GPRS网络电力负荷管理系统的应用

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随着电力体制改革的全面开展和不断深入及电力市场营销业务的日益创新，营销信息化工作得以迅速推开，客户现场信息的集中采集和分析应用，成为营销业务工作不可缺少的基础技术要求，在电力管理发展过程中，原来以拉闸限电为目的的负荷控制正逐渐向用电管理方向过渡，电力企业为提高供电质量和服务水平，需要有一套完善的用电侧电能管理系统。同时，对用户侧防窃电技术的要求也越来越迫切。由此带来的对传统结算手段的改进，对大、中工业用户及配变计量监测点用电情况的监测的需求已越来越强烈。有序用电管理成为我们营销工作的重点。
在对大用户的考核与电费抄收，配电变压器的监测，居民台区线损的管理过程中，存在着地理位置分散、采集点多、数据量少、实时性不高等困难，而利用GPRS技术，构建工业大用户的考核与电费抄收系统，配电变压器的监测系统，居民台区线损管理系统可以避免这些困难，是用电管理的一个趋势。
哈密电网是一个有较长历史的电网，设备比较陈久，特别是这两年随着国家产业政策的调整，负荷发展较快，电网负荷较重。为保证安全、可靠供电，我局近年来在大用电负荷侧方面的技术改造进行了资金的大量投入。为保证售电量的及时准确抄录，我局已建立基于GPRS技术的电力负荷管理系统，现在正在进行大面积普及安装工作，大力推广电力负荷管理系统势在必行。
2 电力市场营销业务对负荷管理系统的需求
随着电网企业对市场营销业务的要求越来越高，业务创新势必要求获得更深入和更广泛的信息系统支持。技术的发展和人们生活水平的不断提高，高科技、智能化产品已经渗透到日常生活的各个领域，自动抄表也成为当今智能化管理的潮流，成为智能化楼宇、智能化小区中不可缺少的组成部分。目前在电力集抄领域，主要的方式有载波抄表、有线抄表和无线抄表等。
2.1客户用电信息的及时收集和掌握需求
加快电费结算周期，分析和预测电力市场的变化，优化和评价市场策略，需要及时和集中收集客户用电各类负荷电量数据，已经不再是完全靠人工所能够承担的了。
2.2客户电力负荷的集中监控需求
实现有序用电管理，保障电网供需平衡和减少用户停电损失，提高电网建设投资效益，同时也为供电企业提供催收电费的辅助控制手段，需要实施客户侧用电负荷的集中监控管理。
2.3客户侧电能计量设备工作状况的监控需求
强化客户侧电能计量设备运行监控，成为供电企业重要技术投向之一，对客户用电现场所发生的计量异常现象要求能够得到及时监控，发出相应的告警提示和为事件处理提供分析数据依据。
2.5配电线路线损管理的需要需求
配电线路线损管理需要对配电线路上客户侧电能消耗信息进行同时数据采集，既需要在同一时刻完成配电线路上的专用配变客户和公用配变的电量数据进行集中收集，才能分析得到真实的线路损耗，同时得到配电变压器运行情况和电能质量数据，对开展配电线损管理和调整配变设备运行提供依据。
3系统简述
电力负荷管理系统是集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技术和电力营销技术为一体的电力负荷综合性实时信息采集与分析处理系统，它以公共的GPRS移动通信网络为载体，通过GPRS网络实现系统主站和现场终端之间的实时在线通讯，具有用电异常信息报警、负荷管理、错峰用电、远程预付费、电能质量检测、线损分析、远程抄表、客户服务等功能。
表1-3与现有通信方式的性能比较
 无线负控 中压载波 宽带以太 短消息（SMS） GSM数传（CSD） 移动GPRS信道
建网难度 困难 困难 困难 简单 简单 简单
一次性投资 极大 大 极大 小 大 小
运行维护 困难 困难 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 较好 好
实时监控 不能 不能 能 不能 不能 能
使用收费 较低 低 高 高 高 一般
4系统组成
利用中国移动现有的GPRS通信网络，用电负荷管理终端通过RS485抄录大、中工业用户及厂站的电能表数据，通过中国移动的数据通信服务中心与后台系统交换，在移动的数据服务中心和供电局抄表中心之间申请VPN专网，并在电力局抄表中心建立中心主站，所有终端设备通过GPRS网络及移动数据中心连至该中心主站，实现终端数据和主站系统的实时在线连接。
应用系统典型拓扑图：

 
5系统特点
无线GPRS电力集抄营销系统具备如下特点：不需要为多表集抄专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；无论在多远的地方，只要可以上网就可以完成对集抄的控制和管理；基本硬件平台扩展潜力巨大，可以方便的扩展到水、燃气等设备的集抄；系统通讯采用模块化设计，支持GPRS、CDMA公共无线数据通信方式和有线网络通讯方式，支持短信、GSM相接合的通信方式；传输协议同时支持TCP和UDP协议，可以灵活配置两个或多个主备传输通道，能够实现GPRS与SMS或CDMA与SMS通讯通道的自动切换；系统采用多任务、多线程并发通信调度管理机制，可实现多台采集工作站并行采集，每台工作站可同时支持64个任务（终端）并发采集，支持多采集任务的负载均衡；主站与终端通讯采用128位RD分组加密算法和SHA64的数据完整性验证安全机制，确保数据传输安全；主站与终端通讯采用高效的RAY-Period矢量算法进行数据压缩，压缩效率平均可达60%以上；模板化档案录入设计，支持配电管理终端档案信息的出厂设置，支持批量档案录入、从营销系统倒入档案数据；系统具有灵活的权限管理，权限控制不仅对用户操作功能进行控制，而且可以对数据查讯、操作范围进行控制，不同区域的用户仅能访问其区域的数据；主站支持配电管理终端软件、电表规约的远程升级，升级支持断点续传；可以根据电网结构、隶属关系、用户自定义方式进行分组、归类，方便用户查询；可以提供曲线、表格等方式供用户查询。无需担心传输网络扩容和服务，中国移动为此提供保障。
表1-1各方案的对比
方案 传输距离 传输速度 实时性 差错率 数据量 覆盖范围 工程量 线路投资 维护量 通信费用
电力载波 近 中 实时 高 大 中 小 无 大 低
RS485总线 近 高 实时 无 大 小 大 大 中 低
短信息 远 不确定 非实时 无 小 大 小 无 无 大
有线电视网 远 高 实时 无 大 中 大 租用 小 大
GPRS 远 高 实时 无 大 大 小 无 无 低
6系统功能：
6.1 数据采集：自动采集用户电量、电压、电流、功率、报警事件等数据，采集时间间隔和数据采集项目可以灵活定义，设置；
6.2 错峰及有序用电管理：对用户进行灵活的分组、排序，生成错峰轮休计划，分配负荷定值和设置控制时段，避免线路拉闸限电，减少缺电带来的客户经济损失和社会影响；系统提供负荷计划曲线、限电指标曲线、决策曲线、实际负荷曲线与计划曲线对比分析，校验错峰方案执行效果。
6.3 按地区、行业、电价、负荷类别、错峰方案等多种查询条件，以曲线或表格方式实时查询当前负荷、用户数，并可与历史负荷数据进行对照分析比较；
6.4可以实现电表时钟对时和电表费率时段远程参数管理。
6.5 对负荷达到上限值或下限值时报警。
6.6 对台区中测仪的数据能采集回来。
7 GPRS的技术特点：
7.1实时在线：配电点无线终端与主站设备随时都保持网络联系，
7.2高速传输：由于GPRS采取了先进的分组交换方式，数据传输最高理论值可达171.2kb/s
7.3按量计费：按数据传输量来计费，没有传输数据信息时，即使实时在线占用数据通道也不会发生费用。
7.4资源利用率高：多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用。
7.5 GPRS无线数据通信功能
 
图1-1终端GPRS通讯示意图
终端具有多种用电异常智能检测、分析并自动报警功能，并可将异常信息（包括报警时刻前后电量或其它数据）主动上报给主站，同时保存一定数量的异常记录供主站召测。
8软件系统特点
8.1 纯JAVA系统设计：采用JAVA技术进行设计开发，具有强大的稳定性、安全性、兼容性、可扩展性；先进的B/S结构：系统使用先进的B/S结构，用户只需要使用浏览器就可以通过电力公司内部的网络完成电表集抄和各项电力营销管理功能。使用BS结构不仅极大的方便了电力公司相关人员的使用，而且为电力公司未来向公众公开用电费用提供了方便。
8.2 营销管理决策支持：基于完整的、实时的业务数据，智能的决策支持系统可以为管理者提供丰富的决策支持信息，实现业务运营的有效管理。
8.3 功能扩展性：整个系统具有极强的开放性和可伸缩性，可以方便的与银行电话付费系统相连，为电力公司未来开展在线支付、客户服务等增值业务提供了方便。
9 电力负荷管理系统工作原理
电力负荷管理系统适营销系统自动化、智能化的理想设备。数据终端采用WFET-1000S电力负荷管理终端。采用GPRS无限通信技术、高性能微处理器技术以及多功能电能表三者相结合的方法实现电能表计参数时时检测和无限传输。硬件设计主要由数据采集器与多功能电能表通过RS232通讯接口，采集多功能表的数据，进行数据处理并存储数据。同时，由数据采集器与GPRS模块通过RS232通讯接口，控制GPRS模块的接受命令或发送数据进行短信功能的发送。WFET-1000E/D多功能远方抄表终端，采用了先进的32位RISC 嵌入式CPU硬件平台、实时嵌入式LINUX嵌入式操作系统、GPRS移动通信技术和高精度电能计量等技术研制而成的新一代终端产品。除了具备传统的远方抄表等功能外，还具备了防窃电监测及主动上报等功能。具有功能强大、使用简单、运行稳定、维护方便等特点。GPRS模块是一款完全透明的GPRS无限调制解调器，上电后能够自动连接主站并建立透明的GPRS数据通道。多功能电能表采用湖南长沙威胜集团或河南许继集团的表计。它具有标准的RS485通讯接口。GPRS模块安装在数据采集器内部，数据采集器安装在计量柜中。当数据采集器收到终端主机要求采集命令后，将存储的数据通过GPRS通讯模块发送出去，数据经过GPRS无线公共网连接互联网被传送到终端主机上。报警数据将主动上传主站终端，同时以短信形式发送到指定责任人手机上。主站终端接受数据采集器传送的数据，时时采集电量、需量、电压、电流、有功功率、无功功率、频率、相角、功率因数等，统计每日A、B、C分相电压，A、B、C分相、零线电流，总、A、B、C分相有功功率、无功功率、视在功率、功率因数日最大、最小值及发生时间。一旦发生报警，通过GPRS网络发送报警短消息。数据库管理软件对本地数据库进行数据记录管理，用户通过人机交互界面管理所有辖区内的多功能电能表
WFET-1000S电力负荷管理终端

    
历史数据及自动生成报表等。
10 数据采集器与多功能电能表的通信规约
数据采集器与多功能电能表的通信规约遵循多功能电能表通信规约DL/T645-1997，该标准适用于本地系统中的多功能电能表的费率装置与数据终端设备进行点对点的或一主多从的数据交换方式，规定了它们之间的物理连接、通信链路及应用技术规范。
主站与终端通讯采用128位RD分组加密算法和SHA64的数据完整性验证安全机制，确保数据传输安全；主站与终端通讯采用高效的RAY-Period矢量算法进行数据压缩，传输协议同时支持TCP和UDP协议，可以灵活配置两个或多个主备传输通道，能够实现GPRS与SMS或CDMA与SMS通讯通道的自动切换；远程通讯协议：浙江规约、广东规约、国电规约。
11 数据采集器的软件流程
系统软件设计包括单片机应用软件和PC机应用软件。单片机程序主要实现了数据的采集、数字信号处理、存储、显示、通信处理等功能；PC机软件主要是对数据进一步处理，实现了实时监测、动态显示、历史数据查询、曲线绘制、报表显示以及答应输出等功能。
表1短信内容与事故的对应关系
事件 短信内容 事件条件
停电 故障报告：计量柜装置停电 三相电压=0且三相电流﹤2%Ib
全失压 故障报告：计量柜装置全失压（窃电） 三相电压=0且某相电流＞=2%Ib
失压 故障报告：计量柜装置失压 电压至少有一相工作，多功能表可以正常工作。发两条短信。
12与其它系统接口
12.1系统的设计开发采用基于标准的开放体系结构，能较好地与其它系统集成。
12.2系统可以和营销系统接口，向营销系统提供用户客户的电量数据，方便营销结算。
12.3系统可以和用电GIS系统接口，向GIS系统提供用电客户的档案信息及报警信息。
13 结束语
经我局安装试验运行证明，安装后运行可靠，实现抄收我局管辖范围内大电力大客户电能表的各种数据，为用户进行数据管理分析，同时为电量平衡，线损分析既负荷预测提供了切实的数据，对全面提高电力系统自动化水平，电力企业的经济效益和服务水平有着显著效果。