用電信息采集模擬實訓系統的構建與實踐

摘要：電力用戶用電信息采集系統是智能電網建設的重要組成部分，隨著系統建設的持續開展，全國各地大量的電能量數據采集終端設備陸續投入運行。由于用電信息采集系統所涉及的設備多、技術復雜，運維工作量大，對運維人員的技術技能水平都有著很高的要求。介紹了一種用電信息采集模擬實訓系統構建方案，可以通過模擬現場設備的運行工況，最大限度地滿足用電信息采集人員的技能培訓需求，對于提高運維人員的業務技能和工作效率，加快電力營銷信息化建設的進程具有重要的意義。

關鍵詞：用電信息采集；實訓系統；終端模擬

作者簡介：張長營（1968-），男，江蘇宿遷人，江蘇省電力公司職業技能訓練基地，高級工程師；王曉紅（1969-），女，江蘇宿遷人，江蘇省電力公司職業技能訓練基地綜合管理部，助理工程師。（江蘇 連云港 222069）

中圖分類號：TM74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）27-0206-02

按照國家電網公司智能電網建設的總體要求，電力用戶用電信息采集系統的建設要實現“全覆蓋、全采集、全費控”的總體目標，為了保證這一目標的實現，國家電網公司于2009年制定了智能電表和用電信息采集系統建設的技術規范，規范明確了系統建設的總體技術框架和技術指標，同時給出了系統建設的技術路線圖。隨著國家電網公司對用電信息采集系統的全面推廣，用電信息采集系統的建設步伐越來越快，未來五年內即可實現用電信息采集系統建設的“全覆蓋、全采集”目標。

目前，隨著系統建設的持續開展，全國各地大量的電能量數據采集終端設備陸續投入運行，用電信息采集系統的設備運行、維護工作也被提上議事日程。現階段大部分對系統的運行和維護工作皆由電能計量人員完成，由于用電信息采集系統所涉及的設備多、技術復雜，運維工作量大，與傳統的電能計量裝置運維工作迥然不同，對運維人員的技術技能水平都有著很高的要求，所以參與系統運維工作的人員亟需通過培訓來提高自身的技能水平以滿足現場工作的需要，而現場真實的用電信息采集系統由于工作和安全條件所限，不能對技術人員進行在線培訓。用電信息采集模擬實訓系統可以通過模擬現場設備的運行工況，最大限度地滿足用電信息采集人員的技能培訓需求，提高其業務技能和工作效率，從而加快電力營銷信息化建設的進程。

一、實訓系統構建的基本思想和建設目標

用電信息采集模擬實訓系統的建設框架是按照電力企業關于電能計量系統和用電信息采集系統建設的最新規范標準設計，應用先進的信息和通信技術，依據國家電網最新行業標準，采用分層、分布、開放型結構構造理念兼平臺一體化設計思想，最大程度模擬現場實際情況，并結合培訓教學的實際需要進行構建。構建的模擬實訓系統不僅涵蓋配電和用電中電能計量設備的實際應用，而且涵蓋主站系統的數據采集、網上售電和線損管理等眾多功能模擬。實訓系統建設的目標是培訓學員掌握電力系統用電信息計量設備、采集設備的安裝使用及常見故障處理；掌握電能計量系統常用工具的使用、整個系統工作流程；掌握主站采集系統、線損管理系統和網上售電系統的應用。通過本實訓系統的培訓，學員能夠掌握電力系統中電能計量的全面知識和熟練使用用電信息采集系統，走向工作崗位后可實現技術技能無縫銜接。

二、實訓系統構建的基本原則

用電信息采集模擬實訓系統將模擬現場的安裝運行環境，滿足專變大用戶信息采集仿真模擬系統、公用配變監測仿真模擬系統、集中抄表仿真模擬系統、用電信息采集實訓系統等，同時可實現采集系統運行過程管理的演示功能。系統構建原則如下：

1.先進性和可靠性相結合原則

實訓系統設計時采用國內最先進的信息和通信技術，依據最新的國家電網建設標準，并且從結構、技術措施、設備選型、設備性能、設備容錯、系統管理、廠商技術支持及維修能力等方面著手，確保項目運行的可靠性和穩定性，達到最大的平均無故障時間，使每個故障點對整個系統的影響盡可能的小，并提供快速的故障恢復手段以及資料備份手段，以保證資料的安全和系統的正常運行。

2.開放性和擴展性相結合的原則

實訓系統在遵循統一的國際標準和工業標準的前提下，采用標準的軟件平臺和系統、計算機設備，采用規范的網絡結構，并遵守相關的接口標準。堅持標準化原則，選擇符合開放性和國際標準化的產品和技術；系統的設計在軟件上采用模塊化設計，以確保系統擴展應用時具備靈活性、可靠性，不影響系統核心業務執行。

3.兼容性和安全性相結合的原則

實訓系統建設充分考慮兼容性，具備靈活、規范的數據接口，可兼容符合統一標準的系統和終端表計產品，還可兼容現場正在運行的其他非國網標準的協議，確保數據信息的共享和統一管理。采用切實有效的安全手段，分層次、全方位保證系統信息傳輸的安全。

4.完整性和靈活性相結合的原則

實訓系統設計時嚴格按照“全覆蓋、全采集”原則，從系統模塊功能到產品覆蓋面，涵蓋所有需要計量和采集的場合，保證了系統的完整性。系統具備靈活性，如系統擴展、產品更新時，不影響系統本身的正常運行，可完全保證用電信息采集的實時性和完整性。

5.虛擬性和仿真性相結合的原則

實訓系統設計時嚴格按照現場培訓教學實際情況，最大程度模擬系統應用現場的運行工況，最大限度調動學員的學習積極性，引導學員積極進行系統及終端表計的研究和學習。

三、實訓系統的基本構成及其功能

用電信息采集模擬實訓系統總體包含專變大用戶用電信息采集模擬子系統、公用配變模擬子系統及集中抄表模擬子系統、用電信息采集實訓主控軟件。

1.用電信息采集專變大用戶終端模擬實訓系統構成及其功能

用電信息采集專變大用戶模擬實訓裝置采用臺體式機柜設計，由2臺專變大用戶模擬柜組成，模擬不同計量方式專變用戶，包括高供低計三相四線用戶（3×220V）、高供高計三相三線（3×100V）用戶，系統通過加載智能模擬電源，給專變采集終端和三相智能電能表提供模擬負荷，通過隔離互感器到表尾，通過仿真智能電能表模擬總分表關系，正面兩塊表中1塊仿真表，1塊真實表，兩塊表為并列關系，背面兩塊表為前面1塊表的分表。

專變大用戶模擬部分：智能電能表與專變采集終端通過485方式進行通訊，專變采集終端通過以太網、230MHz方式實現數據上傳到主站系統。

加載系統：包括虛負荷電壓電流源、電壓互感器、電流互感器、加載控制系統等。加載系統控制通過主控計算機控制實現。

負荷控制模擬部分：通過模擬高低壓出線柜控制開關，去掉原來繼電器模擬方式，采用交流接觸器模擬合閘、分閘控制及狀態，接觸器通過12V低電壓控制，合閘、分閘按鈕及狀態指示燈采用與真實開關柜一樣的外形，其中一路負荷控制輸出通過交流接觸器接入室內后面控制，控制空調的電源。

故障模擬部分：每塊電能表都可以通過計算機設置電能表交采回路的故障，表計故障模擬部分可以實現計量回路常見的電壓錯線序（abc，bac，acb）、電流錯接相（abc，cba）電壓斷線（斷A、斷B、斷C）、電流開路、電流短路、電流極性反接等常見故障。可以模擬表計與終端485通訊故障（包括斷A，斷B，A、B互換），可以模擬三相仿真智能電能表內部計量故障，包括電壓、電流采集與顯示故障。在故障設置中可通過調節電壓輸出模擬低電壓供電通信不可靠故障。

1號專變柜柜體第一、第二表位配置為三相三線，其中一塊為三相三線智能電表，另一塊為三相三線仿真智能電表，三相智能仿真電表可以通過計算機對表內部的各種參數進行設置讀取。這兩塊表計為并列關系，共用一個聯合接線盒，背面兩塊配置為三相四線智能電表。

2號專變柜柜體第一、第二表位配置為三相四線，其中一塊為三相四線智能電表，另一塊為三相四線仿真智能電表，三相智能仿真電表可以通過計算機對表內部的各種參數進行設置讀取。這兩塊表計為并列關系，共用一個聯合接線盒，背面兩塊配置為三相四線智能電表。

柜體將負荷控制管理終端和正面兩塊電能表作為總表，背面兩塊三相四線電能表作為分表，通過回路遙控可以控制各個分表的電流，分表電流變化，總表與負荷控制管理終端會進行相應的減少，柜體用第一回路控制制背面的第一塊電能表，第二回路控制背面的第二塊電能表，第三回路為預留，第四回路可以通過引接線引接控制實訓時空調用電。

實訓裝置可以通過軟件在短時間內模擬用戶一天的負荷曲線，負荷曲線圖可以手動繪制，也可以通過軟件隨機產生，軟件設置完成后會按照所設置的負荷曲線控制虛負荷電源的電流。

2.用電信息采集公配變終端模擬實訓系統構成及其功能

用電信息采集公配變模擬實訓裝置采用臺體式機柜設計，由2臺公配變模擬柜組成，模擬不同計量方式公配變用戶，包括三相四線（3×220V）、單相散戶（220V）模擬，系統通過加載智能模擬電源，給公配變采集終端和三相智能電能表提供模擬負荷，通過隔離互感器連接到表尾。

公變模擬部分：智能電能表與II型采集器通過485方式進行通訊，II型采集器與集中器通過載波方式通訊，集中器通過以太網（光纖）方式實現數據上傳到主站系統。

加載系統和故障模擬部分同專變大用戶終端模擬實訓系統。

在模擬電源中加入諧波輸出功能，諧波數據可以通過軟件設置故障的方式輸出，模擬載波抄表時的諧波干擾，軟件中最多可以設置19次諧波電壓或者電流諧波，一戶一表用戶多配置1塊采集器，模擬故障采集器運行，可進行比對。

實訓裝置可以通過軟件在短時間內模擬用戶一天的負荷曲線，負荷曲線圖可以手動繪制，也能通過軟件隨機產生，軟件設置完成后會按照所設置的負荷曲線控制虛負荷電源的電流。

3.用電信息采集低壓集抄終端模擬實訓系統構成及其功能

用電信息采集公配變模擬實訓裝置采用臺體式機柜設計，由1臺低壓集抄模擬柜組成，模擬低壓用戶，包括三相四線（3×220V）用戶模擬、單相（220V）用戶模擬，系統通過加載智能模擬電源，給集中器和三相智能電能表、單相智能表提供模擬負荷，通過隔離互感器連接到表尾。

低壓集抄用戶模擬部分：智能電能表與采集器通過485方式進行通訊，集中器通過以太網（光纖）方式實現數據上傳到主站系統。

加載系統和故障模擬部分同專變大用戶終端模擬實訓系統。

柜體中掛接一個II型集中器，此集中器通過RS485抄取其他表位的電能表數據，II型集中器通過以太網通訊方式將數據上傳服務器。

實訓裝置可以通過軟件在短時間內模擬用戶一天的負荷曲線，負荷曲線圖可以手動繪制，也能通過軟件隨機產生，軟件設置完成后會按照所設置的負荷曲線控制虛負荷電源的電流。

4.系統實訓軟件構成及其功能

（1）模擬虛擬負荷。實訓系統通過PC主機控制虛擬負荷功率源的啟動與停止，產生各種工況下所需的電壓、電流，用于電能表及采集終端、集中器、采集器使用，實現電能表的正常走字運行，保持與真實計量現場的一致性。

（2）培訓管理。

1）學員管理。可以提供學員信息的增加、刪除、修改、職稱分類等功能。

2）題庫的管理。可以支持題庫的更新維護并能夠按照試題類型進行檢索來創建考試電子試卷。

3）在線理論考試。可以隨機抽取各類型試題形成試卷并提供考生在線答題，考生提交后根據答案自動生成考試分數。

4）理論成績查詢。可以支持考生成績存儲、在線查詢。

（3）系統管理。

1）通信管理。實現終端接入管理和終端實時在線的鏈路保持，并提供實訓軟件操作接口管理。采取系統應用層與通信層交互的通信信道配置。

2）系統接入設置。要提供與上級采集測試主站系統接入設置功能，包括系統位置、接入方式、數據交換配置等設置功能。可監測與測試主站系統的接入情況。

3）參數、數據庫、故障庫管理。

參數管理：對通訊參數、終端基本參數、控制參數、無功投切參數設置、存儲參數等修改，進行模板設置等管理。

數據庫管理：提供數據庫修改單，可針對性地對數據進行EXCEL導出、修改、EXCEL導入。

故障庫管理：添加新的故障組合（系統設置的所有故障進行選擇組合）、刪除舊有故障組合、修改原有故障組合。在模擬故障時，只需調用故障庫中的故障類型，便可觸發故障模擬。

4）系統用戶管理與權限配置。能夠自定義用戶角色、操作權限。

5）操作日志管理。要存儲操作日志并能夠通過時間段查詢。

（4）主站系統功能。用電信息采集系統的主站由系統操作軟件和主站控制器構成。操作軟件功能滿足Q/GDW 376.1-2009《電力用戶用電信息采集系統通信協議：主站與采集終端通信協議》規定。由PC機通過主站軟件控制終端模擬裝置，以移動230MHz無線專網、光纖網為主要通信載體，通過多種通信方式實現系統主站和現場終端之間的數據通信，對終端進行初始工作參數設置、數據召測及指令下發等操作，實現“三遙”以及各種管理功能。主站與終端模擬裝置可以構成獨立運行的信息交換鏈，組成模擬的負荷管理系統，用于對電能管理人員的培訓技能考核及系統工作演示等工作。

四、結語

用電信息采集模擬實訓系統的構建，以目前正在建設的電能量集中采集系統中的典型終端裝置和應用系統為構建框架，以模擬近似系統運行現場實際環境為根本，在充分滿足用采系統各種功能模擬實訓的基礎上，同時拓展了用采系統運維的實訓功能，其創新的建設理念和新穎的實現方式將引領著電力系統培訓方式邁向更加實用化、集成化的未來。