配變電的運行與監測管理系統的製作方法
2023-05-31 18:33:31
專利名稱：配變電的運行與監測管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及配變電技術領域，尤其是一種配變電的運行與監測管理系統。
背景技術：
隨著人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求已經不僅僅滿足於 有電用，良好的供電質量和服務水平，成為社會對供電企業要求的重要部 分。在電力管理發展過程中，原來以拉閘限電為目的的負荷控制正逐漸向 用電管理方向過渡。電力企業為提高供電質量和服務水平，需要有一套完 善的用電側電能管理系統，對與用戶直接相關的低壓電網運行狀態進行實 時監測，及時掌握低壓配電網運行的情況，適時根據供電需求的增長調整 電網負荷，及時發現和定位電網故障，發現異常供電和異常線損，杜絕供 電隱患。
長期以來，低壓配電網絡一直是供電系統運行可靠性的薄弱環節之一， 一些配電變壓器和配電線路因過載發熱、線損率高、電壓質量合格率低等， 既容易燒毀設備，也容易危及低壓電網安全可靠運行，而這些故障卻常常 被人們忽視。為此，原電力部規定各基層單位要定期上報電壓質量合格率 和作配電網的可靠性統計，並在"用電管理信息技術規範"中明確提出要 掌握配電網絡負荷情況及重點用戶的年、季、月、日各種負荷曲線等重要 信息。但多年來，由於低壓配電網絡缺乏這方面的自動化檢測手段， 一般 都在每年或每季的幾個典型日，由工作人員用鉗式電流表逐個測量配電變
壓器負荷的簡單方法，不僅費時費力，也不能反映真實情況，不能解決實 際問題。為此，研發、推廣低壓配電網絡的自動監控裝置十分必要。
此外，在電力市場向買方市場轉變的過程中，供電質量和服務在供電 體系中的重要性也日趨增大。同時，由於配網規劃和負荷預測等電網管理 需要更為詳盡的信息和數據，只對饋線進行監測的系統將無法滿足需要。 因此，應用新技術、新手段、新產品加強對配網的監測和管理、提高電力 生產、管理的科技含量也日趨迫切。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服配電變壓器和配電線路因過載發熱、 線損率高、電壓質量合格率低等，既容易燒毀設備，也容易危及低壓電網 安全可靠運行的缺點。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 一種配變電的運行與監 測管理系統，包括有後臺運行支持系統、GPRS無線數據通信網絡和數據釆
集終端。進一步的所述的後臺運行支持系統為主要事務邏輯在伺服器端實
現、部分應用事務邏輯在前端實現、用戶界面完全通過瀏覽器實現；所述 的GPRS無線數據通信網絡利用了中國移動公司的GPRS網絡，利用GPRS網
絡平臺實現數據信息的透明傳輸；所述的數據採集終端是通過GPRS通信網 絡將所有數據送到數據服務中心，配合系統進行負荷曲線監視和分析，並 自動監視用戶的用電情況，主動上報異常事件的提示信息。
本發明的有益效果是，本發明的配變電的運行與監測管理系統作為配 網自動化系統和整套用電側電能管理系統中的最重要的一個環節，綜合了 現代電子、通信、自動控制、計算機及網絡技術，以低壓配電網中的配變
為監測對象，提供用電在線監測與控制、負荷管理、電能質量管理等功能 的全面解決方案。該系統實現了對配電變壓器的實時監測、數據採集、電 能質量監測、供電可靠性統計與分析、線損分析、負荷預測，並可實現配 變臺區遠方抄表和計費自動化等功能，有效促進供電部門的管理水平，提 高電網供電質量及運行的經濟性，產生良好的經濟效益和社會效益。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖l是本發明的系統示意圖。
具體實施例方式
如圖1中的系統的具體設計-
一、配變監測實時通信組網的問題-
1、 配變運行實時監控對通信的要求
(1) 配變監控的數據量較大，實時性要求不太高，監控終端具有存儲功能， 不必每個配變監控終端同時佔用 一個通道與配變管理主站通信。
(2) 需具備選點召測通信功能，配變管理管理員可隨時召測配變監控終端 的實時數據。
(3) 對影響配變運行的越限告警信號，配變監控終端要及時上傳到配變管理主站。
(4) 主站、終端建設、安裝、維護方便，運行成本低廉。
(5) 最好可提供透明傳輸通道或可兼容多種通信協議。
2、 配變監測系統選用通信方式的原則
(1) 通信方式的經濟性
隨著配電自動化和電力管理現代化的廣泛開展，配變監測系統的建設 的作用變得越來越重要。而在建設配變監測系統的過程中，通信方式的經 濟性成為衡量是否選用這種通信方式的重要原則之一。選用具體的通信方 式來進行具體的配變監測系統的組網， 一定要最大限度的考慮利用現有的 資源從而降低建設投入，同時還要考慮到今後網絡維護的成本等因素。人
工抄寫配電參數顯然不合時宜。作為傳統的有線通信方式(RS485總線、現 場總線、光纖等)在構建網絡時需要大量的投入在購買線纜以及線纜的鋪 設建設上，而且網絡規劃複雜，網絡維護的費用相當的巨大。因此，有線 方式組網經濟性極差，在配變監測系統中很少採用這種組網方式。而在無 線組網方式中GPRS通信方式的經濟性是最佳的，GPRS通信方式非常適合利 用在配變監測系統中。
(2) 通信方式的可靠性
配變監測系統中傳輸的數據可分為兩類 一類是配變監測終端主動上 傳到監控中心的各種配變運行的參數、報警信號等數據，這些數據可以清 晰的表明配變實際的運行狀態； 一類是監控中心向配變下發的重要的控制 命令等，這些命令可以控制配變具體的操作；這兩類的數據非常重要，這 就要求通信方式必須可靠保證數據傳輸。因此，配變監測系統中通信方式 的可靠性是選擇通信方式的重要基本原則之一。
(3) 通信方式的開放性
隨著社會的發展，居民的生活水平提高。居民的用電需求和居民用電 負荷佔地區總負荷的比例不斷增大；同時由於一些新的居民小區的不斷開 發，新的配變在不斷的增加；作為配變監測系統中的通信方式必須具備可
擴展性，也就是說配變監測系統是一個具有開放性的系統。
(4)通信方式的實時性
配變監測系統中數據的傳輸必須是實時的，如果不能滿足數據傳輸的 實時性，必然會影響具體的判斷和控制，這在電力系統中是不允許的。因 此，配變監測系統選用的通信方式必須具有一定的傳輸帶寬，從而滿足數 據傳輸實時性的要求。
3、通信組網方案
通信技術的迅猛發展，給我們提供了很多的通信手段。為了解決配變 監測系統中數量眾多、分布分散的配電變壓器通信組網的難題，選用合適 的通信方式來組建配變監測系統通信網絡至關重要。因此，非常有必要對 配電網系統中各種通信技術進行分析。
(1)通用分組無線業務(GPRS)
GPRS作為第二代移動通信技術GSM向第三代移動通信(3G)的過渡技 術，它是在GSM系統的基礎上引入新的部件而構成的無線數據傳輸系統， 它使用分組交換技術，能兼容GSM並在網絡上更加有效地傳輸高速數據和 信令，使得用戶能夠在端到端分組傳送模式下發送和接收數據。
由於無線資源採用動態分配方式， 一個用戶可以分配多個時隙， 一個 時隙也可以由多個用戶共享，用戶雖然與網絡一直連接，但僅當有數據傳 送時才佔用無線信道資源。GPRS的信道由多個用戶共享，不會被獨佔，可 以保證各用戶數據的實時傳輸。GPRS的數據傳輸速率快，最快可達到 171. 2kbps。 GPRS採用針對數據業務的計費方法，即流量計費方法，與上網 時間無關，用戶可以時時在線。GPRS的網絡接入速度快，數據傳輸更加穩 定、抗幹擾能力強。
由此可見，GPRS通信方式使用了分組交換技術，"永遠在線"，通信 速度高，按流量收費，通信費用低，是移動通信技術和Internet網際網路完 美結合的產物，並且在一次性投入和網絡維護上的開銷小，對配電自動化 系統內分布範圍大、地域比較複雜、實時數據量小、數量眾多的配電變壓 器監測和控制來說可以節省耗費巨大的導線材料和人工費用，而且免除了 日常檢修和維護費用。同時，具有高可靠性，擴展性和抗幹擾性。所以在 配變監測系統中運用GPRS通信技術是具有極大的經濟效益和切實可行的方 案。
(2) GPRS通信技術在配變監測系統中應用的可行性
供電企業通過配變監測系統，將控制中心的控制命令準確地傳送到為 數眾多的遠方配電變壓器，並且將反映遠方配電變壓器運行情況的數據信 息收集到控制中心。因此配變監測系統對通信網絡的依賴性很高，通信網 絡穩定可靠是配變監測系統正常工作的前提。由於配電變壓器數量眾多、 覆蓋面廣、距離遠，因此高性能、高可靠、低成本、易維護的通信方式的 選擇是配變監測系統設計的重要內容。
分析配變監測系統中通信數據，主要可分為兩類 一類是周期性的召 測數據，如配電變壓器定點時刻的運行參數；另一類是突發性的數據。這 兩類數據的規模都不大，每幀數據均小於1K字節。GPRS網絡的技術特點特 別適用於間斷的、突發性的或者頻繁的少量的數據傳輸，也適用於偶爾大 數據量傳輸。因此，GPRS網絡滿足配變監測系統中數據的通信方式。
GPRS採用分組交換技術，數據傳輸速率最高可達171.2kbit/s， GPRS 支持多種帶寬，是對有效帶寬的高效利用。因此，GPRS網絡完全可以滿足 配變監測系統中數據的通信速率的要求。
GPRS具有"永遠在線"的功能，當終端與GPRS網絡建立連接後，即使 沒有數據傳送，終端也一直與網絡保持連接，再次進行數據傳輸時不需要 重新連接，而網絡容量只有在實際進行傳輸時才被佔用，從而保證了數據 交換的實時性。因此，GPRS滿足配變監測系統中數據通信的實時性的要求。
GPRS是以傳輸的數據量，而不是以連接時間為基準來收費的，接入GPRS 網絡但沒有數據傳輸是不收費的，這使得通信信道的使用費用大大降低。GPRS網絡是在現有的GSM網絡系統的基礎上引入新的部件而構成的無線數 據傳輸系統，在一次性投入和網絡維護上的開銷小，可以節省耗費巨大的 導線材料和人工費用，而且免除了日常檢修和維護費用，同時，具有高可 靠性，擴展性和抗幹擾性。因此，GPRS滿足配變監測系統數據通信的高可 靠和低成本的要求。
綜上所述，在配變監測系統中使用GPRS無線通訊網絡來完成對數量眾 多、覆蓋面廣、距離遠的配電變壓器進行實時監控是一種行價比高、切實可行的方案。
(3) GPRS通信技術在配變監測系統通信網絡中應用模式
GPRS的配變監測系統通信網絡是配變監測終端中的GPRS無線終端與集 中監控主站系統之間數據傳輸的通道，通信網絡的構成有以下兩種方案。
第一種通信網絡構成方案採用GPRS與Internet相結合的通信連接方 式，集中監控主站通過這種通信連接方式，集中監控配變數據採集終端的 數據信息。每臺分散的配變數據採集終端上安裝GPRS無線終端，GPRS無線 終端通過串口與配變數據採集終端的串口通信，GPRS無線終端需要安裝移 動通信公司的SIM卡，併到移動通信公司申請開通普通的GPRS業務，無需申請開通專門的GPRS業務。GPRS無線終端上電後，經過初始化操作、激活PDP上下文、設定服務質量等級、撥號呼叫連接後登錄到GPRS網絡，再通 過移動Internet的接入點獲得外部IP位址，建立訪問Internet的通道； 具有獨立IP位址的集中監控主站與Internet相連。這樣集中監控主站與 GPRS無線終端通過GPRS與Internet網絡進行通信，實現集中監控的各項 功能。
第二種通信網絡構成方案是GPRS和虛擬專用網絡(VPN)技術相結合 的通信連接方式，虛擬專用網絡採用隧道技術以及加密、身份認證等方法， 利用公共網絡設施在遠端用戶之間提供類似專網的連接技術。在每臺配變 數據採集終端裝置上安裝GPRS無線終端，硬體、軟體的實現方式類似與第
一種方案。與第一種方案不同之處是需要向中國移動通信公司申請VPN業 務，從而可以把所有的配變數據釆集終端和集中監控主站連接成VPN。這樣
集中監控主站與配變數據採集終端之間可以進行通信。
比較這兩種方案，方案一通信網絡構成成本較低，但GPRS無線終端作 為網絡主機，暴露在Internet網絡上，有遭受攻擊的可能，並且GPRS無 線終端發送和接收的數據沒有加密處理，數據傳輸安全性低；方案二 GPRS 無線終端與集中監控主站系統之間數據是在加密後"虛擬專用網絡"中傳 輸的，數據傳輸的安全性強，而且終端設備之間也可以進行通信，但是這 種方案建立"虛擬專用網絡"費用很高。因此，在注重網絡通信費用少， 數據安全性要求不高的情況下，採用方案一較好。而在通信數據安全性要 求高，可以承受高的網絡通信費用的情況下，釆用方案二。 二、配變監測終端硬體設計
配變監測終端以採集、計量為主，集監控、報警、顯示、通信功能於 一體。配變監測終端採用高速、高精度採樣技術提供準確穩定的數據，是整個配變監測系統中的數據源。運行支持系統對從配變數據採集終端接收 到的數據進行各項應用處理，並以此基礎數據提供各種支持服務和管理功 能。
1、配變監測終端硬體組成及工作原理
配變監測終端由配電變壓器數據採集單元和GPRS無線數據通信終端兩 個相對獨立的部分組成，配電變壓器數據採集單元由高精度電流、電壓釆 集器，高速高精度模數轉換器、高速信號處理器、實時時鐘、液晶顯示和 功能按鍵人機接口、數據通信接口等部分組成，在高速數據處理器的控制 下，配電變壓器數據採集單元中的高速模數轉換器(A/D)將來自電壓、電 流高精度採樣器的模擬信號轉換成數位訊號，並對其進行數字運算，並依 據相應需量等要求進行處理，其結果保存在數據存儲器中，並根據需要向 外部接口提供信息和進行數據交互。
配電變壓器數據採集單元實時採集配電變壓器低壓側的三相電流、三 相電壓，利用高速信號處理器的強大技術功能，得到配變的實時參數，如 三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電量等，並暫存在非 易失數據存儲器中。當監控中心下發召測指令時，TTU將暫存的數據通過 GPRS通信模塊傳送到監控中心供分析處理。此外，當現場運行數據越限或 裝置本體故障時，本單元還可通過GPRS通信模塊主動上傳報警數據，提醒 運行人員及時處理。
GPRS無線終端是實現GPRS業務的關鍵設備，起到連接配變數據採集終 端和GPRS網絡的作用。GPRS無線終端將現場配變數據採集終端的數據發送 至中國移動GPRS網絡上，接收由GPRS網絡傳輸的集中監控主站系統下發
的各項命令，再傳送至配變數據採集終端。
2、配變監測硬體設計
配變監測終端是實現配變監測系統的關鍵設備，起到在配變現場採集 數據並通過GPRS無線網絡來傳送數據到監測中心的作用，同時可以接受監 測中心的控制命令實現對配變的運行控制。配變監測終端將現場配電變壓 器數據發送至中國移動GPRS網絡上，再通過Internet發送到具有獨立IP 地址的集中監控主站系統；接收由Internet、 GPRS網絡傳輸的集中監控主 站系統下發的各項抄表命令，處理後再傳送至配變採集終端。
在基於GPRS技術的配變監測系統中，本著高性價比的設計思想，通信 網絡方案選擇GPRS和Internet相結合的方案，配變監測終端中採用高速 DSP+32位嵌入式系統的設計方案。以下章節中將詳細介紹配變監測系統中 關鍵設備——配變監測終端軟硬體的設計。
(1)配變監測終端的硬體總體設計
按照的功能模型，配變監測終端的硬體結構運用模塊化的設計方法， 主要分成主處理器模塊、存儲模塊、串口通信模塊、GPRS通信模塊、人機 界面模塊、數據採集模塊、開關電源等幾個部分
三、運行支持系統設計
1、運行支持系統與GPRS無線通信終端之間的通信體系結構
運行支持系統與GPRS無線終端之間採用經典的C/S (Client/Server) 結構，即客戶端/伺服器體系結構。由於運行支持系統與GPRS無線終端之 間只進行簡單的通信數據交換應用，沒有其它複雜的網絡應用項目，故採 用2層模式的C/S結構。
由於GPRS網絡伺服器動態分配接入節點的IP位址，因而無線終端每
次上線獲取的IP位址都是隨機的，因此只能夠作為C/S結構下的Client (客戶端)。運行支持系統中負責通信任務的通信主機，採用Windows 2000 Server作業系統，利用作業系統提供的API函數和套接字功能建立通信 Server (伺服器)。
通信主機與無線終端之間傳輸層採用面向連結TCP的協議。通信主機 開闢一個監聽埠，等待無線終端的主動連結；GPRS無線終端一旦撥號上 GPRS網絡後，便向事先配置好的通信主機IP位址和監聽埠發起連結， Sever—旦監聽到連結申請之後，便保持連結，在通信主機和無線終端之間 建立起虛擬的物理鏈路，依靠該鏈路，便可實現通信主機與GPRS無線終端 之間的數據收發通信，
配電變壓器由於安裝地點分散、設備數量眾多、運行環境惡劣、地理 地形分布不平衡常規的光纖通信、有線電纜、電力載波通信組網無論在技 術上，還是資金投入產出比上都不太可行。針對以上問題，項目研究過程 中對GPRS的數據業務進行了比較分析，從技術可靠性、穩定性、經濟性及 安全性等方面綜合考慮，提出基於GPRS無線通信技術，利用中國移動公司 現有GPRS網絡研製開發新型的配變電的運行與監測管理系統。
權利要求
1. 一種配變電的運行與監測管理系統，其特徵是包括有後臺運行支持系統、GPRS無線數據通信網絡和數據採集終端。
1、 一種配變電的運行與監測管理系統，其特徵是包括有後臺運行支持系統、GPRS無線數據通信網絡和數據採集終端。
2、 根據權利要求1所述的配變電的運行與監測管理系統，其特徵是 所述的後臺運行支持系統為主要事務邏輯在伺服器端實現、部分應用事務 邏輯在前端實現、用戶界面完全通過瀏覽器實現。
3、 根據權利要求1所述的配變電的運行與監測管理系統，其特徵是所述的GPRS無線數據通信網絡利用了中國移動公司的GPRS網絡，利用GPRS 網絡平臺實現數據信息的透明傳輸。
4、 根據權利要求1所述的配變電的運行與監測管理系統，其特徵是所述的數據採集終端是通過GPRS通信網絡將所有數據送到數據服務中心， 配合系統進行負荷曲線監視和分析，並自動監視用戶的用電情況，主動上 報異常事件的提示信息。.
全文摘要
本發明涉及配變電技術領域，尤其是一種配變電的運行與監測管理系統。包括有後臺運行支持系統、GPRS無線數據通信網絡和數據採集終端。後臺運行支持系統為主要事務邏輯在伺服器端實現、部分應用事務邏輯在前端實現、用戶界面完全通過瀏覽器實現；GPRS無線數據通信網絡利用了中國移動公司的GPRS網絡，利用GPRS網絡平臺實現數據信息的透明傳輸；數據採集終端是通過GPRS通信網絡將所有數據送到數據服務中心，配合系統進行負荷曲線監視和分析，並自動監視用戶的用電情況，主動上報異常事件的提示信息。
文檔編號H02J13/00GK101207302SQ200610161628
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月19日 優先權日2006年12月19日
發明者曹兵軍, 葛永兵, 賀祥梅 申請人:賀祥梅