GPRS網(wǎng)絡(luò)電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的應(yīng)用

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隨著電力體制改革的全面開(kāi)展和不斷深入及電力市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)的日益創(chuàng)新，營(yíng)銷(xiāo)信息化工作得以迅速推開(kāi)，客戶現(xiàn)場(chǎng)信息的集中采集和分析應(yīng)用，成為營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)工作不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)要求，在電力管理發(fā)展過(guò)程中，原來(lái)以拉閘限電為目的的負(fù)荷控制正逐漸向用電管理方向過(guò)渡，電力企業(yè)為提高供電質(zhì)量和服務(wù)水平，需要有一套完善的用電側(cè)電能管理系統(tǒng)。同時(shí)，對(duì)用戶側(cè)防竊電技術(shù)的要求也越來(lái)越迫切。由此帶來(lái)的對(duì)傳統(tǒng)結(jié)算手段的改進(jìn)，對(duì)大、中工業(yè)用戶及配變計(jì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)用電情況的監(jiān)測(cè)的需求已越來(lái)越強(qiáng)烈。有序用電管理成為我們營(yíng)銷(xiāo)工作的重點(diǎn)。
在對(duì)大用戶的考核與電費(fèi)抄收，配電變壓器的監(jiān)測(cè)，居民臺(tái)區(qū)線損的管理過(guò)程中，存在著地理位置分散、采集點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量少、實(shí)時(shí)性不高等困難，而利用GPRS技術(shù)，構(gòu)建工業(yè)大用戶的考核與電費(fèi)抄收系統(tǒng)，配電變壓器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，居民臺(tái)區(qū)線損管理系統(tǒng)可以避免這些困難，是用電管理的一個(gè)趨勢(shì)。
哈密電網(wǎng)是一個(gè)有較長(zhǎng)歷史的電網(wǎng)，設(shè)備比較陳久，特別是這兩年隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，負(fù)荷發(fā)展較快，電網(wǎng)負(fù)荷較重。為保證安全、可靠供電，我局近年來(lái)在大用電負(fù)荷側(cè)方面的技術(shù)改造進(jìn)行了資金的大量投入。為保證售電量的及時(shí)準(zhǔn)確抄錄，我局已建立基于GPRS技術(shù)的電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，現(xiàn)在正在進(jìn)行大面積普及安裝工作，大力推廣電力負(fù)荷管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。
2 電力市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)對(duì)負(fù)荷管理系統(tǒng)的需求
隨著電網(wǎng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)的要求越來(lái)越高，業(yè)務(wù)創(chuàng)新勢(shì)必要求獲得更深入和更廣泛的信息系統(tǒng)支持。技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，高科技、智能化產(chǎn)品已經(jīng)滲透到日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，自動(dòng)抄表也成為當(dāng)今智能化管理的潮流，成為智能化樓宇、智能化小區(qū)中不可缺少的組成部分。目前在電力集抄領(lǐng)域，主要的方式有載波抄表、有線抄表和無(wú)線抄表等。
2.1客戶用電信息的及時(shí)收集和掌握需求
加快電費(fèi)結(jié)算周期，分析和預(yù)測(cè)電力市場(chǎng)的變化，優(yōu)化和評(píng)價(jià)市場(chǎng)策略，需要及時(shí)和集中收集客戶用電各類(lèi)負(fù)荷電量數(shù)據(jù)，已經(jīng)不再是完全靠人工所能夠承擔(dān)的了。
2.2客戶電力負(fù)荷的集中監(jiān)控需求
實(shí)現(xiàn)有序用電管理，保障電網(wǎng)供需平衡和減少用戶停電損失，提高電網(wǎng)建設(shè)投資效益，同時(shí)也為供電企業(yè)提供催收電費(fèi)的輔助控制手段，需要實(shí)施客戶側(cè)用電負(fù)荷的集中監(jiān)控管理。
2.3客戶側(cè)電能計(jì)量設(shè)備工作狀況的監(jiān)控需求
強(qiáng)化客戶側(cè)電能計(jì)量設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控，成為供電企業(yè)重要技術(shù)投向之一，對(duì)客戶用電現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的計(jì)量異?，F(xiàn)象要求能夠得到及時(shí)監(jiān)控，發(fā)出相應(yīng)的告警提示和為事件處理提供分析數(shù)據(jù)依據(jù)。
2.5配電線路線損管理的需要需求
配電線路線損管理需要對(duì)配電線路上客戶側(cè)電能消耗信息進(jìn)行同時(shí)數(shù)據(jù)采集，既需要在同一時(shí)刻完成配電線路上的專(zhuān)用配變客戶和公用配變的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中收集，才能分析得到真實(shí)的線路損耗，同時(shí)得到配電變壓器運(yùn)行情況和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，對(duì)開(kāi)展配電線損管理和調(diào)整配變?cè)O(shè)備運(yùn)行提供依據(jù)。
3系統(tǒng)簡(jiǎn)述
電力負(fù)荷管理系統(tǒng)是集現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、電能計(jì)量技術(shù)和電力營(yíng)銷(xiāo)技術(shù)為一體的電力負(fù)荷綜合性實(shí)時(shí)信息采集與分析處理系統(tǒng)，它以公共的GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為載體，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主站和現(xiàn)場(chǎng)終端之間的實(shí)時(shí)在線通訊，具有用電異常信息報(bào)警、負(fù)荷管理、錯(cuò)峰用電、遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)、電能質(zhì)量檢測(cè)、線損分析、遠(yuǎn)程抄表、客戶服務(wù)等功能。
表1-3與現(xiàn)有通信方式的性能比較
 無(wú)線負(fù)控 中壓載波 寬帶以太 短消息（SMS） GSM數(shù)傳（CSD） 移動(dòng)GPRS信道
建網(wǎng)難度 困難 困難 困難 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單
一次性投資 極大 大 極大 小 大 小
運(yùn)行維護(hù) 困難 困難 一般 一般 容易 容易
通信速度 低 最低 高 低 高 高
可靠性 差 最差 好 差 較好 好
實(shí)時(shí)監(jiān)控 不能 不能 能 不能 不能 能
使用收費(fèi) 較低 低 高 高 高 一般
4系統(tǒng)組成
利用中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有的GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，用電負(fù)荷管理終端通過(guò)RS485抄錄大、中工業(yè)用戶及廠站的電能表數(shù)據(jù)，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的數(shù)據(jù)通信服務(wù)中心與后臺(tái)系統(tǒng)交換，在移動(dòng)的數(shù)據(jù)服務(wù)中心和供電局抄表中心之間申請(qǐng)VPN專(zhuān)網(wǎng)，并在電力局抄表中心建立中心主站，所有終端設(shè)備通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)數(shù)據(jù)中心連至該中心主站，實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)和主站系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。
應(yīng)用系統(tǒng)典型拓?fù)鋱D：

 
5系統(tǒng)特點(diǎn)
無(wú)線GPRS電力集抄營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：不需要為多表集抄專(zhuān)門(mén)布線，前期投資少、見(jiàn)效快，后期升級(jí)、維護(hù)成本低；無(wú)論在多遠(yuǎn)的地方，只要可以上網(wǎng)就可以完成對(duì)集抄的控制和管理；基本硬件平臺(tái)擴(kuò)展?jié)摿薮?，可以方便的擴(kuò)展到水、燃?xì)獾仍O(shè)備的集抄；系統(tǒng)通訊采用模塊化設(shè)計(jì)，支持GPRS、CDMA公共無(wú)線數(shù)據(jù)通信方式和有線網(wǎng)絡(luò)通訊方式，支持短信、GSM相接合的通信方式；傳輸協(xié)議同時(shí)支持TCP和UDP協(xié)議，可以靈活配置兩個(gè)或多個(gè)主備傳輸通道，能夠?qū)崿F(xiàn)GPRS與SMS或CDMA與SMS通訊通道的自動(dòng)切換；系統(tǒng)采用多任務(wù)、多線程并發(fā)通信調(diào)度管理機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)采集工作站并行采集，每臺(tái)工作站可同時(shí)支持64個(gè)任務(wù)（終端）并發(fā)采集，支持多采集任務(wù)的負(fù)載均衡；主站與終端通訊采用128位RD分組加密算法和SHA64的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證安全機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸安全；主站與終端通訊采用高效的RAY-Period矢量算法進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，壓縮效率平均可達(dá)60%以上；模板化檔案錄入設(shè)計(jì)，支持配電管理終端檔案信息的出廠設(shè)置，支持批量檔案錄入、從營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)倒入檔案數(shù)據(jù)；系統(tǒng)具有靈活的權(quán)限管理，權(quán)限控制不僅對(duì)用戶操作功能進(jìn)行控制，而且可以對(duì)數(shù)據(jù)查訊、操作范圍進(jìn)行控制，不同區(qū)域的用戶僅能訪問(wèn)其區(qū)域的數(shù)據(jù)；主站支持配電管理終端軟件、電表規(guī)約的遠(yuǎn)程升級(jí)，升級(jí)支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳；可以根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、隸屬關(guān)系、用戶自定義方式進(jìn)行分組、歸類(lèi)，方便用戶查詢(xún)；可以提供曲線、表格等方式供用戶查詢(xún)。無(wú)需擔(dān)心傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和服務(wù)，中國(guó)移動(dòng)為此提供保障。
表1-1各方案的對(duì)比
方案 傳輸距離 傳輸速度 實(shí)時(shí)性 差錯(cuò)率 數(shù)據(jù)量 覆蓋范圍 工程量 線路投資 維護(hù)量 通信費(fèi)用
電力載波 近 中 實(shí)時(shí) 高 大 中 小 無(wú) 大 低
RS485總線 近 高 實(shí)時(shí) 無(wú) 大 小 大 大 中 低
短信息 遠(yuǎn) 不確定 非實(shí)時(shí) 無(wú) 小 大 小 無(wú) 無(wú) 大
有線電視網(wǎng) 遠(yuǎn) 高 實(shí)時(shí) 無(wú) 大 中 大 租用 小 大
GPRS 遠(yuǎn) 高 實(shí)時(shí) 無(wú) 大 大 小 無(wú) 無(wú) 低
6系統(tǒng)功能：
6.1 數(shù)據(jù)采集：自動(dòng)采集用戶電量、電壓、電流、功率、報(bào)警事件等數(shù)據(jù)，采集時(shí)間間隔和數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目可以靈活定義，設(shè)置；
6.2 錯(cuò)峰及有序用電管理：對(duì)用戶進(jìn)行靈活的分組、排序，生成錯(cuò)峰輪休計(jì)劃，分配負(fù)荷定值和設(shè)置控制時(shí)段，避免線路拉閘限電，減少缺電帶來(lái)的客戶經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響；系統(tǒng)提供負(fù)荷計(jì)劃曲線、限電指標(biāo)曲線、決策曲線、實(shí)際負(fù)荷曲線與計(jì)劃曲線對(duì)比分析，校驗(yàn)錯(cuò)峰方案執(zhí)行效果。
6.3 按地區(qū)、行業(yè)、電價(jià)、負(fù)荷類(lèi)別、錯(cuò)峰方案等多種查詢(xún)條件，以曲線或表格方式實(shí)時(shí)查詢(xún)當(dāng)前負(fù)荷、用戶數(shù)，并可與歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照分析比較；
6.4可以實(shí)現(xiàn)電表時(shí)鐘對(duì)時(shí)和電表費(fèi)率時(shí)段遠(yuǎn)程參數(shù)管理。
6.5 對(duì)負(fù)荷達(dá)到上限值或下限值時(shí)報(bào)警。
6.6 對(duì)臺(tái)區(qū)中測(cè)儀的數(shù)據(jù)能采集回來(lái)。
7 GPRS的技術(shù)特點(diǎn)：
7.1實(shí)時(shí)在線：配電點(diǎn)無(wú)線終端與主站設(shè)備隨時(shí)都保持網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，
7.2高速傳輸：由于GPRS采取了先進(jìn)的分組交換方式，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá)171.2kb/s
7.3按量計(jì)費(fèi)：按數(shù)據(jù)傳輸量來(lái)計(jì)費(fèi)，沒(méi)有傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，即使實(shí)時(shí)在線占用數(shù)據(jù)通道也不會(huì)發(fā)生費(fèi)用。
7.4資源利用率高：多個(gè)用戶可高效率地共享同一無(wú)線信道，從而提高了資源的利用。
7.5 GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信功能
 
圖1-1終端GPRS通訊示意圖
終端具有多種用電異常智能檢測(cè)、分析并自動(dòng)報(bào)警功能，并可將異常信息（包括報(bào)警時(shí)刻前后電量或其它數(shù)據(jù)）主動(dòng)上報(bào)給主站，同時(shí)保存一定數(shù)量的異常記錄供主站召測(cè)。
8軟件系統(tǒng)特點(diǎn)
8.1 純JAVA系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用JAVA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，具有強(qiáng)大的穩(wěn)定性、安全性、兼容性、可擴(kuò)展性；先進(jìn)的B/S結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)使用先進(jìn)的B/S結(jié)構(gòu)，用戶只需要使用瀏覽器就可以通過(guò)電力公司內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)完成電表集抄和各項(xiàng)電力營(yíng)銷(xiāo)管理功能。使用BS結(jié)構(gòu)不僅極大的方便了電力公司相關(guān)人員的使用，而且為電力公司未來(lái)向公眾公開(kāi)用電費(fèi)用提供了方便。
8.2 營(yíng)銷(xiāo)管理決策支持：基于完整的、實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，智能的決策支持系統(tǒng)可以為管理者提供豐富的決策支持信息，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的有效管理。
8.3 功能擴(kuò)展性：整個(gè)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的開(kāi)放性和可伸縮性，可以方便的與銀行電話付費(fèi)系統(tǒng)相連，為電力公司未來(lái)開(kāi)展在線支付、客戶服務(wù)等增值業(yè)務(wù)提供了方便。
9 電力負(fù)荷管理系統(tǒng)工作原理
電力負(fù)荷管理系統(tǒng)適營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的理想設(shè)備。數(shù)據(jù)終端采用WFET-1000S電力負(fù)荷管理終端。采用GPRS無(wú)限通信技術(shù)、高性能微處理器技術(shù)以及多功能電能表三者相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)電能表計(jì)參數(shù)時(shí)時(shí)檢測(cè)和無(wú)限傳輸。硬件設(shè)計(jì)主要由數(shù)據(jù)采集器與多功能電能表通過(guò)RS232通訊接口，采集多功能表的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，由數(shù)據(jù)采集器與GPRS模塊通過(guò)RS232通訊接口，控制GPRS模塊的接受命令或發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行短信功能的發(fā)送。WFET-1000E/D多功能遠(yuǎn)方抄表終端，采用了先進(jìn)的32位RISC 嵌入式CPU硬件平臺(tái)、實(shí)時(shí)嵌入式LINUX嵌入式操作系統(tǒng)、GPRS移動(dòng)通信技術(shù)和高精度電能計(jì)量等技術(shù)研制而成的新一代終端產(chǎn)品。除了具備傳統(tǒng)的遠(yuǎn)方抄表等功能外，還具備了防竊電監(jiān)測(cè)及主動(dòng)上報(bào)等功能。具有功能強(qiáng)大、使用簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便等特點(diǎn)。GPRS模塊是一款完全透明的GPRS無(wú)限調(diào)制解調(diào)器，上電后能夠自動(dòng)連接主站并建立透明的GPRS數(shù)據(jù)通道。多功能電能表采用湖南長(zhǎng)沙威勝集團(tuán)或河南許繼集團(tuán)的表計(jì)。它具有標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口。GPRS模塊安裝在數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部，數(shù)據(jù)采集器安裝在計(jì)量柜中。當(dāng)數(shù)據(jù)采集器收到終端主機(jī)要求采集命令后，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS通訊模塊發(fā)送出去，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)GPRS無(wú)線公共網(wǎng)連接互聯(lián)網(wǎng)被傳送到終端主機(jī)上。報(bào)警數(shù)據(jù)將主動(dòng)上傳主站終端，同時(shí)以短信形式發(fā)送到指定責(zé)任人手機(jī)上。主站終端接受數(shù)據(jù)采集器傳送的數(shù)據(jù)，時(shí)時(shí)采集電量、需量、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、相角、功率因數(shù)等，統(tǒng)計(jì)每日A、B、C分相電壓，A、B、C分相、零線電流，總、A、B、C分相有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)日最大、最小值及發(fā)生時(shí)間。一旦發(fā)生報(bào)警，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報(bào)警短消息。數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄管理，用戶通過(guò)人機(jī)交互界面管理所有轄區(qū)內(nèi)的多功能電能表
WFET-1000S電力負(fù)荷管理終端

    
歷史數(shù)據(jù)及自動(dòng)生成報(bào)表等。
10 數(shù)據(jù)采集器與多功能電能表的通信規(guī)約
數(shù)據(jù)采集器與多功能電能表的通信規(guī)約遵循多功能電能表通信規(guī)約DL/T645-1997，該標(biāo)準(zhǔn)適用于本地系統(tǒng)中的多功能電能表的費(fèi)率裝置與數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式，規(guī)定了它們之間的物理連接、通信鏈路及應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。
主站與終端通訊采用128位RD分組加密算法和SHA64的數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證安全機(jī)制，確保數(shù)據(jù)傳輸安全；主站與終端通訊采用高效的RAY-Period矢量算法進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，傳輸協(xié)議同時(shí)支持TCP和UDP協(xié)議，可以靈活配置兩個(gè)或多個(gè)主備傳輸通道，能夠?qū)崿F(xiàn)GPRS與SMS或CDMA與SMS通訊通道的自動(dòng)切換；遠(yuǎn)程通訊協(xié)議：浙江規(guī)約、廣東規(guī)約、國(guó)電規(guī)約。
11 數(shù)據(jù)采集器的軟件流程
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)應(yīng)用軟件和PC機(jī)應(yīng)用軟件。單片機(jī)程序主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字信號(hào)處理、存儲(chǔ)、顯示、通信處理等功能；PC機(jī)軟件主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、曲線繪制、報(bào)表顯示以及答應(yīng)輸出等功能。
表1短信內(nèi)容與事故的對(duì)應(yīng)關(guān)系
事件 短信內(nèi)容 事件條件
停電 故障報(bào)告：計(jì)量柜裝置停電 三相電壓=0且三相電流﹤2%Ib
全失壓 故障報(bào)告：計(jì)量柜裝置全失壓（竊電） 三相電壓=0且某相電流＞=2%Ib
失壓 故障報(bào)告：計(jì)量柜裝置失壓 電壓至少有一相工作，多功能表可以正常工作。發(fā)兩條短信。
12與其它系統(tǒng)接口
12.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)采用基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)，能較好地與其它系統(tǒng)集成。
12.2系統(tǒng)可以和營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)接口，向營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)提供用戶客戶的電量數(shù)據(jù)，方便營(yíng)銷(xiāo)結(jié)算。
12.3系統(tǒng)可以和用電GIS系統(tǒng)接口，向GIS系統(tǒng)提供用電客戶的檔案信息及報(bào)警信息。
13 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)我局安裝試驗(yàn)運(yùn)行證明，安裝后運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)抄收我局管轄范圍內(nèi)大電力大客戶電能表的各種數(shù)據(jù)，為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)管理分析，同時(shí)為電量平衡，線損分析既負(fù)荷預(yù)測(cè)提供了切實(shí)的數(shù)據(jù)，對(duì)全面提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平，電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)水平有著顯著效果。