基于信息化技術(shù)的電力計(jì)量中的研究

彭 放，李亦非，程詩堯，張雅靜，羅義釗

（1.國網(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院，北京100045；2.福建網(wǎng)能科技開發(fā)有限責(zé)任公司福建福州350003）

基于信息化技術(shù)的電力計(jì)量中的研究

彭 放1，李亦非1，程詩堯1，張雅靜1，羅義釗2

（1.國網(wǎng)北京市電力公司電力科學(xué)研究院，北京100045；2.福建網(wǎng)能科技開發(fā)有限責(zé)任公司福建福州350003）

針對電能量信息采集未達(dá)到集中化、智能化與自動化管理要求的問題。同時也為了實(shí)現(xiàn)電能量信息的實(shí)時采集與監(jiān)控，降低線損，加強(qiáng)輸電線路的考核，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，本課題根據(jù)電力公司電能量信息采集與監(jiān)控現(xiàn)狀，以及用戶對電能量信息采集與監(jiān)控智能化與自動化的需求，采用J2EE架構(gòu)、SSH框架、Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的方法，通過在MyEclipselO軟件開發(fā)平臺上的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了基于B/S結(jié)構(gòu)的電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)在電力計(jì)量中取得了良好的效果，并且有著廣泛的應(yīng)用前景。

電力；監(jiān)控；信息采集；J2EE架構(gòu)

隨著技術(shù)水平的提高和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力能源被充分的利用在各個領(lǐng)域，快速發(fā)展的電力行業(yè)給傳統(tǒng)的電力計(jì)量帶來了麻煩，電力計(jì)量中人工的資產(chǎn)信息管理顯得十分滯后，在信息處理中不僅緩慢，而且極易出現(xiàn)差錯，并且電力計(jì)量資產(chǎn)信息的安全性得不到保障。怎樣有效的提高電力計(jì)量中資產(chǎn)信息的管理化水平，及時提高其自動化水平，提高工作效率和資產(chǎn)信息管理的質(zhì)量，尤其是怎樣確保電力計(jì)量資產(chǎn)信息的安全性，是電力計(jì)量發(fā)展中面臨的難題。本課題是根據(jù)TJ電為公司對電能量信息采集與監(jiān)控集中化、智能化與自動化的需求展開的，采用J2EE架構(gòu)[1]、SSH框架與Oracle llg數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為電力公司開發(fā)了一個電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效的解決這些難題，依托于無線電通訊技術(shù)，能夠?qū)﹄娏τ?jì)量中的資產(chǎn)信息進(jìn)行有效的管理，并且顯示數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時處理，同時加密技術(shù)的研發(fā)和使用確保了電力計(jì)量中資產(chǎn)信息的安全性，J2EE架構(gòu)適應(yīng)了電力計(jì)量的發(fā)展，也推動了電力計(jì)量的發(fā)展進(jìn)步[2-3]。

1 系統(tǒng)功能需求分析

根據(jù)上述系統(tǒng)目標(biāo)的要求可知，電力企業(yè)電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)在整個電為企業(yè)管理中發(fā)揮的作用是完成電力能量信息的采集與監(jiān)控，以及采集終端設(shè)備的管理工作，其主要作用是為電力營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過電力營銷業(yè)務(wù)流程圖可知電能量信息采集與監(jiān)控在電力營銷中的作用[4]。電力營銷業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示。

圖1 電力營銷業(yè)務(wù)流程圖

1）使用者范圍界定

根據(jù)目前電力公司的電能量信息采集管理情況來看，其主管部口為計(jì)量中屯，營銷部口需要會調(diào)用的本系統(tǒng)數(shù)據(jù)，但并不直接操作本系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)所面向的使用者為計(jì)量中屯、值班員、計(jì)量中屯、經(jīng)理、打管理員與公司高層管理者[5]。

2）建立從檔案為基礎(chǔ)的電能量信息采集

電能量信息采集基主要目標(biāo)是電為營銷信息系統(tǒng)提供電力客戶的基礎(chǔ)電力使用數(shù)據(jù)。因此，電能量信息采集應(yīng)檔案為基礎(chǔ)，構(gòu)建電力客戶電度表、智能采集終端、采集點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系的建立需要通過檔案維護(hù)來進(jìn)斤。因此，系統(tǒng)具有檔案管理的功能需求，能夠?qū)崿F(xiàn)檔案信息的新增、變更、修改等。

3）提供終端運(yùn)行的智能化、自動化遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控功能

電力公司客戶眾多，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)現(xiàn)電能量信息的采集與監(jiān)控在電網(wǎng)中安裝了大量的智能采集終端設(shè)備，如果采用手工現(xiàn)場調(diào)配參數(shù)與運(yùn)行監(jiān)控，工作量巨大。因此，用戶需求系統(tǒng)具備終端運(yùn)斤的智能化、自動化遠(yuǎn)程管理與監(jiān)控功能[6-7]。

4）建立強(qiáng)大的電能量數(shù)據(jù)應(yīng)用功能

電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)上線運(yùn)行后會實(shí)時的采集各個輸配電線路中的電能量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須得到合理利用。報表管理功能能夠靈活的輸出各類報表，以為企業(yè)管理者提供數(shù)據(jù)決策支持。

5）系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)管理功能需求包括系統(tǒng)基礎(chǔ)管理功能與系統(tǒng)安全功能需求。包括口管理、用戶管理、權(quán)限管理、服務(wù)器監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫管理與功能組管理[8]。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 主站系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力企業(yè)電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)3部分組成，其中主站系統(tǒng)即完成電能量信息管理工作的管理信息系統(tǒng)平臺，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即主站系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信平臺；硬件系統(tǒng)是指所有智能采集終端設(shè)備。

系統(tǒng)更適合采用B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)[9-10]，并充分利用J2EE架構(gòu)下的SSH（Stmts+Spring+H化emate）框架技術(shù)，將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)持久層、業(yè)務(wù)邏輯層與表示層3層，各層級間采用接口方式進(jìn)行通信[11]，使各層級間的鍋合性降低，能有效提升系統(tǒng)的擴(kuò)展性能基于此，電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)將采用三層B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電能信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)三層B/S體系結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力企業(yè)電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)組成。

主站系統(tǒng)主是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、服務(wù)應(yīng)用、信息管理、前置通信調(diào)度服務(wù)等功能[12]。通過主站系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，主站系統(tǒng)采用三層B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)斤開發(fā)，S層結(jié)構(gòu)在物理上對應(yīng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web應(yīng)用服務(wù)器與Web工作站，為保證系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性，系統(tǒng)將采用服務(wù)器集群方式進(jìn)行均衡負(fù)載。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層，完成主站系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。根據(jù)當(dāng)前TJ電力公司所采用的網(wǎng)絡(luò)通信方案來看，主要采用網(wǎng)絡(luò)通信方式有GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)通信、PSTN電話網(wǎng)絡(luò)通信、光纖專網(wǎng)通信與電力載波通信4種方式。這4種方式可以滿足智能終端設(shè)備與主站系統(tǒng)的通信要求。

硬件系統(tǒng)即所有的終端采集設(shè)備，包括計(jì)量設(shè)各、專變終端、載波表、電能表、采集器與集中器等，這些終端設(shè)各主要完成電能量信息的采集與監(jiān)控功能，并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給前置服務(wù)器，或者接收主站系統(tǒng)所傳輸?shù)膮?shù)配置進(jìn)斤參數(shù)配置，或者響應(yīng)主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召測請求。

2.3 系統(tǒng)模塊功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)的功能性需求分析，己明確了用戶對系統(tǒng)的功能性需求。并且上章在對功能性需求分析時己對各項(xiàng)功能進(jìn)行了歸納總結(jié)，將屬于同一類型的功能性需求進(jìn)行了聚合與分類，符合系統(tǒng)模塊劃分的“低耦合、高聚合”的原則。因此，系統(tǒng)將劃分為檔案管理模塊、運(yùn)行管理模塊、數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊、線損管理模塊、報表管理模塊與系統(tǒng)管理模塊。采用設(shè)種系統(tǒng)模塊的劃分方式[13]，使得5個系統(tǒng)模塊間的耦合度降低，而模塊內(nèi)均是同一屬性的功能，具有高度聚合的特性，有利于降低后續(xù)某個模塊升級對其它模塊的影響，降低系統(tǒng)功能擴(kuò)展的成本。

6個系統(tǒng)模塊的具體聯(lián)系為：系統(tǒng)管理模塊為整個系統(tǒng)運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)置，同時對系統(tǒng)安全性提供保障，是整個系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)；運(yùn)行管理模塊是整個系統(tǒng)的核屯，完成智能采集終端參數(shù)設(shè)置、參數(shù)下發(fā)與數(shù)據(jù)召測[14]，從而使主站系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲取智能采集終端設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊、結(jié)損管理模塊、報表管理模塊理供數(shù)據(jù)支持；檔案管理模塊則為運(yùn)行管理模塊提供檔案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使所采集的數(shù)據(jù)能夠?qū)?yīng)到對應(yīng)的檔案資料中。根據(jù)6個系統(tǒng)模塊的聯(lián)系，系統(tǒng)模塊的包圖如圖3所示。

圖3 電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)功能包圖

2.4 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫為核也的管理信息系統(tǒng)，上述系統(tǒng)模塊的功能要實(shí)現(xiàn)就必須有數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)支撐。因此，必須對系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)庫展開詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.4.1 數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）用戶實(shí)體

用戶實(shí)體屬性包括用戶編號、角色編號、用戶姓名、性別、家庭地址、聯(lián)系方式、所屬部口、所屬功能組、職務(wù)、登陸用戶名與登陸密碼。用戶實(shí)體屬性圖如圖4所示。

圖4 用戶實(shí)體屬性圖

2）電能表實(shí)體

電能表實(shí)體包括電能表編號、型號、X常數(shù)、費(fèi)率數(shù)、接線方式、CT倍率、PT倍率、綜合倍率、電表地址、電壓、電流、波特率、抄表規(guī)約、電表讀數(shù)整數(shù)位、讀數(shù)小數(shù)位、電能表啟運(yùn)時間與生產(chǎn)廠家。電能表實(shí)體屬性圖如圖5所示。

圖5 電能表實(shí)體屬性圖

3）采集點(diǎn)實(shí)體

采集點(diǎn)實(shí)體屬性包括編號、名稱、類型、負(fù)責(zé)人、負(fù)責(zé)人聯(lián)系電話、安裝日期、維護(hù)日期、所屬公司、所屬分局、所屬營業(yè)站、所屬變電站、所屬線路、所屬臺區(qū)與地址。采集點(diǎn)實(shí)體屬性圖如圖6所示。

2.4.2 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對系統(tǒng)的影響較大，不僅對數(shù)據(jù)庫的升級與維護(hù)具有重要影響，同時也影響著系統(tǒng)開發(fā)的效率[15]。

結(jié)合E-R圖以及數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，完成數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。由于涉及到眾多的數(shù)據(jù)實(shí)體，以下僅對幾個主要的關(guān)系模式展開設(shè)計(jì)。

用戶信息{用戶編號，用戶姓名，性別，家庭地址，聯(lián)系方式，所屬部口，所屬功能組，職務(wù)，登陸用戶名，登陸密碼，創(chuàng)建時間，創(chuàng)建人}。

電能表信息{電能表編號，型號，X常數(shù)，費(fèi)率數(shù)，接線方式，CT倍率，PT倍率，綜合倍率，電表地址，電壓，電流，波特率，抄表規(guī)約，電表讀數(shù)整數(shù)位，讀數(shù)整數(shù)位小數(shù)位，電能表啟運(yùn)時間，生產(chǎn)廠家}。

采集點(diǎn)信息{編號，名稱，類型，負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)人聯(lián)系電話，安裝日期，維護(hù)日期，所屬公司，所屬分局，所屬營業(yè)站，所屬變電站，所屬線路，所屬臺區(qū)，地址}。

圖6 采集點(diǎn)實(shí)體屬性圖

3 系統(tǒng)模塊的主要功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 檔案管理模塊的功能實(shí)現(xiàn)

新增檔案功能可實(shí)現(xiàn)新増正式檔案、新增臨時檔案與未完檔案維護(hù)三項(xiàng)功能。電力公司在實(shí)際運(yùn)營中正式用戶需要安裝終端時均需要建檔，臨時用戶需要臨時用電安裝終端時則建立臨時檔案。以新增正式檔案為例，新增正式檔案的信息內(nèi)容包括采集點(diǎn)信息、電能表信息、正式電力客戶人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料與終端編碼信息，使智能采集終端設(shè)備與電能表形成配對采集關(guān)系，如果由采集點(diǎn)對電能量采集與監(jiān)控進(jìn)行集中采集，則還需要對采集點(diǎn)建立對應(yīng)關(guān)系。

3.2 參數(shù)管理功能的實(shí)現(xiàn)

參數(shù)設(shè)置流程是指智能采集終端設(shè)備建檔后以及參數(shù)配置更新后需要通過下發(fā)流程更新智能采集終端設(shè)備中的參數(shù)。參數(shù)設(shè)備流程是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)置的下發(fā)流程進(jìn)行參數(shù)下發(fā)的過程?？墒謩舆M(jìn)行參數(shù)下發(fā)，下發(fā)后會提示下發(fā)結(jié)果，以及下發(fā)失敗的原母。

3.3 值班管理功能的實(shí)現(xiàn)

值班管理功能主要完成計(jì)量中必值班人員在當(dāng)班時的值班情況。其具體功能包括值班日志、事件查詢處理、操作記錄查詢、終端運(yùn)行監(jiān)控、終端運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)、信道運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)、日綜合數(shù)據(jù)抄收統(tǒng)計(jì)、當(dāng)前終端運(yùn)行異常統(tǒng)計(jì)、終端連續(xù)不在線情況統(tǒng)計(jì)、居民抄表情況統(tǒng)計(jì)與單位運(yùn)行情況匯總等功能。

3.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊的功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊可實(shí)現(xiàn)的主要功能包括采集點(diǎn)信息查詢、考核類維護(hù)與一般類維護(hù)等功能。以下通過對采集點(diǎn)信息查詢功能的實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說明。

采集點(diǎn)信息查詢支持多條件或單條件的模糊與精確查詢，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時內(nèi)置了多樣化的查詢條件，用戶輸入相應(yīng)的查詢條件即可完成采集點(diǎn)信息的查詢。同時通將查詢結(jié)果導(dǎo)出至Excel表格中保存。系統(tǒng)內(nèi)置的查詢條件包括公司、分局、營業(yè)站、變電站、線路、臺區(qū)、采集點(diǎn)類別、數(shù)拓來源、用戶編號、采集點(diǎn)編號、終端編號、測量點(diǎn)類型、采集狀態(tài)、計(jì)量表資產(chǎn)編號與未下發(fā)參數(shù)等。

3.5 終端檔案報表功能的實(shí)現(xiàn)

終端檔案報表可完成采集終端檔案信息的統(tǒng)計(jì)分析。在功能頁面內(nèi)置了統(tǒng)計(jì)查詢條件，主要包括公司、分局、營業(yè)站、所屬變電站、所屬線路、所屬臺區(qū)、終端設(shè)備、終端類型、終端型號等條件，可通過這些查詢條件進(jìn)行單條件、多條件的模糊或精確查詢，查詢結(jié)果以數(shù)據(jù)報表的形式呈現(xiàn)給用戶。

4 結(jié) 論

本次開發(fā)的電能量信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)通過強(qiáng)大的主站系統(tǒng)對整個電能量采集與監(jiān)控過程進(jìn)行智能化與自動化管理，能夠通過主站系統(tǒng)統(tǒng)一配置智能采集終端的配置參數(shù)，同時也能夠通過數(shù)據(jù)召測功能主動從智能采集終端設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的自動化。同時，系統(tǒng)對電能量信息具有強(qiáng)大應(yīng)用能力，提高了電能量數(shù)據(jù)的利用率，進(jìn)而也提升電力公司的運(yùn)營管理能力。

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Research on electric power measurement based on information technology

PENG Fang1，LI Yi?fei1，CHENG Shi?yao1，ZHANG Ya?jing1，LUO Yi?zhao2
（1.State Grid Beijing Electric Power Research Institute，Beijing100045，China；2.Fujian Netpower Technology Development Co.，LTD.，F(xiàn)uzhou350003，China）

Aiming at the problem that the electric energy information collection is not centralized，intelli?gent and automatic management.Also in order to realize the real-time collection and the monitoring of electric energy information，reduce line loss simultaneously，strengthen the examination of transmission line of electricity；Improve the business economic benefit；This problem is gathered and monitoring pres?ent situation according to Utilities Electric Co.'s electric energy information，By using J2EE framework，SSH framework，Oracle database management system，through the MyEclipselO software development platform for the experiment，oracle database management system to the demand of electric energy infor?mation collection and monitoring intelligentization and automation；On the MyEclipselO Software Devel?opment Platform，which Realized electric energy information collection and monitoring system based on the B/S structure，native system has been obtained good effect in electric-power metering，and has a wide range of applications.

electric power；monitoring；information gathering；J2EE framework

TN108.1

A

1674-6236（2017）22-0101-05

2016-09-22稿件編號：201609199

彭放（1987—），男，湖北荊門人，碩士研究生。研究方向：電力技術(shù)。