电能量管理与监控一体化系统产业化项目可行性研究报告Word文件下载.docx
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新增
3000
300
2、项目组成
扩改项目由主体工程、公用工程、辅助工程内容组成。
项目组成及规模见表2。
表2项目组成及规模表
主体工程
公用、辅助工程
扩改工程
1.扩建电力线多址数字通信机机体和配电变压器远方终端（TTU）机体及配电网自动化系统远方终端（FTU）机体生产车间（机械加工生产车间），新增面积3000m2，新增设备32台/套，生产能力达到8000套/a；
2.改造壳体注塑生产车间，新增面积1000m2，新增数控注塑机6台，生产能力达到10000只/a；
3.改造焊接和装配生产线，增添装配线
1条，焊接线1条，新增面积1000m2，生产能力达到10000套/a；
1．新建空压机站；
2．完善给排水、供电系统；
3．锅炉房扩建改造。
3、建设内容
“电能量管理及防窃电系统”是光机电一体化设备，且是软硬件相结合的高技术产品，某些部件加工精度要求很高，整机装配、测试的环境要求和操作人员的素质要求都必须保证。
因此，本次项目立足于高起点，采用先进的加工工艺和加工设备（机械零部件和模具的生产全部采用数控机床；
电子部件采用波峰焊及回流焊，塑料加工采用最新的数控注塑机成型工艺），以计算机技术、信息技术、检测技术、质量控制技术与生产管理技术相结合
用计算机系统进行联系，采用将包括CAD/CAM在内的柔性生产线和环境适应性可靠性试验设备连接起来，实现产品从设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整系统，进而实现全范围的生产管理现代化。
新增生产车间是利用去年技术改造已经建好的主体厂房，稍加装修即可。
4、项目计划目标
项目主要目标
序号
指标名称
单位
数量
1
年新增产量
套
20
指电能量系统
2
年新增产值
万元
5000
3
年新增销售收入
4500
4
年新增利润总额
1445
5
年新增上缴税金
780
6
投资回收期
年
2.87
7
货款偿还期
2.80
8
投资利润率
%
28.0
9
投资利税率
43.4
财务内部收益率
42.05
11
盈亏平衡点
35.66
三、项目主要内容及所需条件
所需条件（见表）
名称
单位
数据
备注
项目总投资
2250
新增固定资产投入
1550
新增流动资金
700
新增建筑面积
m2
8000
机械、电子、注塑、装配车间各一座
新增工艺设备
台/套
72
含CAD/CAM软件
新增检测试验设备
含软件测试平台
新增人员
人
60
四、项目实施的进度安排
整个项目计划在两年内完成（2006年7月初至2008年6月底）。
整个计划可用甘特图来直观表示：
任务1：
可研报告审批
任务2：
施工图设计
任务3：
项目资金落实到位
任务4：
设备选型
任务5：
生产工艺编制
任务6：
编制产品检验规程
任务7：
外协件供方确定
任务8：
外购件供方确定
任务9：
检测器具的采购、自制及检定
任务10：
营销计划实施
任务11：
项目施工
任务12：
设备采购、安装调试
任务13：
生产人员培训
任务14：
流动资金落实到位
任务15：
试生产
任务16：
正式生产
任务17：
质量管理体系建立、运行并认证
任务18：
准备资料进行项目竣工验收
2006年2006年2006年2007年2007年2007年2007年2008年2008年7月初9月12月3月6月9月12月3月6月底
进度计划甘特图
第三章、项目的技术水平与主要特点
一、项目的技术水平与主要特点
1、系统组成（产品）
KDJC2100－EMS电能量管理与监控一体化系统集中了自动化控制技术、网络通讯技术、计算机技术、微电子技术、微光机电技术等多种科技成果，针对10KV配电网，通过在线路开关上安装FTU、在配电变压器上安装TTU和多功能电表，通过电压、电流互感器、采用交流采样技术、数字信号处理技术（FFT）等先进技术，由单片机和DSP芯片进行采集、计算、状态判断，分析和处理，得到配电网和变压器的运行状况和故障数据，并经通道和通讯设备（电力载波/双绞线/光缆/GPRS等）传输，送主站计算机网络系统进行在线监测与控制，它集故障管理、作业管理、维护管理及设备设施数据库为一体，具有可扩展、参数化、模块化、一体化等特点。
电能量管理与监控一体化系统项目由以下三部分组成：
●主站计算机网络系统和软件。
●现场监控设备：
包括若干台馈线自动化终端单元（FTU），变压器终端单元（TTU），多功能电表等。
●通讯和通道设备：
光纤通讯或电力线载波设备或无线GPRS设备。
如图3-1所示：
图3-1.系统组成结构图
整个主站系统由关系库服务器、数据采集工作站＋数据处理工作站、调度员工作站、报表工作站＋Web服务器、终端服务器、网络部件等组成。
主站系统（EMS）软件主要由数据采集和监视控制（SCADA）模块、用户侧管理系统（DMS）模块及高级应用软件等功能模块组成。
2、技术原理
1）、主站系统软件技术原理
KDJC2100_EMS系统在整体软件设计上遵循按平台分层的思想，在整体上分为三个层次（见图3-2）：
分布式支撑平台，实时应用处理平台，用户表现层。
图3-2：
平台分层结构
其中处于最底层的分布式支撑平台GalloPlat用于处理操作系统、硬件设备、数据库之间的差异；
GalloPlat主要组成部分如图3-3所示：
图3-3：
分布式支撑平台
处于中间层的实时应用处理平台SCADAPlat专注于数据采集与处理，它归纳了自动化采集系统的特点；
建立在GalloPlat上的SCADAPlat由以下部分组成：
图3-4：
实时应用处理平台
建立在GalloPlat和SCADAPlat基础上的用户表现层主要由以下模块组成。
根据用户选用的功能不同，用户表现模块不尽相同。
图3-5、用户表现层
主站能量管理系统（EMS）主要由数据采集和监视控制（SCADA）、用户侧管理系统（DMS）及高级应用软件等功能模块组成。
SCADA系统是整个系统中最基本也是最重要的部分,是调度员了解配网系统运行状态并进行监控的主要手段；
而配电地理信息系统（GIS）是建设DMS的基础，通过GIS软件技术对电力系统基础数据进行计算机管理，把DMS中实时控制和离线应用有机结合，形成一个具有空间概念（地理环境信息）和基础信息（电网信息及用户信息）的分层管理基础数据库，既能方便地进行查询和管理,又为电力系统运行管理提供一个有效的、具有地理信息的网络模型，并为DMS提供基础数据库平台，支持系统许多应用软件的开发和其它功能的实现。
能够在地形图的基础上管理配电网资料和非图形参数，真实反映电网线路的实际走向、各种电力设备的地理位置,对所属电力用户的供电方式等各种信息。
通过采集线路的电压、电流、有功、无功、功率因数等参数，来进行用户用电质量监测和变压器运行状况监测，线路故障状态监测。
通过TTU完成监测配电电压越界情况、配电电流变化情况；
线路功率因数变化情况、监测线路的有功功率及无功功率变化情况；
同时还监测配电网频率变化情况和三相供电平衡情况等，通过FTU完成线路状态监测，故障判断和收集工作。
利用辐射形配电网络潮流计算和采用硬件上的二变比较法，按照时间范围、设备所属线路、所在位置等方式进行统计分析，反映出各个监测点的硬遥信事件和软遥信事件，作为用电管理部门的决策依据，对十六种检测差值的异常情况进行逻辑计算,判定窃电时进行报警。
2）、配变监测终端TTU的技术原理
其组成和基本原理如图3-6、3-7：
图3-6TTU组成原理图
图3-7.TTU软件模块图
TTU由主控板和接口板组成。
接口板主要由二次PT,CT，电源，运放信号处理等组成。
主控板是整个系统的核心,它采用TI公司生产的MSP430F449CPU芯片,系统程序存储在其片内FLASH存储器内、监控数据存储在一片1024K的EEPROM芯片中，采用软、硬件WATCHDOG。
交流采样采用12位并行A/D转换器，确保采样精度。
通过采集三相电压，三相电流，使用快速傅立叶算法计算三相电压，三相电流，零序电流，三相有功功率，三相无功功率，有功电量，无功电量，功率因数等，并统计系统运行情况如计算三相电压，三相电流，三相有功功率的最大最小值及出现时间，电压越上下限时间，线路停电时间，电压合格率，三相不平衡率等。
还具有频率、油温测量，遥信遥脉采集功能。
软件设计采用C语言为主，软件采用结构化、模块化设计方法，主调度模块采用基于消息的程序调度机制。
3）、馈线自动化终端FTU的技术原理
其组成和基本程序模块组成如图3-8、3-9所示：
图3-8FTU组成框图
FTU由DSP组成，DSP选用TI公司的TMS320F2812,它为32位定点DSP,主频（150HMz），片内128K×
16位FLASH，18KSRAM,包括非常丰富的外围设备：
12-位16通道ADC,双通道异步串口，CAN总线和SPI同步串口，12路PWM等。
利用F2812自带的16通道12位AD进行交流采用，通过互感器采集电压、电流。
开关量输入输出由DSP通用端口完成。
串行通讯口和CAN总线都由DSP自带。
外部扩展RAM完成故障录波功能；
通过DSP的SPI总线扩展时钟芯片和EEPROM存储器；
EEPROM存储器保存系统的运行、维护、配置参数。
图3-9FTU程序模块组成图
软件采用结构化、模块化设计方法，主调度模块采用基于消息的程序调度机制。
3、系统功能及主要技术性能指标：
A、系统功能
主站系统功能：
主站系统包括主站监控系统、配电网管理信息系统。
主站系统基于Autop2.0自动化监控多载平台网络系统，它与配调变电站监控系统、户外终端设备和通讯系统配合完成配电网的监控功能（SCADA）；
故障监测、定位、隔离和供电恢复功能；
利用地理信息系统（GIS）技术完成配电设备及设施管理功能（AM/FM），此外还包括配电的基本应用软件功能。
配电变电站监控系统功能：
变电站微机监控系统采用分布式体系结构，分布式RTU作为采集单元，并且设置工控机实现管理和当地监控功能。
数据采集功能：
由带故障监测功能的RTU以一定的通讯方式与站内TCR连接，通过CPU实现终端设备的遥测功能，从而采集到终端设备的状态参数。
数据中继功能：
配电子站监控系统可以通过配置通讯端口，在配电主站和子站之间进行数据中转，实现数据的上传和主站操作控制信号的下达，完成中继功能。
很强的兼容性具有丰富的通讯规约，支持目前最流行的所有规约，如：
IEC870-5-101、CDT、DNP3.0、SC1801等，从而保证了子站和主站之间，子站和RTU之间数据的一致传输，实现了监控系统极大的兼容性。
终端设备监控功能：
监控系统能够根据接收的遥信、遥测量来进行故障诊断、故障隔离和故障恢复。
窃电报警功能：
对十六种检测差值的异常情况进行逻辑计算,判定窃电行为并及时报警。
B、系统主要技术性能指标
1）、模拟量遥测总误差：
≤1.5%。
2）、中性点不接地系统单相接地故障判断准确率：
可测量零序电压，用无功方向判断，准确率≥95%。
电流比较法判断，准确率≥85%。
相间短路故障判断正确率≥98%。
故障定位处理、隔离，非故障区段恢复供电时间（通讯速率9600bit/s和FTU数量为30台，TTU数量为30台，以下同）≤15s。
3）、事件顺序记录站间事件分辨率：
≤20ms。
4）、数据通道传输速率：
600，1200，2400，4800，9600bit/s。
5）、通道工作方式：
半双工、全双工，有主备用通道时，可自动切换通道（包括手动）。
6）比特差错率：
≤1×
10-6。
7）、模拟屏控制器接口：
串行方式或并行方式。
8）、远动终端
遥测、遥信、遥控、遥调的容量可以组合。
事件顺序记录站内事件分辨率：
≤10ms。
模数转换总误差：
≤0.5%。
9）、系统响应时间
接地故障发生传输到主站时间：
≤10s。
遥信变位传输到主站时间：
遥测量超越定值变化（越死区）传输到主站端时间，重要遥测量更新时间：
遥控命令选择，执行或撤销传输时间：
≤3s。
有实时数据的画面整幅调出响应时间：
画面总数的85%：
≤3s；
其余画面：
≤5s。
画面数据刷新周期：
5～10s。
双机自动切换时间：
≤20s。
10）、主站计算机与远动终端通信总速率：
≥9600bit/s。
11）、系统可靠性：
①系统平均无故障时间（MTBF）≥10000小时；
②系统年可用率≥99.9%;
③计算机双机月平均运行率≥99.9%;
④SCADA功能年可用率≥99.9%;
⑤全网节点CPU平均负载≤30%;
⑥双机故障切换时间（自动）≤25s;
⑦主备用节点切换时间（人工）≤5s;
⑧系统时钟精度:
稳定性＜±
1.5%;
时间基准＜1毫秒
⑨采集数据误码率≤0.1%;
⑩遥测合格率≥98%.
二、项目创新点及总体评价
1、项目技术创新点为：
①具有先进算法的数据分析系统
电能量的短期负荷预测系统采用了多种预测模型算法，选用相应的修正系数，并针对多种预测方法所得预测数据进行比较，提供相对误差、平均绝对误差、均方误差、均方根误差等误差分析结果。
对于线损率的计算，本项目采用方均根电流法、等值电阻法等算法，实现全方位线损的自动生成、监视和分析，实现线损的单值、多值比对分析，提供分级、分压、分线、分区线损统计报表，为实现“增供降损”提供有力依据，实现更精确的理论计算和统计线损与理论线损的比对。
本项目利用辐射形配电网络潮流计算方法来计算配电网络的潮流分布，即直接应用克希霍夫电压和电流定律，首先计算节点注入电流，再求解支路电流，最后求解节点电压，并以网络节点处的功率误差值作为收敛判据。
如逐支路算法、电压／电流迭代法、少网孔配电网潮流算法和直接法、回路分析法等。
这一方法着重解决了10KV及以下电压等级的配电网络实际计算中出现的难点。
②简单准确的窃电行为识别
系统能够对诸如计量箱开启、电能表断相、TTU断相、TTU缺相、电能表缺相、停电、CT断路、CT接地、CT短路、CT旁路、双表对照监测用电异常等状态进行识别，进而有效判断是否窃电行为所致。
此原理简单，却判断准确，在电力如此紧张的今天，极具实用价值。
③采用了配网数据通讯载波技术
配网通信的特点是：
终端节点数多、通信节点分布极其分散、通信距离长、单个节点的通信数据量小、馈线自动化FTU监控对象是大量的线路开关，通信数据量较少。
而配电自动化对通信系统的要求则是：
满足数据传输需要、传输速率应满足事故处理时通信的要求、每一级通信网络应尽可能选用单一信道通信、信道维护量少、扩容方便、可靠、造价低、尽可能利用已有的通信和信道资源。
根据国外的经验，通讯的发展方向应是载波和光纤的混合使用，因它对网络具有天然的适应性,随着技术发展它无疑将是配电层通信的主流。
但配电网载波确实有很多难点,尤其是在保证高可靠性方面,对于国内大多数企业来说是可望而不可及的。
本项目在配网数据通讯采用电力载波技术方面开创了先河，其特有的分群和并行多通道技术,有效解决传输的带宽瓶颈，使该系统的整体水平达到国内领先水平。
④TTU和FTU的基于复数的电参数计算
为了满足电能质量分析的需要，在FTU、TTU的交流采样电参数计算，一般采用FFT方式计算电压、电流各次谐波的有效值；
但现有系统一次FFT完成一个量（电压或电流）的计算，我们采取了复数FFT的计算方式，即将两个采集量（电压或电流）构成一个复数，作为该复数的实部和虚部；
送FFT模块，运算完成以后再分离出两个量的实部和虚部；
从而将FFT的计算次数减少了一半。
提高了运算速度。
⑤采用了C/S与B/S相结合的软件系统构造技术
B/S结构，即Browser/Server（浏览器/服务器）结构，是对C/S结构的改进结构。
本项目利用不断成熟的WWW浏览器技术，结合浏览器的多种Script语言（VBScript、JavaScript…）和ActiveX技术，采用C/S和B/S相结合的软件系统构造技术，使用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑又在服务器端实现，形成所谓3-tier结构。
从而实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种全新的软件系统构造技术。
它可以随着Windows98/Windows2000将浏览器技术植入操作系统内部，采用星形拓扑结构建立企业内部通信网络或利用Internet虚拟专网（VPN），整个网络采用TCP/IP协议，具有安全、快捷、准确的特点，同时还具有节省投资、跨地域广的优点。
另外本软件还采用软插件和中间件技术，并使用硬件防火墙或硬件隔离器，这样系统容易升级、扩展性强，软件上增加了多权限、多角色管理、系统的安全性比较高。
⑥TTU低成本高可靠性的硬件设计，采用16位单片机MSP430内部的8通道12位AD
完成交流采用，使用内部的60
K
闪存存储程序，内部2K
RAM进行计算数据和变量存储，并实现了复数FFT计算电参数，单片机自带
LCD驱动器。
采用
I2C技术扩展存储器和时钟芯片，扩充存储容量不修改硬件线路。
功能全面完善：
如谐波计算，历史数据（整点电参数）和统计数据（极值和停电记录）存储容量大。
有当地显示和2通道通信接口。
遥信、遥控和遥脉功能。
软件基于
C语言开发：
功能强，维护和移植能力强。
有谐波计算和处理功能,支持远程在线维护和通讯功能合一，支持国标IEC-870-101-5通讯协议,能录取各电压、电流1个周波的波形，以利于主站进一步分析电能质量和负载特性，谐波含量。
⑦基于32位DSP（TMS320F2812）的FTU的硬件设计和实现技术，利用SPI总线技术扩展DSP的外围设备,CAN总线实现多DSP之间的网络通讯。
独有的零序电流检测和故障判别技术：
在难以安装零序电流互感器的场合，使用运算放大器的虚短（正、负输入端电压近似为0），虚断（输入端电压近似为0）特性由硬件实现3I0=Ia+Ib+Ic,再经取样、滤波；
送A/D;
通过复数FFT求得零序电流、零序电压和零序无功；
对中性点不接地系统，如安装有三相电压互感器则使用零序无功方向进行接地故障识别，否则使用零序电流幅值进行接地故障识别，其零序电流比较定值可由远方由通讯口在线维护。
能准确判断故障线路和故障区段。
利用片内12位AD测量精度和速度的提高技术，为了满足电流的测量精度和保护要求的测量范围，分通道输入，电流测量通道采用变增益处理，小电流时用大的取样电阻，大电流时用小的取样电阻；
从而获得较高的测量精度,降低了后级电子线路的燥声影响。
⑧电力线多址数字通信机采用了离散多载波调制、格状编码调制、回波抵消、自适应均衡、前向纠错、线路分码、码分多址、噪声平衡等多项先进技术，在通信速率、误码率、无中继传输距离、接收灵敏度、抗雷击、抗高温等多项技术指标都较同类产品有明显的提高。
⑨用硬件方式实现零序电流检测和运算（3IO=Ia+Ib+Ic），单独进行AD采样和FFT计算，零序电流检测数据比软件方式准确，不受负载电流和各电流取样电阻影响，可靠进行小电流接地故障判断。
2、项目总体评价
该系统实际从2002年开始研制，按项目设计任务书的技术路线要求，首先研制出配电变压器远方终端（TTU）、馈线自动化终端单元（FTU）和电能量管理系统，在此基础上通过软件集成为电能量管理与监控一体化系统。
公司组织了近20人的研制力量，历时两年多时间，其间广泛听取用户、业内人士、同行业工程技术人员的宝贵意见,多次修改原定的技术方案。
2005年相继完成了配电变压器远方终端（TTU）、馈线自动化终端单元（FTU）和电能量管理及防窃电系统，这些单项成果已达到当初设定的所有指标。
这些单项成果自2005年2月起相继通过了由安徽省软件测评中心对软件进行的登记测试；
获得安徽省信息产业厅颁发的“软件产品登记证书”（见附件）；
2005年5月16日由安徽省信息产业厅组织了对“电能量管理及防窃电系统”的产品鉴定（该系统包含TTU和FTU），鉴定委员会正副主任分别由合肥工业大学的张崇巍教授和中国科技大学的赵天鹏教授担任，他们都是电力自动化领域的资深专家，他们对本系统的原理、算法进行了严谨的论证，并对系统进行了十二个项目的测试，测试结果全部达到指标要求。
据此专家们对此给予了高度的评价：
认为该软件产品达到国内同类产品领先水平。
2005年9月获得国
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