GPRS網絡電力負荷管理系統的應用

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隨著電力體制改革的全面開展和不斷深入及電力市場營銷業(yè)務的日益創(chuàng)新，營銷信息化工作得以迅速推開，客戶現場信息的集中采集和分析應用，成為營銷業(yè)務工作不可缺少的基礎技術要求，在電力管理發(fā)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(yè)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。同時，對用戶側防竊電技術的要求也越來越迫切。由此帶來的對傳統結算手段的改進，對大、中工業(yè)用戶及配變計量監(jiān)測點用電情況的監(jiān)測的需求已越來越強烈。有序用電管理成為我們營銷工作的重點。
在對大用戶的考核與電費抄收，配電變壓器的監(jiān)測，居民臺區(qū)線損的管理過程中，存在著地理位置分散、采集點多、數據量少、實時性不高等困難，而利用GPRS技術，構建工業(yè)大用戶的考核與電費抄收系統，配電變壓器的監(jiān)測系統，居民臺區(qū)線損管理系統可以避免這些困難，是用電管理的一個趨勢。
哈密電網是一個有較長歷史的電網，設備比較陳久，特別是這兩年隨著國家產業(yè)政策的調整，負荷發(fā)展較快，電網負荷較重。為保證安全、可靠供電，我局近年來在大用電負荷側方面的技術改造進行了資金的大量投入。為保證售電量的及時準確抄錄，我局已建立基于GPRS技術的電力負荷管理系統，現在正在進行大面積普及安裝工作，大力推廣電力負荷管理系統勢在必行。
2 電力市場營銷業(yè)務對負荷管理系統的需求
隨著電網企業(yè)對市場營銷業(yè)務的要求越來越高，業(yè)務創(chuàng)新勢必要求獲得更深入和更廣泛的信息系統支持。技術的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，高科技、智能化產品已經滲透到日常生活的各個領域，自動抄表也成為當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。目前在電力集抄領域，主要的方式有載波抄表、有線抄表和無線抄表等。
2.1客戶用電信息的及時收集和掌握需求
加快電費結算周期，分析和預測電力市場的變化，優(yōu)化和評價市場策略，需要及時和集中收集客戶用電各類負荷電量數據，已經不再是完全靠人工所能夠承擔的了。
2.2客戶電力負荷的集中監(jiān)控需求
實現有序用電管理，保障電網供需平衡和減少用戶停電損失，提高電網建設投資效益，同時也為供電企業(yè)提供催收電費的輔助控制手段，需要實施客戶側用電負荷的集中監(jiān)控管理。
2.3客戶側電能計量設備工作狀況的監(jiān)控需求
強化客戶側電能計量設備運行監(jiān)控，成為供電企業(yè)重要技術投向之一，對客戶用電現場所發(fā)生的計量異?，F象要求能夠得到及時監(jiān)控，發(fā)出相應的告警提示和為事件處理提供分析數據依據。
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配電線路上客戶側電能消耗信息進行同時數據采集，既需要在同一時刻完成配電線路上的專用配變客戶和公用配變的電量數據進行集中收集，才能分析得到真實的線路損耗，同時得到配電變壓器運行情況和電能質量數據，對開展配電線損管理和調整配變設備運行提供依據。
3系統簡述
電力負荷管理系統是集現代數字通信技術、計算機軟硬件技術、電能計量技術和電力營銷技術為一體的電力負荷綜合性實時信息采集與分析處理系統，它以公共的GPRS移動通信網絡為載體，通過GPRS網絡實現系統主站和現場終端之間的實時在線通訊，具有用電異常信息報警、負荷管理、錯峰用電、遠程預付費、電能質量檢測、線損分析、遠程抄表、客戶服務等功能。
表1-3與現有通信方式的性能比較
 無線負控 中壓載波 寬帶以太 短消息（SMS） GSM數傳（CSD） 移動GPRS信道
建網難度 困難 困難 困難 簡單 簡單 簡單
一次性投資 極大 大 極大 小 大 小
運行維護 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
實時監(jiān)控 不能 不能 能 不能 不能 能
使用收費 較低 低 高 高 高 一般
4系統組成
利用中國移動現有的GPRS通信網絡，用電負荷管理終端通過RS485抄錄大、中工業(yè)用戶及廠站的電能表數據，通過中國移動的數據通信服務中心與后臺系統交換，在移動的數據服務中心和供電局抄表中心之間申請VPN專網，并在電力局抄表中心建立中心主站，所有終端設備通過GPRS網絡及移動數據中心連至該中心主站，實現終端數據和主站系統的實時在線連接。
應用系統典型拓撲圖：

 
5系統特點
無線GPRS電力集抄營銷系統具備如下特點：不需要為多表集抄專門布線，前期投資少、見效快，后期升級、維護成本低；無論在多遠的地方，只要可以上網就可以完成對集抄的控制和管理；基本硬件平臺擴展?jié)摿薮?，可以方便的擴展到水、燃氣等設備的集抄；系統通訊采用模塊化設計，支持GPRS、CDMA公共無線數據通信方式和有線網絡通訊方式，支持短信、GSM相接合的通信方式；傳輸協議同時支持TCP和UDP協議，可以靈活配置兩個或多個主備傳輸通道，能夠實現GPRS與SMS或CDMA與SMS通訊通道的自動切換；系統采用多任務、多線程并發(fā)通信調度管理機制，可實現多臺采集工作站并行采集，每臺工作站可同時支持64個任務（終端）并發(fā)采集，支持多采集任務的負載均衡；主站與終端通訊采用128位RD分組加密算法和SHA64的數據完整性驗證安全機制，確保數據傳輸安全；主站與終端通訊采用高效的RAY-Period矢量算法進行數據壓縮，壓縮效率平均可達60%以上；模板化檔案錄入設計，支持配電管理終端檔案信息的出廠設置，支持批量檔案錄入、從營銷系統倒入檔案數據；系統具有靈活的權限管理，權限控制不僅對用戶操作功能進行控制，而且可以對數據查訊、操作范圍進行控制，不同區(qū)域的用戶僅能訪問其區(qū)域的數據；主站支持配電管理終端軟件、電表規(guī)約的遠程升級，升級支持斷點續(xù)傳；可以根據電網結構、隸屬關系、用戶自定義方式進行分組、歸類，方便用戶查詢；可以提供曲線、表格等方式供用戶查詢。無需擔心傳輸網絡擴容和服務，中國移動為此提供保障。
表1-1各方案的對比
方案 傳輸距離 傳輸速度 實時性 差錯率 數據量 覆蓋范圍 工程量 線路投資 維護量 通信費用
電力載波 近 中 實時 高 大 中 小 無 大 低
RS485總線 近 高 實時 無 大 小 大 大 中 低
短信息 遠 不確定 非實時 無 小 大 小 無 無 大
有線電視網 遠 高 實時 無 大 中 大 租用 小 大
GPRS 遠 高 實時 無 大 大 小 無 無 低
6系統功能：
6.1 數據采集：自動采集用戶電量、電壓、電流、功率、報警事件等數據，采集時間間隔和數據采集項目可以靈活定義，設置；
6.2 錯峰及有序用電管理：對用戶進行靈活的分組、排序，生成錯峰輪休計劃，分配負荷定值和設置控制時段，避免線路拉閘限電，減少缺電帶來的客戶經濟損失和社會影響；系統提供負荷計劃曲線、限電指標曲線、決策曲線、實際負荷曲線與計劃曲線對比分析，校驗錯峰方案執(zhí)行效果。
6.3 按地區(qū)、行業(yè)、電價、負荷類別、錯峰方案等多種查詢條件，以曲線或表格方式實時查詢當前負荷、用戶數，并可與歷史負荷數據進行對照分析比較；
6.4可以實現電表時鐘對時和電表費率時段遠程參數管理。
6.5 對負荷達到上限值或下限值時報警。
6.6 對臺區(qū)中測儀的數據能采集回來。
7 GPRS的技術特點：
7.1實時在線：配電點無線終端與主站設備隨時都保持網絡聯系，
7.2高速傳輸：由于GPRS采取了先進的分組交換方式，數據傳輸最高理論值可達171.2kb/s
7.3按量計費：按數據傳輸量來計費，沒有傳輸數據信息時，即使實時在線占用數據通道也不會發(fā)生費用。
7.4資源利用率高：多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用。
7.5 GPRS無線數據通信功能
 
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、分析并自動報警功能，并可將異常信息（包括報警時刻前后電量或其它數據）主動上報給主站，同時保存一定數量的異常記錄供主站召測。
8軟件系統特點
8.1 純JAVA系統設計：采用JAVA技術進行設計開發(fā)，具有強大的穩(wěn)定性、安全性、兼容性、可擴展性；先進的B/S結構：系統使用先進的B/S結構，用戶只需要使用瀏覽器就可以通過電力公司內部的網絡完成電表集抄和各項電力營銷管理功能。使用BS結構不僅極大的方便了電力公司相關人員的使用，而且為電力公司未來向公眾公開用電費用提供了方便。
8.2 營銷管理決策支持：基于完整的、實時的業(yè)務數據，智能的決策支持系統可以為管理者提供豐富的決策支持信息，實現業(yè)務運營的有效管理。
8.3 功能擴展性：整個系統具有極強的開放性和可伸縮性，可以方便的與銀行電話付費系統相連，為電力公司未來開展在線支付、客戶服務等增值業(yè)務提供了方便。
9 電力負荷管理系統工作原理
電力負荷管理系統適營銷系統自動化、智能化的理想設備。數據終端采用WFET-1000S電力負荷管理終端。采用GPRS無限通信技術、高性能微處理器技術以及多功能電能表三者相結合的方法實現電能表計參數時時檢測和無限傳輸。硬件設計主要由數據采集器與多功能電能表通過RS232通訊接口，采集多功能表的數據，進行數據處理并存儲數據。同時，由數據采集器與GPRS模塊通過RS232通訊接口，控制GPRS模塊的接受命令或發(fā)送數據進行短信功能的發(fā)送。WFET-1000E/D多功能遠方抄表終端，采用了先進的32位RISC 嵌入式CPU硬件平臺、實時嵌入式LINUX嵌入式操作系統、GPRS移動通信技術和高精度電能計量等技術研制而成的新一代終端產品。除了具備傳統的遠方抄表等功能外，還具備了防竊電監(jiān)測及主動上報等功能。具有功能強大、使用簡單、運行穩(wěn)定、維護方便等特點。GPRS模塊是一款完全透明的GPRS無限調制解調器，上電后能夠自動連接主站并建立透明的GPRS數據通道。多功能電能表采用湖南長沙威勝集團或河南許繼集團的表計。它具有標準的RS485通訊接口。GPRS模塊安裝在數據采集器內部，數據采集器安裝在計量柜中。當數據采集器收到終端主機要求采集命令后，將存儲的數據通過GPRS通訊模塊發(fā)送出去，數據經過GPRS無線公共網連接互聯網被傳送到終端主機上。報警數據將主動上傳主站終端，同時以短信形式發(fā)送到指定責任人手機上。主站終端接受數據采集器傳送的數據，時時采集電量、需量、電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、相角、功率因數等，統計每日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、無功功率、視在功率、功率因數日最大、最小值及發(fā)生時間。一旦發(fā)生報警，通過GPRS網絡發(fā)送報警短消息。數據庫管理軟件對本地數據庫進行數據記錄管理，用戶通過人機交互界面管理所有轄區(qū)內的多功能電能表
WFET-1000S電力負荷管理終端

    
歷史數據及自動生成報表等。
10 數據采集器與多功能電能表的通信規(guī)約
數據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，該標準適用于本地系統中的多功能電能表的費率裝置與數據終端設備進行點對點的或一主多從的數據交換方式，規(guī)定了它們之間的物理連接、通信鏈路及應用技術規(guī)范。
主站與終端通訊采用128位RD分組加密算法和SHA64的數據完整性驗證安全機制，確保數據傳輸安全；主站與終端通訊采用高效的RAY-Period矢量算法進行數據壓縮，傳輸協議同時支持TCP和UDP協議，可以靈活配置兩個或多個主備傳輸通道，能夠實現GPRS與SMS或CDMA與SMS通訊通道的自動切換；遠程通訊協議：浙江規(guī)約、廣東規(guī)約、國電規(guī)約。
11 數據采集器的軟件流程
系統軟件設計包括單片機應用軟件和PC機應用軟件。單片機程序主要實現了數據的采集、數字信號處理、存儲、顯示、通信處理等功能；PC機軟件主要是對數據進一步處理，實現了實時監(jiān)測、動態(tài)顯示、歷史數據查詢、曲線繪制、報表顯示以及答應輸出等功能。
表1短信內容與事故的對應關系
事件 短信內容 事件條件
停電 故障報告：計量柜裝置停電 三相電壓=0且三相電流﹤2%Ib
全失壓 故障報告：計量柜裝置全失壓（竊電） 三相電壓=0且某相電流＞=2%Ib
失壓 故障報告：計量柜裝置失壓 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與其它系統接口
12.1系統的設計開發(fā)采用基于標準的開放體系結構，能較好地與其它系統集成。
12.2系統可以和營銷系統接口，向營銷系統提供用戶客戶的電量數據，方便營銷結算。
12.3系統可以和用電GIS系統接口，向GIS系統提供用電客戶的檔案信息及報警信息。
13 結束語
經我局安裝試驗運行證明，安裝后運行可靠，實現抄收我局管轄范圍內大電力大客戶電能表的各種數據，為用戶進行數據管理分析，同時為電量平衡，線損分析既負荷預測提供了切實的數據，對全面提高電力系統自動化水平，電力企業(yè)的經濟效益和服務水平有著顯著效果。