備的讀寫操作轉(zhuǎn)換為對內(nèi)存的讀寫操作，很大程度地減少了歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器的訪問壓力，提高了系統(tǒng)訪問的效率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用，它相當(dāng)于是在實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上預(yù)留足夠的內(nèi)存，駐留系統(tǒng)經(jīng)常訪問的參數(shù)和實(shí)時數(shù)據(jù)供客戶端訪問。實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)通常采用的是客戶服務(wù)器模式，他包含兩種訪問實(shí)時數(shù)據(jù)庫的客戶端模式：ODBC驅(qū)動程序和直接訪問的動態(tài)庫，一般情況下我們會選擇ODBC驅(qū)動程序，它能提供簡單的標(biāo)準(zhǔn)SQL訪問，動態(tài)庫經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，這種方式一般更加快速有效。

2.2.3系統(tǒng)管理平臺

系統(tǒng)管理平臺是保持系統(tǒng)穩(wěn)健運(yùn)行的一個重要組件，它能完成對系統(tǒng)內(nèi)各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置和狀態(tài)監(jiān)視。實(shí)現(xiàn)對各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)信息交換。

該平臺能實(shí)現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的配置監(jiān)視、關(guān)鍵進(jìn)程的守護(hù)、運(yùn)行進(jìn)程狀態(tài)監(jiān)視。監(jiān)視的具體內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)程名、進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)、啟動的用戶、累計(jì)運(yùn)行時間、上次通信時間等信息監(jiān)視；在主機(jī)重啟后或者關(guān)鍵進(jìn)程/服務(wù)、資源出現(xiàn)異常時能夠按照預(yù)定的守護(hù)規(guī)則相應(yīng)的啟動各個服務(wù)進(jìn)程，從而有效地保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。endprint

主從機(jī)互備機(jī)制：將多臺前置節(jié)點(diǎn)兩兩分組，主從機(jī)互備的工作模式，當(dāng)任一節(jié)點(diǎn)故障、或者非同組多節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生時，均可保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.2.4數(shù)據(jù)采集服務(wù)

主站數(shù)據(jù)的采集服務(wù)由前置機(jī)服務(wù)器的相關(guān)應(yīng)用軟件來完成，通過網(wǎng)絡(luò)配置，與下級電能量采集終端建立網(wǎng)絡(luò)通道。以IEC104規(guī)約來解析通道報文，完成數(shù)據(jù)的采集。在完成數(shù)據(jù)采集服務(wù)的同時，還可監(jiān)視各個終端的通道狀態(tài)，報文收發(fā)。

分布式前置機(jī)多組主備配置：采集服務(wù)器分布式主備/并列配置，進(jìn)程由平臺自動守護(hù)，故障后自動啟動保證不間斷運(yùn)行。

2.2.5Web服務(wù)

通過Web服務(wù)器對數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時發(fā)布，常采用的Web服務(wù)器是Apache和Microsoft的Internet信息服務(wù)器（Internet Information Services，IIS）?？稍诰€查看實(shí)時電度數(shù)據(jù)和報表中的電度。

3抄表系統(tǒng)的主要功能要求

3.1數(shù)據(jù)計(jì)量的同步性

系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)量的同步性主要是通過GPS時鐘對時來實(shí)現(xiàn)。具體地，以該主站系統(tǒng)的GPS時鐘為基準(zhǔn)，對相應(yīng)的電能表進(jìn)行時鐘同步。并且將其誤差控制在秒級的范圍內(nèi)；在系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一時標(biāo)下的電能量進(jìn)行分類累計(jì)。

3.2數(shù)據(jù)采集的一致性和完整性

系統(tǒng)所采集的電能量原始數(shù)據(jù)為電度表的表底值，這個數(shù)據(jù)必須和對應(yīng)的電度表中的表底值保持完整一致。

電能量數(shù)據(jù)的具有累加和傳遞的特性，為保證任何情況下都不會發(fā)生電能表上的電能量原始數(shù)據(jù)丟失，除了確保在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)填滿前讀取和存儲數(shù)據(jù)外，還需要主站系統(tǒng)對電能表數(shù)據(jù)采集進(jìn)行時標(biāo)跟蹤和及時追補(bǔ)；在數(shù)據(jù)傳遞和累積過程中，引入綜合判據(jù)條件，并且采用保留原始副本等技術(shù)手段，以此來確保采集數(shù)據(jù)的完整性。

3.3系統(tǒng)的安全可靠性

該自動化系統(tǒng)一方面提供了可靠的權(quán)限安全機(jī)制，另一方面與涵蓋了容錯措施。它確保了系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)采集存取、系統(tǒng)管理配置的安全性。正常運(yùn)行時，不論離線或是在線的操作都不會是的系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰。特別是在線維護(hù)的過程中，它不會對正常工作的系統(tǒng)產(chǎn)生任何干擾。

該系統(tǒng)可以作為電力公司各項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的計(jì)量和費(fèi)用結(jié)算的重要依據(jù)，而系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行為其提供的可靠的保障。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中也必須要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、系統(tǒng)PC服務(wù)器、以及其他主要設(shè)備的故障率指標(biāo)參數(shù)。

4結(jié)論

該系統(tǒng)將以太網(wǎng)和電能量的采集有機(jī)的結(jié)合，使得電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能變得更加完善。它替代了人工抄表，實(shí)現(xiàn)了電能表相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離實(shí)時傳輸，提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、及時性、同步性和完整性；對用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有利于優(yōu)化電能的傳輸布局；極大的節(jié)約了電力企業(yè)營運(yùn)成本，也提高了企業(yè)的管理水平和效率。endprint