基于以太網的電力調度自動化抄表系統的設計

文輝

摘要隨著科技水平的不斷發展，電力調度自動化系統所要求的各項功能也不斷提高，電力系統調度自動化是一項較為復雜的系統工程，它了包含數據的收集處理、設備間的通信、人機對話、主服務器以及應用軟件等部分。各部分之間密切結合的同時又相互制約。電力調度自動化系統不僅能完整地掌握全系統的運行情況，同時在正常運行和事故的情況下能及時而正確地作出響應。本文提出了一種設計方案，以以太網為通信基礎，完成了電力調度自動化的抄表系統設計，完善了調度自動化系統的功能。

關鍵詞以太網；電力調度自動化；抄表系統

隨著當今電力系統的不斷發展，其系統的結構和運行方式也越來越復雜多變，而我們對電能質量和電力系統運行的安全性和經濟性的要求也日益提高，電力調度自動化系統在這個過程中也得到了不斷發展。與此同時，以太網絡也進入了飛速發展時期。這也就為變電站的電度表遠程傳輸提供了一種網絡通道，從而實現了電力調度的遠程在線抄表功能。

1遠程抄表系統通信模型

遠程抄表系統通信由2部分組成：其一為電能表與電能量采集終端之間通信；其二為電能量采集終端與主站系統之間的通信。

1.1電能表與電能量采集終端之間的通信

電能表與電能量采集終端之間采用RS-485通信方式。各塊電能表采用屏蔽信號線連接，所有電能表連接后，再敷設電纜連至相應電能量采集終端。電能量采集裝置與各個電能表通過屏蔽信號線直接連接，通信規約通常采用DL/T645-1997、DL/T645-2007。

1.2電能量采集終端與主站系統之間的通信

通信接口為100M（光纖）以太網。整網采用匯聚層、接入層、兩級扁平化組網方式，主干匯聚光纖1000M互聯，接入提供100M/1000M自適應的電接口。各變電站通過就近的信息通信站點統一匯聚，接入到中心局核心交換，個別物理距離離中心局近且有裸光纜的情況下，直接接入到中心局核心交換機。接入交換機采用級聯的方式，通過在級聯端口配置TRUNK協議，使能Vlan信息在級聯交換機上互聯互通。各接入站點通過中心局的核心交換機接入內部網絡。各變電站逐級級聯通過中心站點匯聚后統一接入網絡，并在調度中心配置一套e-Sight網管軟件，來動態、實時的了解整網網絡狀況，方便調度管理人員對整個網絡的運維和管理。垮配電室的線纜采用光纖轉換成100M以太網，避免通信干擾。

2系統構架

自動抄表系統（如圖1）能實現遠程自動化抄表，集數據采集、遠程通信、數據處理、數據統計和系統管理于一身，自動記錄各用電設備的用電量并生成各種報表，自動抄表系統結合電力市場需求和電網商業化運營的要求，用計算機技術和方法，計算出生產效率、生產成本。這套系統包含以下內容：通信通道、主站應用軟件、3層設備。通信通道包括電能表與采集終端之間采用RS-485通信通道；主站與采集終端之間采用以太網絡（光纖）通信方式進行數據傳輸。而其中3層設備則包含：電能表、電能量采集終端、主站服務器。

2.1系統硬件平臺構架

硬件平臺構架包括：交換式雙網或單網配置，采用物理防火墻、路由器或網關與其他自動化系統實現互聯。硬件平臺包括服務器端采用雙服務器；前置機、工作站等客戶端，采用PC Server、PC工作站；采集機柜采用網絡交換機、GPS衛星鐘等。

2.2系統軟件平臺構架

系統軟件平臺構架由4層結構組成：數據采集層、處理交換層、業務處理層、綜合管理應用層。分別實現以下功能：

1）數據的采集。能夠與接入的終端以既定的通信方式進行通信，以規定的通信規約解析數據，并對相應數據進行初步處理。

2）數據的處理與交換。這項功能由處理交換層完成，可以實現檔案數據的存儲、對現場運行數據的采集，對綜合應用數據抽取存儲，并且能夠與調度自動化以及GIS等相關系統的接口交換數據。

3）關聯業務的處理。能夠完成廠站計量遙測、公變監測計量、負荷管理、低壓抄表等業務子系統處理功能。

4）綜合管理應用功能。這項功能由綜合管理應用層來完成，它可以根據來自不同自動化子系統的數據來完成四分線損分析、需求側管理決策分析，并且可以實現Web服務功能。

2.2.1歷史數據庫服務

電能信息采集與管理系統主站歷史數據庫分為參數庫和歷史數據庫，歷史數據庫采用按月、按數據類型分表技術，不必借助數據庫管理系統復雜的表分區技術，即可很好地解決系統大數據量時的查詢優化工作，實現系統快速響應，并能夠完美地解決按月備份及恢復的需求。

2.2.2實時數據庫服務

在軟件系統設計過程中，為實現數據保持，我們在系統設計過程中加入實時數據庫，其主要目的是在服務器內存中永久駐留各類服務和客戶節點需要訪問的參數和實時數據，這樣就可以把相當部分對歷史數據庫的訪問轉為對實時數據庫的訪問，這也就等于把對硬盤等存儲設備的讀寫操作轉換為對內存的讀寫操作，很大程度地減少了歷史數據服務器的訪問壓力，提高了系統訪問的效率，增強了系統的可靠性和穩定性。

實時數據庫技術在電力調度自動化系統中得到了普遍應用，它相當于是在實時數據庫服務器節點上預留足夠的內存，駐留系統經常訪問的參數和實時數據供客戶端訪問。實時數據庫服務通常采用的是客戶服務器模式，他包含兩種訪問實時數據庫的客戶端模式：ODBC驅動程序和直接訪問的動態庫，一般情況下我們會選擇ODBC驅動程序，它能提供簡單的標準SQL訪問，動態庫經過專門設計，這種方式一般更加快速有效。

2.2.3系統管理平臺

系統管理平臺是保持系統穩健運行的一個重要組件，它能完成對系統內各個網絡節點的配置和狀態監視。實現對各節點之間的數據信息交換。

該平臺能實現以下功能：系統網絡的配置監視、關鍵進程的守護、運行進程狀態監視。監視的具體內容包括：網絡服務器運行狀態、進程名、進程運行狀態、啟動的用戶、累計運行時間、上次通信時間等信息監視；在主機重啟后或者關鍵進程/服務、資源出現異常時能夠按照預定的守護規則相應的啟動各個服務進程，從而有效地保證系統穩定運行。endprint

主從機互備機制：將多臺前置節點兩兩分組，主從機互備的工作模式，當任一節點故障、或者非同組多節點故障發生時，均可保證系統正常運行。

2.2.4數據采集服務

主站數據的采集服務由前置機服務器的相關應用軟件來完成，通過網絡配置，與下級電能量采集終端建立網絡通道。以IEC104規約來解析通道報文，完成數據的采集。在完成數據采集服務的同時，還可監視各個終端的通道狀態，報文收發。

分布式前置機多組主備配置：采集服務器分布式主備/并列配置，進程由平臺自動守護，故障后自動啟動保證不間斷運行。

2.2.5Web服務

通過Web服務器對數據來實現網絡實時發布，常采用的Web服務器是Apache和Microsoft的Internet信息服務器（Internet Information Services，IIS）。可在線查看實時電度數據和報表中的電度。

3抄表系統的主要功能要求

3.1數據計量的同步性

系統數據計量的同步性主要是通過GPS時鐘對時來實現。具體地，以該主站系統的GPS時鐘為基準，對相應的電能表進行時鐘同步。并且將其誤差控制在秒級的范圍內；在系統實施統一時標下的電能量進行分類累計。

3.2數據采集的一致性和完整性

系統所采集的電能量原始數據為電度表的表底值，這個數據必須和對應的電度表中的表底值保持完整一致。

電能量數據的具有累加和傳遞的特性，為保證任何情況下都不會發生電能表上的電能量原始數據丟失，除了確保在數據緩沖區填滿前讀取和存儲數據外，還需要主站系統對電能表數據采集進行時標跟蹤和及時追補；在數據傳遞和累積過程中，引入綜合判據條件，并且采用保留原始副本等技術手段，以此來確保采集數據的完整性。

3.3系統的安全可靠性

該自動化系統一方面提供了可靠的權限安全機制，另一方面與涵蓋了容錯措施。它確保了系統操作、數據采集存取、系統管理配置的安全性。正常運行時，不論離線或是在線的操作都不會是的系統出現崩潰。特別是在線維護的過程中，它不會對正常工作的系統產生任何干擾。

該系統可以作為電力公司各項電能數據的計量和費用結算的重要依據，而系統安全穩定的運行為其提供的可靠的保障。因此，在系統設計過程中也必須要充分考慮到網絡設備、系統PC服務器、以及其他主要設備的故障率指標參數。

4結論

該系統將以太網和電能量的采集有機的結合，使得電力調度自動化系統的功能變得更加完善。它替代了人工抄表，實現了電能表相關數據的遠距離實時傳輸，提高了數據采集的準確性、及時性、同步性和完整性；對用電情況進行統計分析，有利于優化電能的傳輸布局；極大的節約了電力企業營運成本，也提高了企業的管理水平和效率。endprint