1、無線電力負荷管理系統的分析與設計無線電力負荷管理系統的分析與設計吳克河 丁 恒 董高原華北電力大學（北京） 102206摘要：本文首先介紹了負荷管理系統的系統結構，并對系統中的各部分進行詳細介紹，然后對中心站的主控軟件系統的功能進行劃定，最后對軟件系統中的重要功能實現提出了設計、實現方案，為進一步實現中心站主控軟件提供了理論依據。關鍵字：無線電力負荷管理系統 中心站1.引言引言對用電負荷的管理和控制，可以有效的改善負荷曲線形狀，使負荷曲線趨于平坦，減少峰谷差，實現電力負荷在一定時空的最佳分布，提高用戶和電網的負荷率，從而提高發、供、用電設備的利用率，達到電網的安全和經濟運行，提高投資效益，對發

2、電、供電和用電以及整個社會都有很大好處。隨著國民經濟的高速發展，負荷快速增長，對用電負荷的管理和控制在電網調度中的作用越來越重要，所以，設計開發出能保證其順利實施的軟件系統也日顯重要。負荷管理系統中的應用軟件部分主要包括運行在終端的應用軟件和運行在中心站的應用軟件系統兩部分，其中中心站的軟件系統是整個負荷管理系統運行的核心部分。本文主要是對中心站主控軟件系統的分析與設計，分析了軟件系統的結構和功能，提出了該系統軟件設計和實施的方案，為開發一個功能完善的負荷控制中心站軟件系統提供了理論依據。2.負荷管理系統的系統結構負荷管理系統的系統結構負荷管理系統由中心站、通道和用戶終端三部分組成，呈輻射狀分

3、布。該系統是由中心站通過通道與安裝在用戶端的控制終端建立數據通信聯系，達到集中監控管理用戶用電的計算機監控系統。系統的總體網絡結構如下圖 1 所示。網絡/數據服務器Web服務器工程師操作站接口服務器前置機1前置機2應用工作站負荷管理局域網用戶終端2用戶終端1用戶終端n圖 1 負控系統總體網絡結構圖2.1 中心站中心站中心站是系統的核心部分，是電力負荷管理系統運行和管理的指揮中心，它由一個計算機內部局域網和相應的主控軟件組成。中心站的網絡結構采用標準的以太網結構，內部以星型連接方式實現，采用這種結構有利于系統在將來增加其它管理工作站，而且同電力局其它系統的連接也會非常方便。網絡數據服務器負責網絡

4、管理和數據管理，將信息進行統計和歸檔處理。為了保證系統數據的安全可靠性，網絡數據服務器采用雙機熱備份。網絡數據服務器的配置主要依據系統的數據及數據處理量的規模。WebWeb 服務器服務器：提供 Web 服務，以網頁的形式發布信息。Web 服務器配置中高檔 PC 服務器。前置機：前置機：又稱數據采集服務器，網絡中作為通訊處理機。負責主站應用系統與終端之間的數據信息交換，包括數據的采集和轉儲及其主站命令的組合、發送和終端結果的回收、解釋工作。為了保證數據采集工作的可靠性，兩臺前置機互為熱備用，遇到故障時可自動切換。接口服務器：接口服務器：主要是為其它應用系統提供接口。完成與其它應用系統的外部數據交

5、換。工程師操作站使主控系統集中管理的工具，包括數據庫服務器遠程管理、用戶終端信息管理、系統運行管理、數據分析等。操作站：操作站：擔負著系統監視和命令發布的職責，是系統的窗口， ，具有圖形化的界面。2.2 通道通道通道是系統的通訊線路，用來在中心站和用戶終端之間傳送信息，通道的質量直接影響著該系統功能的實現。在系統中通訊鏈路型式的選擇，可以視當地具體情況（包括地形、地貌、噪聲源、頻率復用等） ，來選擇無線、微波通道或載波通道。無線信道沒有有線信道可靠，易受外界隨機干擾，速度受限，但無線信道組網方便，與電網一次設備無緊密連接。具有使用靈活，維護工作量小，易實現數據雙向傳輸，容易擴充等特點，能滿足負

6、荷控制技術實時性要求。本系統采用無線電通信方式。2.3 終端終端電力用戶終端設備由具有數據采集及處理能力的微處理機系統和數傳通道系統組成, 因此電力用戶終端設備能實時采集用戶的用電信息、供電狀況、電量信息、電表計量數據等各項用電數據, 并能通過數傳通道發送到監控中心。3 中心站的主控軟件的設計中心站的主控軟件的設計31 主控管理軟件的總體結構主控管理軟件的總體結構 根據電力負荷管理系統的系統功能，主站中的軟件系統的按功能劃分為數據采集子系統、主控子系統、分析應用子系統、信息發布子系統、接口管理子系統、系統管理子系統六個子系統。各子系統之間的關系及其功能如圖 2 所示。數據采集子系統用電管理子系

7、統工作數據庫系統管理子系統主控子系統信息發布子系統網絡安全隔離器網絡安全隔離器接口管理子系統SCADA用用電電MIS圖 2 中心站系統總體結構圖數據采集子系統完成數據采集（包括定時采集和隨時采集）和接受終端上報的各種異常事件，具有遠方抄表功能，負責主站應用系統與終端之間的數據信息交換。主控子系統主要是對負荷的控制管理，通過對終端的集中管理，實現對客戶側配電開關的控制操作，達到調整和限制負荷的目的。包括系統主站對終端的遠方遙控操作，以及系統主站設置功控、電控投入，終端完成的當地閉環控制。用電管理子系統完成電量數據管理、電能質量分析、配變運行狀況分析、用戶用電計劃考核（錯峰用電管理） 、負荷/負荷

8、率分析、停電管理、報警管理，用戶負荷運行實時監視，防竊電分析、負荷預測、預付售電和電費自動結算等功能。 。信息發布子系統用于向用戶發布各種信息，便于用戶查詢。包括檔案信息、用電信息、配變運行狀況信息、用戶用電計劃考核信息等，來實現信息數據共享。接口管理子系統完成與其它應用系統接口，使主站應用系統中工作數據庫與發布數據庫之間數據同步。系統管理子系統主要對系統參數設置管理、終端管理、操作運行管理。參數管理包括負荷控制率、終端數量、通信速率、行政區劃碼、系統時段等參數的制定和修改，系統操作員、管理員的管理，通信情況統計分析。終端管理模塊包括終端用戶的增加、修改、掛起與刪除，對終端用戶的各種檔案信息、

9、參數的設置與修改，終端用戶的一次接線圖編制與修改。操作運行管理模塊詳細記錄每日上下班日志、限電操作日志、系統運行日志等。32 主控軟件的功能設計實現主控軟件的功能設計實現根據負荷管理系統的功能實現，下面對系統設計實現中的一些重點功能進行詳細設計介紹。通信處理：通信涉及到工作站與前置機間的網絡通信以及前置機與終端間的無線通信。其中，前置機作為各工作站與終端通信的轉發器，其通信處理模塊的設計非常重要。由工作站下發的遙測、遙信、遙控命令以及參數、定值設置命令等，先通過網絡發送給前置機，再由前置機通過無線通信網絡發送至終端，終端據此完成數據采集、遠方抄表以及負荷控制等任務。返回的數據也是經由前置機轉發

10、回工作站進行處理。通信過程采用異步串行方式，遵循系統提供的通信規約，利用規約組成各種命令的幀格式，發送和接收數據信息幀并進行數據處理。為保證通信的正確性，對接收的數據要進行判斷和校驗，只有正確的數據格式才能接受處理，對通信失敗和超時做出相應的處理。通信處理的流程如圖 3 所示：收到命令多通道處理發送完畢？Y返回成幀N排隊處理發送命令 收到返回數據接收完畢？NY返回存入緩沖區N并發處理處理數據數據幀有誤？錯誤處理Y圖 3 通信處理流程圖定時任務處理：利用時鐘中斷技術執行系統定時任務，根據與時鐘相關的系統狀態，完成定時刷新屏幕，定時通信及定時產生各種操作記錄和事件記錄等任務。如定時數據采集的處理過

11、程中，定時任務生成模塊首先制定定時方案，包括定時方式、任務內容和任務優先級等，然后根據實際情況為各個終端選擇定時方案，最后將定時方案內容存入數據庫。在定時器處理函數中，掃描所有終端的定時方案，根據系統時間對定時方式中的條件進行判斷，當定時條件滿足時根據定時方案的具體內容生成定時任務。同時，對已經生成的多條定時任務進行合并，防止重復。定時任務處理的流程如圖 4 所示：為各終端選擇定時方案滿足定時條件？Y生成定時任務定時任務已存在？執行定時任務Y返回NN制定定時方案合并定時任務圖 4 定時任務處理流程圖數據庫存儲設計：包括實時數據庫和歷史數據庫，為各個軟件模塊的運行提供實時或歷史數據。采用如下技術

12、：測點基本信息采用靜態表，如終端參數、一次接線圖信息等；測點記錄采用橫表結構，消除數據冗余，提高存儲空間的利用率；測點實時數據采用動態表記錄，根據測點靜態表，動態創建新的測點數據記錄表。采用橫向表結構和動態數據存儲模式對于數據的長期性存儲、及時的歷史數據查詢、后臺數據分析和數據挖掘的應用是非常有利的。數據庫存儲表結構如圖所示：表 1 測點信息縱表結構測點 ID測點名度量單位上限值下限值標記 1標記 2表 2 測點記錄橫表結構時間戳字段 0字段 1字段 2. 字段 n(測點 ID)TimeStamp1TimeStamp2 TimeStampN畫面生成與顯示：采用自主開發的電力系統通用圖形編輯系統

13、，能夠自動進行一次接線圖作圖，同時具有實時數據動態顯示、設備參數顯示、歷史曲線趨勢顯示以及多畫面對比顯示等功能。具有數值、棒圖、曲線圖、餅圖等多種顯示方式，可以顯示負荷曲線、功率曲線、電流、電壓曲線、線損率曲線、用電計劃曲線等多種曲線。從而完成對用戶用電負荷情況的動態監視以及歷史趨勢分析。數據共享與 Web 信息發布：系統中積聚的大量用戶用電實時數據,成為眾多部門管理和決策必不可少的依據。如:終端安裝維護人員要求掌握各終端的日常運行情況；用電營業部門需要及時掌握大中用戶的抄表數據；生技部門需掌握用戶端各路進線的電壓和諧波情況；調度 SCADA 和配網系統則需了解柱上開關、配電房集中監控方面的數

14、據；省局用電處和局內各有關領導能夠按個人所需隨時查看所轄大中用戶的每日用電情況等。這些都要求負荷管理系統成為一個以信息共享為主的“綜合開放”系統。系統實現了基于 IP 地址控制的數據訪問控制和網絡信息發布功能。為了使訪問者查找方便,系統支持對用電用戶的組合查詢和模糊查詢。在此基礎上，可以對用戶信息、抄表數據、整點巡測數據、日/月功率曲線、電壓曲線、交采對比曲線、諧波含有率曲線、月功率因數曲線等進行瀏覽，滿足各部門的不同需要，實現信息共享。另外，系統 Web 服務器通過路由器和防火墻接入 Internet，以網頁的形式向用戶發布當日或歷史負荷曲線圖、當前電網實時峰谷平電量、當前實時電價、停電檢修

15、信息等，使用戶自覺避峰就谷用電。4結束語結束語本文的系統軟件結構、數據結構、網絡結構等標準化設計，滿足了系統開放性、擴充性要求。通過設計，有利于軟件開發、設備選型。做到經濟實用，減少投資的目的。此設計是下一階段軟硬開發應用的依據。此軟件系統是為供電部門的控制中心研制的一套管理與控制系統，它能及時收集電網數據、監視用戶使用情況，并且能夠及時發現竊電行為，提供各種所需報表和曲線，為電力系統發展建設的正確決策提供可靠的依據。參考文獻參考文獻1 廣東省廣電集團，廣東省大客戶電力負荷管理系統技術規范2 王月志，趙躍，潘娟.電力負荷控制技術，東北電力技術，2003，33 奕永忠，朱宏斌.電力負荷管理系統的

16、開發及應用，浙江電力，2001，64 周金良.進一步開發電力負荷監控系統在用電管理方面的功能.供用電，47-49， 1998， 125 馬蓉芬.無線電力負荷控制系統功能延伸及問題.供用電， 1998， 106 周尤林.電力負荷管理系統發展前景.電力需求側管理， 2000， 27 鄭峰.電力負荷 NT 網絡管理及無線控制系統的設計與實現，1997，38 Pal， Jayanta K.； Huff, Frederick C，Advantages of an electrical control and energy management system， Advances in Instrument

17、ation and Control : International Conference and Exhibition ， Oct 19969 Strbac， G.，Ahmed S. R. M.，Kirschen D.，Load management services in post-contingency control ， IEE Conference Publication 421，Apr 1996 10 Bellarmine， G. Thomas，Load management techniques， Conference Proceedings 一IEEE SOUTHEASTCON，

18、139-145， Apr 2000ANALYSIS AND DESIGN OF WIRELESS POWER LOAD MANAGEMENT SYSTEMWu kehe , Ding heng , Dong gaoyuan(North China Electric Power University(Beijing) 102206 )ABSTRACT：:Firstly, this paper introduces the instruction of load management system. and carries on the detailed introduction to in system each part. Then, it has delimited the systematic function of the control software