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1、无线电力负荷管理系统的分析与设计无线电力负荷管理系统的分析与设计 ANALYSIS AND DESIGN OF WIRELESS POWER LOAD MANAGEMENT SYSTEM 摘要摘要：本文首先介绍了负荷管理系统的系统结构，并对系统中的各 部分进行详细介绍，然后对中心站的主控软件系统的功能进行划定， 最后对软件系统中的重要功能实现提出了设计、实现方案，为进一 步实现中心站主控软件提供了理论依据。 关键字关键字：无线电力负荷管理系统 中心站 ABSTRACT：:Firstly, this paper introduces the instruction of load managem
2、ent system. and carries on the detailed introduction to in system each part. Then, it has delimited the systematic function of the control software system of the central station. Finally it design, realize the scheme to realize the important function of the software system, and have offered the theo
3、retical foundation for realizing the control software system of central station further. KEY WORDS：radio electric load management system，central station 1. 引言引言 对用电负荷的管理和控制，可以有效的改善负荷曲线形状，使负 荷曲线趋于平坦，减少峰谷差，实现电力负荷在一定时空的最佳分 布，提高用户和电网的负荷率，从而提高发、供、用电设备的利用 率，达到电网的安全和经济运行，提高投资效益，对发电、供电和 用电以及整个社会都有很大好处。随着国民经
4、济的高速发展，负荷 快速增长，对用电负荷的管理和控制在电网调度中的作用越来越重 要，所以，设计开发出能保证其顺利实施的软件系统也日显重要。 负荷管理系统中的应用软件部分主要包括运行在终端的应用软件和 运行在中心站的应用软件系统两部分，其中中心站的软件系统是整 个负荷管理系统运行的核心部分。本文主要是对中心站主控软件系 统的分析与设计，分析了软件系统的结构和功能，提出了该系统软 件设计和实施的方案，为开发一个功能完善的负荷控制中心站软件 系统提供了理论依据。 2. 负荷管理系统的系统结构负荷管理系统的系统结构 负荷管理系统由中心站、通道和用户终端三部分组成，呈辐射状 分布。该系统是由中心站通过通
5、道与安装在用户端的控制终端建立 数据通信联系，达到集中监控管理用户用电的计算机监控系统。系 统的总体网络结构如下图 1 所示。 网络/数据服 务器 Web服务器 工程师操 作站 接口服务器 前置机1前置机2应用工作站 负荷管理局域网 用 户 终 端 2 用 户 终 端 1 用 户 终 端 n 图 1 负控系统总体网络结构图 2.1 中心站中心站 中心站是系统的核心部分，是电力负荷管理系统运行和管理的指 挥中心，它由一个计算机内部局域网和相应的主控软件组成。中心 站的网络结构采用标准的以太网结构，内部以星型连接方式实现， 采用这种结构有利于系统在将来增加其它管理工作站，而且同电力 局其它系统的连
6、接也会非常方便。 网络数据服务器负责网络管理和数据管理，将信息进行统计和归档 处理。为了保证系统数据的安全可靠性，网络数据服务器采用双机 热备份。网络数据服务器的配置主要依据系统的数据及数据处理量 的规模。 WebWeb 服务器服务器：提供 Web 服务，以网页的形式发布信息。Web 服务 器配置中高档 PC 服务器。 前置机：前置机：又称数据采集服务器，网络中作为通讯处理机。负责 主站应用系统与终端之间的数据信息交换，包括数据的采集和转储 及其主站命令的组合、发送和终端结果的回收、解释工作。为了保 证数据采集工作的可靠性，两台前置机互为热备用，遇到故障时可 自动切换。 接口服务器：接口服务器
7、：主要是为其它应用系统提供接口。完成与其它应 用系统的外部数据交换。 工程师操作站使主控系统集中管理的工具，包括数据库服务器远程 管理、用户终端信息管理、系统运行管理、数据分析等。 操作站：操作站：担负着系统监视和命令发布的职责，是系统的窗口， ， 具有图形化的界面。 2.2 通道通道 通道是系统的通讯线路，用来在中心站和用户终端之间传送信息， 通道的质量直接影响着该系统功能的实现。在系统中通讯链路型式 的选择，可以视当地具体情况（包括地形、地貌、噪声源、频率复 用等） ，来选择无线、微波通道或载波通道。无线信道没有有线信道 可靠，易受外界随机干扰，速度受限，但无线信道组网方便，与电 网一次设
8、备无紧密连接。具有使用灵活，维护工作量小，易实现数 据双向传输，容易扩充等特点，能满足负荷控制技术实时性要求。 本系统采用无线电通信方式。 2.3 终端终端 电力用户终端设备由具有数据采集及处理能力的微处理机系统和 数传通道系统组成, 因此电力用户终端设备能实时采集用户的用电 信息、供电状况、电量信息、电表计量数据等各项用电数据, 并能 通过数传通道发送到监控中心。 3中心站的主控软件的设计中心站的主控软件的设计 31 主控管理软件的总体结构主控管理软件的总体结构 根据电力负荷管理系统的系统功能，主站中的软件系统的按功能 划分为数据采集子系统、主控子系统、分析应用子系统、信息发布 子系统、接口
9、管理子系统、系统管理子系统六个子系统。各子系统 之间的关系及其功能如图 2 所示。 数据采集 子系统 用电管理 子系统 工作数据 库 系统管理 子系统 主控子 系统 信息发布 子系统 网络安全隔 离器 网络安全隔 离器 接口管理子系统 SCADA 用用电电MIS 图 2 中心站系统总体结构图 数据采集子系统完成数据采集（包括定时采集和随时采集）和接 受终端上报的各种异常事件，具有远方抄表功能，负责主站应用系 统与终端之间的数据信息交换。 主控子系统主要是对负荷的控制管理，通过对终端的集中管理， 实现对客户侧配电开关的控制操作，达到调整和限制负荷的目的。 包括系统主站对终端的远方遥控操作，以及系
10、统主站设置功控、电 控投入，终端完成的当地闭环控制。 用电管理子系统完成电量数据管理、电能质量分析、配变运行状 况分析、用户用电计划考核（错峰用电管理） 、负荷/负荷率分析、 停电管理、报警管理，用户负荷运行实时监视，防窃电分析、负荷 预测、预付售电和电费自动结算等功能。 。 信息发布子系统用于向用户发布各种信息，便于用户查询。包括 档案信息、用电信息、配变运行状况信息、用户用电计划考核信息 等，来实现信息数据共享。 接口管理子系统完成与其它应用系统接口，使主站应用系统中工 作数据库与发布数据库之间数据同步。 系统管理子系统主要对系统参数设置管理、终端管理、操作运 行管理。参数管理包括负荷控制
11、率、终端数量、通信速率、行政区 划码、系统时段等参数的制定和修改，系统操作员、管理员的管理， 通信情况统计分析。终端管理模块包括终端用户的增加、修改、挂 起与删除，对终端用户的各种档案信息、参数的设置与修改，终端 用户的一次接线图编制与修改。操作运行管理模块详细记录每日上 下班日志、限电操作日志、系统运行日志等。 32 主控软件的功能设计实现主控软件的功能设计实现 根据负荷管理系统的功能实现，下面对系统设计实现中的一些重 点功能进行详细设计介绍。 通信处理：通信涉及到工作站与前置机间的网络通信以及前置 机与终端间的无线通信。其中，前置机作为各工作站与终端通信的 转发器，其通信处理模块的设计非常
12、重要。由工作站下发的遥测、 遥信、遥控命令以及参数、定值设置命令等，先通过网络发送给前 置机，再由前置机通过无线通信网络发送至终端，终端据此完成数 据采集、远方抄表以及负荷控制等任务。返回的数据也是经由前置 机转发回工作站进行处理。通信过程采用异步串行方式，遵循系统 提供的通信规约，利用规约组成各种命令的帧格式，发送和接收数 据信息帧并进行数据处理。为保证通信的正确性，对接收的数据要 进行判断和校验，只有正确的数据格式才能接受处理，对通信失败 和超时做出相应的处理。通信处理的流程如图 3 所示： 收到命令 多通道处理 发送完毕？ Y 返回 成帧 N 排队处理 发送命令 收到返回数据 接收完毕？
13、 N Y 返回 存入缓冲区 N 并发处理 处理数据 数据帧有误？ 错误处理 Y 图 3 通信处理流程图 定时任务处理：利用时钟中断技术执行系统定时任务，根据与 时钟相关的系统状态，完成定时刷新屏幕，定时通信及定时产生各 种操作记录和事件记录等任务。如定时数据采集的处理过程中，定 时任务生成模块首先制定定时方案，包括定时方式、任务内容和任 务优先级等，然后根据实际情况为各个终端选择定时方案，最后将 定时方案内容存入数据库。在定时器处理函数中，扫描所有终端的 定时方案，根据系统时间对定时方式中的条件进行判断，当定时条 件满足时根据定时方案的具体内容生成定时任务。同时，对已经生 成的多条定时任务进行
14、合并，防止重复。定时任务处理的流程如图 4 所示： 为各终端选择 定时方案 满足定时条件？ Y 生成定时任务 定时任务 已存在？ 执行定时任务 Y 返回 N N 制定定时方案 合并定时任务 图 4 定时任务处理流程图 数据库存储设计：包括实时数据库和历史数据库，为各个软件 模块的运行提供实时或历史数据。采用如下技术：测点基本信息 采用静态表，如终端参数、一次接线图信息等；测点记录采用横 表结构，消除数据冗余，提高存储空间的利用率；测点实时数据 采用动态表记录，根据测点静态表，动态创建新的测点数据记录表。 采用横向表结构和动态数据存储模式对于数据的长期性存储、及时 的历史数据查询、后台数据分析和
15、数据挖掘的应用是非常有利的。 数据库存储表结构如图所示： 表 1 测点信息纵表结构 测点 ID测点名 度量单位 上限值 下限值 标记 1 标记 2 表 2 测点记录横表结构 时间戳字段 0 字段 1 字段 2 . 字段 n (测点 ID) TimeStamp1 TimeStamp2 TimeStampN 画面生成与显示：采用自主开发的电力系统通用图形编辑系统， 能够自动进行一次接线图作图，同时具有实时数据动态显示、设备 参数显示、历史曲线趋势显示以及多画面对比显示等功能。具有数 值、棒图、曲线图、饼图等多种显示方式，可以显示负荷曲线、功 率曲线、电流、电压曲线、线损率曲线、用电计划曲线等多种曲
16、线。 从而完成对用户用电负荷情况的动态监视以及历史趋势分析。 数据共享与 Web 信息发布：系统中积聚的大量用户用电实时数 据,成为众多部门管理和决策必不可少的依据。如:终端安装维护人员 要求掌握各终端的日常运行情况；用电营业部门需要及时掌握大中 用户的抄表数据；生技部门需掌握用户端各路进线的电压和谐波情 况；调度 SCADA 和配网系统则需了解柱上开关、配电房集中监控 方面的数据；省局用电处和局内各有关领导能够按个人所需随时查 看所辖大中用户的每日用电情况等。这些都要求负荷管理系统成为 一个以信息共享为主的“综合开放”系统。 系统实现了基于 IP 地址控制的数据访问控制和网络信息发布功 能。
17、为了使访问者查找方便,系统支持对用电用户的组合查询和模糊 查询。在此基础上，可以对用户信息、抄表数据、整点巡测数据、 日/月功率曲线、电压曲线、交采对比曲线、谐波含有率曲线、月功 率因数曲线等进行浏览，满足各部门的不同需要，实现信息共享。 另外，系统 Web 服务器通过路由器和防火墙接入 Internet，以网 页的形式向用户发布当日或历史负荷曲线图、当前电网实时峰谷平 电量、当前实时电价、停电检修信息等，使用户自觉避峰就谷用电。 4结束语结束语 本文的系统软件结构、数据结构、网络结构等标准化设计，满 足了系统开放性、扩充性要求。通过设计，有利于软件开发、设备 选型。做到经济实用，减少投资的目
18、的。此设计是下一阶段软硬开 发应用的依据。 此软件系统是为供电部门的控制中心研制的一套管理与控制系统， 它能及时收集电网数据、监视用户使用情况，并且能够及时发现窃 电行为，提供各种所需报表和曲线，为电力系统发展建设的正确决 策提供可靠的依据。 参考文献参考文献 1 广东省广电集团，广东省大客户电力负荷管理系统技术规范 2 王月志，赵跃，潘娟.电力负荷控制技术，东北电力技术， 2003，3 3 奕永忠，朱宏斌.电力负荷管理系统的开发及应用，浙江电力， 2001，6 4 周金良.进一步开发电力负荷监控系统在用电管理方面的功能.供 用电，47-49， 1998， 12 5 马蓉芬.无线电力负荷控制系
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