1、电力负荷管理系统主站控制系统的研究和设计电 子 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文）论文题目：电力负荷管理系统主站控制系统的研究和设计 学习中心（或办学单位）：电子科技大学厦门奥鹏学习中心指导老师：罗红 职 称： 讲师 学生姓名：刘学 学 号: 201003680953专 业：电力系统及其自动化 电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年 11月 14日电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书题目：电力负荷管理系统主站控制系统的研究和设计任务与要求： 随着国民经济的高速发展,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,尤其是在缺电的情况下进行必要的限电,保证电
2、网安全运行起到重要的作用。目前,电力负荷管理系统的应用已取得良好的效果。在此基础上,扩展系统功能,提高数据应用水平,成为负荷管理系统下一步发展的方向。时间： 2011 年 10 月13 日 至 2011 年 12 月 18 日 共 5 周学习中心：（或办学单位）电子科技大学厦门奥鹏学习中心学生姓名：刘学 学 号：201003680953专业： 电力系统及其自动化指导单位或教研室：电子科技大学厦门奥鹏学习中心指导教师： 罗红 职 称： 讲师电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年 11月 14日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字10月13日至10月
3、25日开题报告10月25日至11月18日论文初稿11月18日至12月16日论文终稿教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。摘要 本论文主要阐述了随着国民经济的高速发展,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,尤其是在缺电的情况下进行必要的限电,保证电网安全运行起到重要的作用。目前,电力负荷管理系统已经得到广泛的应用,并取得良好的效果。在此基础上,扩展系统功能,提高数据应用水平,成为负荷管理系统下一步发展的方向。本文提出了着重于数据的应用,充分实现系统功能扩展和数据资源共享的负荷管理系统,并详细介绍了系统的功能及其设计与实现。本文
4、介绍了负荷管理系统的系统结构,阐述电量管理、电能质量监测和防窃电分析等功能模块应用。关键词 负荷管理系统 功能应用 结构组成AbstractThis paper expatiate on with the rapid development of the national economy, load the rapid growth of electricity load management and control in power network dispatching an increasingly important role, especially in the case of po
5、wer shortage limits the necessary power to ensure the safe operation of power grid from to an important role. At present, the power load management system has been widely used, and achieved good results. On this basis, the expansion of system functions, improve the level of data applications, a load
6、 management system, the direction of future development. This paper focuses on the application of the data, the full expansion of system functions and data load management system, resource sharing, and details the function of the system and its design and implementation. This article describes the l
7、oad management system structure, elaborate power management, power quality analysis, monitoring and anti-tamper function module applications.KEY WORD Load management systems; functional applications; structural composition.目 录绪 言 7第一章、电力负荷管理系统的结构 8第一节、采集对象 8第二节、系统特色 11第三节、电力负荷管理系统IP虚拟网 13第四节、网络总体结构
8、13第五节、用电信息采集终端的组成与工作原理 16第二章、电力负荷管理系统的功能运用 23第一节、电力负荷管理系统的主要功能 23第二节、数据分析应用 23第三节、数据采集与监控异常分析处理 26结束语 28谢辞 29参考文献 30绪 言电力是当今社会最重要的动力方式。供电企业在向社会提供电能的同时,保持电力系统(发、供、用)电力、电量的平衡,是保证电网安全、经济地运行的重要保证,电力负荷管理系统是以计算机应用技术、现代通讯技术、电力控制技术为基础的信息采集、处理和实时监控统。 电力负荷控制能有效迅速的控制和调节用电负荷,降低了电网的最高负荷,提高电网的负荷率带来的经济效益,首先是减少或推迟了
9、发电、输电、配电等方面的设施建设。实施电力负荷控制可提高电网运行的安全水平。电力负荷控制系统以遥测手段严密监视配电设备的运行情况,使调度人员能及时有效的处理异常情况,保证了电网的安全运行。实施电力负荷控制后,可避免电网因超负荷紧急拉配电线路的开关,引起大面积停电,造成用户的经济损失,当前我国的电力发展速度跟不上国民经济发展的需要,电力供需矛盾突出,许多供电网络经常拉闸限电。通过电力负荷控制后可以做到“限电不拉路”、“控制到户”,且做到有选择的控制用户用电,保证重点用户的用电。第一章、 电力负荷管理系统的结构电力负荷管理系统由终端采集设备、通信信道、主站系统组成,按照集中式模式进行设计,集中式系
10、统特指系统在物理上集中部署的系统,直观的说,就是数据存储、业务应用均集中统一部署在省(直辖市)一级,全省只有一个应用系统,负责通信的接入和支持全省用户的访问,通过权限管理机制实现省公司和各地市访问不同的业务功能。 集中式电能信息采集与管理系统在逻辑方面分为采集层、通信层以及主站层三个层次,其中主站层又分为前置采集、集中式电能信息采集与管理系统数据平台、省(直辖市)系统应用以及地市(供电局)系统应用几大部分,在全省(直辖市)范围内建设一套系统主站,同时为省(直辖市)和地区供电局两级提供系统应用服务,并统一与营销管理系统、调度生产系统以及其它相关系统进行接口。 集中式电能信息采集与管理系统统一实现
11、购电侧、供电侧、售电侧三个环节电能信息数据的采集与处理,构建完善的电能数据采集与管理数据平台。 电能信息采集与管理系统统一接入系统所有信道资源(细化以下,分专网、公网),集中管理系统所有终端。第一节、 采集对象采集对象指安装在现场的终端及计量设备,主要包括厂站终端、专变终端、公变终端、低压集抄终端以及电能表计。 通信信道: 我省电力负荷管理系统近期建设技术路线，归纳如下： 全省联网方式，建设省地两级运行管理模式。 建设兼容多种通信模式，组网方式和多种通信规约的系统主站。 根据230M无线专业，公共网等信道组网优缺点，扬长避短，形成多信道组合的综合通信网架应用。 形成各种通信方式终端装置的综合运
12、用。在该技术路线指导下，我省负荷管理系统建设得到长足发展。全省二级管理模式的系统主站逐步完善，建成了以数据采集、负荷监控、数据分析等业务处理为主，兼容多种通信模组网方式和多种通信规约的地市局负荷管理系统主站，以及数据在线监管、指标评价考核为核心的省公司运行监管系统；一、二期230M基站建成并投运；负荷管理系统IP虚拟网完成组建，为与GPRSCDMA等公用网络安全可靠互联提供网络基础；综合运用了230M专网及GPRS公网通信方式的终端装置，并实现了无线公网终端统一认证接入，多信道组合的综合通信网架应用逐步形成,用电信息采集系统架构如图1.1.1所示。第二节、系统特色系统的建设方案具有以下特色：a
13、) 全省数据库服务器、应用服务器、采集前置机、公网通信前置机集中部署，230M通信前置机分布部署，组成大集中模式的统一主站。b) 兼容230M、GPRS/CDMA、光纤等多种通信组网方式。c) 各地区有独立的230M通信网络，集中管理230M信道。d) 组建全省用电信息采集系统IP虚拟网，实现省公司集中联网采集，满足信息安全要求。全省统一建立与省移动GPRS网关和省联通CDMA1X网关的专线接入，并部署AAA认证系统，实现对无线公网终端接入的自主鉴权。多信道系统信道网架结构应用图1.2.1所示的是目前国内负荷管理系统中最常用的、最完整的、多信道组合的综合通信网架，除了无线信道以外，包含了有线、
14、微波、光纤、GSM公众网或GPRS公众网，系统包含了负荷管理、公配监测、居民集抄等设备。总之，电力负荷管理系统的组网方案，应根据实际情况，考虑系统的要求，及当地的地理特征，兼顾成本、管理等多种因素，把以上几种方式综合起来考虑，合理、灵活的设计和应用。第三节、电力负荷管理系统IP虚拟网电力负荷管理系统IP虚拟网是实施电力管理的重要网络之一，是实现全省电力负荷管理系统网络化运行的平台。a) 实现省公司与各电业局负荷管理网络广域可靠互联互通。b) 实现与GPRS、CDMA1x两个主流无线分组数据网络的全省统一、安全、可靠互联，避免任一地区单点通信故障造成地区负控终端的通信故障。c) 实现全省GPRS
15、、CDMA1x电力负荷管理终端的统一接入认证管理。第四节、网络总体结构省局及全省9地区电业局的电力负荷管理网络通过省电力ATM数据通信网提供的专用IP VPN实现联网，形成全省电力负荷管理广域专用网络，各地区负荷管理网络中心通过防火墙在本地与其它网络如电力营销内部网安全互联，在省负荷管理网络中心配置GPRS/CDMA1X网络互联模块，通过运营商接口防火墙及路由器与省移动GPRS网关及省联通CDMA1X网关分别实现本地专线互联。省负荷管理网络中心通过另一独立专线接入省电通的短信网关。组网图见1.3所示.我省在省局负荷管理中心配置两台路由器作为省电力负荷管理专网广域核心路由器，两路由器各配置1个S
16、TM-1ATM接口，分别接入省局PASSPORT 1500 ATM交换机两个槽位上的STM-1 ATM接口，实现设备和通道的独立双备份。福州等9个地区电力公司，每个地调的PASSPORT 7480 ATM交换机上配置2个100M以太网接口，2个接口上各配置1台“虚拟路由器”作为负荷管理专网地区骨干路由节点，两台“虚拟路由器”分别通过ATM PVC与省局核心路由器互联，形成电力负荷管理IP虚拟网的广域骨干网络。见图1.3.2.第五节、用电信息采集终端的组成与工作原理1）终端组成与工作原理：目前我省用电信息采集终端主要分为专变终端和公变终端。用电信息采集终端一般是由主控单元、显示操作单元、通信单元
17、、输入输出单元、交流采样单元及电源等组成。由于终端型号多样，不同型号终端在电路具体设计上可能有较大区别，但组成与工作原理是基本一致。终端各单元间的原理和关系框图如图1.4.1所示。主控单元主要完成所有的数据采集及处理、控制、数据通信、语音提示及协调其它模块工作；显示单元：用于用电信息采集终端实现必要的数据、状态、信息显示输出以及键盘输入，是终端的人机界面部分；输入输出单元主要完在输入信号的调理及隔离、输出信号的驱动及隔离；在这时所说的输入、输出信号结合用电信息采集终端具体来说主要就是指遥控、功补偿控制输出、状态昊、脉冲里、模拟里、抄表等；通信单元是实现数据通信的单元。不同通信方式的终端，通信单
18、元可以是230M电台、GPRS模块、CDMA模块、Midem、以太网卡等；交流采样单元通过电流或电压互感器采集实时电网交流信号，用以计算电压、电流功率、电量、相角、周波、谐波等；电源系统是由高可靠性电源将交流输入转换为各模块所需的直流供电，一般可以有开关电源和线性电源两种。电源要求有较高可靠性和转换效率。2)主控单元主控单元是由微处理器CPU基本电路、存储器、时钟电路、定时器、输入输出电路、通信接口电路、语音电路等组成。主控单元是终端的心脏，所有的采集、运算、控制指令发布等工作，均由主控单元完成。主控单元主要实现模拟量、脉冲量、状态量、抄表数据的采集与处理，完成与通信单元的数据交换，实现控制、
19、语音等功能。见图1.4.2主控单元原理框图。3)显示操作单元显示单元用于实现数据显示及键盘输入，是一个智能模块。一般来讲有三种可选类型：第一钟为LED数码显示模块，可有多个数码管组成，可显示数字和字符；第二种为LED点阵中文显示模块，自带汉字库，并能显示汉字信息；第三种为液晶中文显示模块，其也自带汉字库，并能显示图文信息，还增加菜单选择功能。显示操作单元除进行数据显示外还负责管理几个主要用于显示项目选择和功能切换的面板按键。另外还控制多个LED面板状态指示灯，这些面板状态指示灯可以用于指示：运行、允许通话、控制投入、报警等状态。主控单元对显示单元一般都有一些控制的要求，为了简化主控单元和显示单
20、元间的接口、降低主控CPU负担，许多显示单元均包含独立的基本单片机系统，一般由独立的微处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM及专用字库存储器等电路组成。电源监控芯片完成上电复位、手动复位、电源电压监视、Watchdog等功能。目前液晶显示单元可含有独立的单片机，也可直接由主控单元的单片机进行控制，一般含有国标二级字库。如果采用独立单片机方式，则一般采用串行通信方式与主控单元通信。4)输入输出单元输入输出单元对输入的数字量进行隔离，对抄表口进行隔离及电平转换，对输出的信号进行驱动后带动预动作继电器及执行继电器，对输入的模拟量进行缓冲。5)抄表接口电路抄表接口电路主要作用是对终端内部电路
21、进行保护，以免外部干扰信号影响终端正常工作，甚至损坏终端。一般先由逻辑驱动电路对主控单元的通信口进行驱动后，信号由光电耦合器进行隔离，电源由DCDC交换器进行隔离，然后对通信接口进行电平转换，转换成RS485电平。6)脉冲接口电路脉冲接口电路一般需采用光电耦合器进行隔离，另外在输入端还要采用压敏电阻进行保护，同时输入端还要采用电阻电容等器件对信号进行调理，以处理掉信号的毛刺，提高脉冲计数的准确性。7)遥信接口电路遥信接口电路与脉冲接口电路基本相同，由光电耦合器进行隔离。输入端采用电阻电容等器件对信号进行处理，并要采用压敏电阻进行保护。8)遥控接口电路遥控接口电路一般由预动作继电器及执行继电器组
22、成。微处理器CPU通过锁存器送出的各路遥控信号及报警信号，经过驱动后带动预动作继电器。然而当预动作继电器吸合后，执行继电器并不会吸合，只有当经过微处理器特别处理后的执行信号输出后，执行继电器才会吸合，遥控操作才真正输出，当预动作继电器动作不正常时，执行信号便不会输出，从而避免了误动作。预动作继电器一般有二组触点，第2组触点能让微处理器CPU采集预动作继电器的吸合状态，从而能判断预动作继电器以及前级电路工作是否正常。9)模拟量输入接口电路由于模拟信号往往是外部信号，一般要用运算放大器对输入信号进行缓冲，在运算放大器前端采用二极管箝位电路及压敏电阻，进一步对输入电路进行保护。总之要对模拟的输入信号
23、进行一定的梳理保护，才可送到处理单元如CPU的A/D端口，进行采样处理。10)通信单元根据终端通信方式，通信单元有数传电台、GPRS/CDMA通信模块、Modem、以太网等。目前主流的通信方式230M、GPRS/CDMA公网，因此主流通信单元包括230M无线电台及GPRS/CDMA通信模块两种。目前终端采用的GPRS通信模块（调制解调器）主要有Siemens的MC35i、MC39i,索爱的GR47/48、GM47,WaveCom的Q2403A等型号。CDMA通信模块主要是华为EM200。11） 交流采样单元交流采样单元完成对来自电流互感器、电压互感器交流信号的实时采样，计算电流、电压、功率、电
24、量、周波、相角、谐波等数据。输入的各路交流电压和各路交流电流，经由电压、电流互感器，分别转化为小电流信号，经过放大和调理电路，再将信号送到采样保持电路，然后经过模拟开关依次切换，逐路送入模数转换电路进行转换，最后由处理芯片通过软件，计算出各类数据。同时，对其某相电压信号整形为方波，送入处理器，进行频率跟踪，来调整采样间隔，保证测量精度。交流采样装置的安装，难点在于电压、电流互感器的选择，其原则如下：终端交流采样不得接入电能计量装置二次回路，而应优先接入进线柜（或避雷器柜、馈线柜、联络柜）的电压、电流互感器或计量柜中非电能计量用的电压、电流互感器，所接绕组为测量绕组。若用户进线柜（或避雷器柜、馈
25、线柜、联络柜）无适用的电压，电流互感器，计量柜也无适用的非电能计量用电压，电压、电流互感器时，终端的电压、电流回路可接入电能计量用电压、电流互感器的仪表（测量）用二次绕组中（非电能计量用绕组）。若用户进线柜无电压、电流互感器，且计量柜没有仪表（测量）用电压、电流互感器或仪表（测量）用二次绕组时，则应装一组终端专用电流互感器，对高供高量计量装置也可将原电流互感器更换为带有仪表（测量）用绕组的电压互感器。加装的互感器等级为0。2级或0。5级。其电压可与电能计量用电压互感器共用，但必须从电压互感器二次端子独立并接出终端二次回路，不得直接从电能计量二次回路端子上并接。对高供低量计量者其终端电压回路应从
26、母线上直接引接。交流采样电压、电流的接入电压（高供低量计量装置为母线）、电流互感器二次接线端子处接线至试验接线盒（无试验接线盒的应加装；也可先经过就地端子接线至试验接线盒），再从试验接线盒接至交流采样装置。12）电源系统 终端电源将负责将交流输入转换为各工作单元所需的各种电压的直流电源。一般可以有开关电源和线性电源两种。230M终端由于电台发射时功耗比较大，一般采用大功率开关电源，单相供电，所以一般采用开关电源，如图1.4.3所示。采用GPRS/CDMA通信方式的终端，工作电源从交流采样的电压输入直接转换获得，没有独立的电源输入端，因此可三相供电，在部分断相的情况下终端也可工作。第二章、电力负
27、荷管理系统的功能运用第一节、电力负荷管理系统的主要功能 通过电力负荷管理系统,可以对电力负荷进行有效的监控与管理,系统提供对终端的管理包括终端档案的录入、终端配置参数、控制参数和限值参数得设置与查询等。负荷管理系统通过终端把用电现场有关的信息数据采集存储到主站，运行监管人员通过交采、电表各测量点的各类数据、终端上报事件等数据的综合分析以及总加组数据之间的比对和分析，及时发现现场用电异常缺陷并采取相应措施，可以减少电力经济损失，维护电力用电秩序，是负荷管理系统实用化和成果的重要体现。利用采集回来的电压、电流、负荷功率等用电现场数据，可以按所有安装终端的用户或单个用户、按行业、按用电性质等多种方式
28、进行电量数据的分析、负荷数据的分析、用电异常数据分析、电压数据分析、谐波数据分析、线损分析等多样化分析，同时终端数据还可以为用户提供个性化服务。第二节、数据分析应用1)数据分析应用的内容负荷管理系统通过终端把用电现场有关的信息数据采集存储到主站，运行监管人员通过交采、电表各测量点的各类数据、终端上报事件等数据的综合分析以及总加组数据之间的比对和分析，及时发现现场用电异常缺陷并采取相应的措施，可以减少电力经济损失，维护电力用电秩序。2）异常数据分析a) 终端抄表日期错误-表示终端时间与标准时间有差；b) 电表时钟错误-表示电表的时间有误；c) 电表停走-表示电表底度数与前一天一样；d) 电表倒走
29、-表示电表底度数小于前一天的数据；e) 电表电池使用时间过长-表示电表的电池使用时间超过使用时限。f) 电流不平衡-表示用户侧的三相电流的最大值与最小值之间的差值大于预设值；g) 电表分时电量异常-表示总电量与峰平谷尖之和的差值大于预设值；h) 电表编程次数变化-表示某日终端编程次数不等于前一是终端编程次数；i) 电表飞走-表示电表底度数据超出正常可能值，通过终端上报；j) 48点或96点电压超限-表示电表或交采电压超过电压上限或低于电压下限；k) 48点或96点电流超限-表示电表或交采电流超过电流上限；l) 功率有负值-表示总加组功率为负值，正常有功功率曲线一点的值应大于0；m) 整点功率全
30、为0-表示48点或96点冻结功率全为0；n) 超变压器容量-表示正向有功功率曲线中预设值大于立约容量预设值；o) 电量为0，功率不为0-表示用户有用电，有功率但没电量；p) 复位次数过多-表示终端某日复位事件次数大于预设值；q) 日、月电量突变-表示终端日总电量与该终端上月平均电量的差值大于预设值，终端上月总电量与该终端上上月总电量的差值大于预设值；r) 计量柜开启报警表示现场计量柜柜门被打开，通过终端事件上报；3）数据分析应用利用采集回来的电压、电流、负荷功率等用电现场数据，不仅可以作为用户电费收取的依据减少抄表人员负担，还可以按所有安装终端的用户、单个用户或按行业、用电性质等多种方式进行电量数据分析、负荷数据分析、用电异常数据分析、电压数据分析、谐波数据分析、线损分析等多样化分析，同时终端数据还可以为用户提供个性化服务。以下是几个电力负荷管理系统的功能运用的例子：a)电量数据和分析应用负荷管理系统提供用户脉冲、表计485、交采总加组电量可按照地区、行业、企业性质、供电方式、电压等级、用电性质、生产班次、线路、用电时间段等方式进行电量的数据统计、比对分析，为需求侧管理等相关部门提供分析依据。例如某地区水泥行业日电量分析如表3.2.1。表3.2.1某地区水泥行业日电量分析户名时间尖峰电量高峰电量平电量容电量总电量水泥制造12010-11-1943667138867207
