计量自动化系统技术方案.docx
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计量自动化系统技术方案
计量自动化系统
技
术
方
案
3.3.2通讯方式13
3.8.2数据完整率统计17
3.16手机APP应用（可选）27
1系统综述
按照坚强智能电网建设的总体要求，保证智能电网建设规范、有序推进，实现电力用户用电信息采集系统建设“全覆盖、全采集、全预付费”的总体目标，规范统一用电信息采集系统及主站、采集终端、通信单元的功能配置、型式结构、性能指标、通信协议、安全认证、检验方法等。
通过对国内外采集系统建设、应用现状进行调研和分析，并充分结合通信技术、微处理器技术、制造工艺等技术的发展，全面梳理国内外用电信息采集系统相关技术标准。
华立科技股份有限公司紧盯市场需要，采用目前国内外最先进的科技成果，开发成功了完全满足电网公司技术规范的电力用户用电信息采集系统，包括了输网和配网用电信息采集系统。
本系统把庞大且分散的电网用户用电量及其它数据进行及时有效而且准确无误地收集、统计与分析，工作效率高，而且避免了由于人工抄表所带来的漏抄、误抄、估抄等问题。
是一种投资较少，安装及维护方便，通讯可靠，计量准确的电能表远程集中抄表解决方案，解决了日益庞大的用电户的管理问题，提高供电部门的效率、效益和自动化管理水平。
2系统架构
2.1系统硬件及支撑软件架构
系统全面采用开放的工业及国际标准作为硬件支撑平台和软件支撑平台。
硬件支撑平台包括：
网络平台：
TCP/IP，ISO-OSI七层网络参考模型；交换式双网或单网配置；采用路由器、防火墙或网关机与其他系统互联，安全性上满足地方及国际标准；
硬件平台：
可以运行于IBM、RISC/Alpha、Sun、HP，INTEL/PC；
服务器端：
双服务器Cluster结构，可采用IBM、Alpha、Sun、HP小型机、PC服务器，支持RAID，支持磁带机或DVD-ROM备份装置；
采集机、工作站等客户端：
PCServer、PC工作站；
采集机柜：
交换机、GPS卫星钟、KVM等。
软件支撑平台包括：
软件平台：
支持POSIX/UNIX、WindowsNT/2000/XP/2003Server等；
窗口及图形：
Windows2000/XP/NT；X-Window系统；OSI/MOTIF；
开发语言：
C++及C语言系列、J2EE软件支持包；
数据库：
Oracle大型关系型商用数据库。
系统典型的硬件网络配置图如下：
2.2系统软件关键技术
2.2.1历史数据库服务
计量自动化系统主站历史数据库分为参数库和历史数据库，历史数据库采用按月、按数据类型分表技术，不必借助数据库管理系统复杂的表分区技术，即可很好地解决系统大数据量时的查询优化工作，实现系统快速响应，并能够完美地解决按月备份及恢复的需求。
2.2.2实时数据库服务
在系统设计中，从数据库设计到高频度访问数据的保持，从业务处理逻辑到数据展现，需要引入一些先进的系统构架和设计思想才能满足系统的性能要求。
作为数据保持的一部分我们在系统中引入了实时数据库服务器的概念，其主要目的是在服务器内存中永久驻留各类服务和客户节点需要访问的参数和实时数据，这样把大部分业务对历史数据库的访问转为对实时数据库的访问，就是把对硬盘等存储设备的读写操作转为对内存的读写操作，减少了历史数据服务器的压力，提高了系统访问的性能，增强了系统的稳定性和可用性。
实时数据库技术在调度自动化系统中普遍使用，其实质是在实时数据库服务器节点上开辟足够的内存，驻留系统经常访问的参数和实时数据供客户端访问。
从实时数据库部署方式上看有对等数据库和客户服务器两种模式。
对等方式就是在各个节点上驻留完全相同的数据实体，应用程序一般通过共享内存的方式访问实时数据，修改实时数据库时需要把修改的数据发布到所有节点上去；客户服务器模式则和我们常见的商用数据库类似，只在服务器上驻留完整的数据实体，客户端根据需要访问数据库中的部分数据，为提高系统的可靠性，服务器一般采用集群方式配置，客户端通过服务命来访问。
我们的实时数据库服务采用的是客户服务器模式，提供两种访问实时数据库的客户端模式：
ODBC驱动程序和直接访问的动态库，ODBC驱动程序提供简单的标准SQL访问，动态库经过专门设计，这种方式一般更加快速有效。
2.2.3网络管理平台
网络管理平台是保持系统稳健运行的一个组件，配置到主站系统的关键节点上，实现：
关键进程的守护、进程状态监视，包括：
进程名、进程运行状态：
进程运行状态、启动用户、累计运行时间、最近通信时间等信息监视；在关键进程/服务、资源出现异常时启动预定的守护规则，保证系统稳定运行；
并列运行、双机互备机制：
将多台前置节点两两分组，实现多机（每台前置）并行、双机互备的工作模式，当任一节点故障、或非同组多节点故障时，均可保证系统正常运行；
关键节点的系统资源监视：
包括节点名、CPU负载率、内存使用情况、磁盘空间使用情况等信息监视。
2.2.4系统安全解决方案
系统采取措施确保数据存取、系统配置和其他在系统上操作的安全性。
工作正常的在线、离线操作不引起系统崩溃。
在线维护处理，在不中断和干扰系统的正常工作的情况下运行
3系统功能
系统由以下模块构成，分别为：
数据采集、计算服务、参数维护、业务处理、数据分析、运行工况、事项分析、线损分析、费控管理、系统管理、数据接口、手机APP应用等。
3.1资产管理
3.1.1计量资产出入库管理
登记入库资产信息，如资产类型、入库时间、特定资产参数等。
此处管理电表、互感器表等资产。
资产入中转库，为下一步的操作作准备。
对计量资产的领出作登记管理。
登记信息如资产类型、出库时间、领出人员、数量等。
对被领出的计量资产的归还作登记管理。
登记信息如资产类型、归还时间、归还人员、数量等。
3.1.2资产报废管理
对由于各种原因造成的资产报废提出报废申请。
需注明报废资产数量、报废原因、申请人、申请时间等信息。
对由于各种原因造成的资产报废提出报废审批。
并自动记录审批人、审批时间等信息。
3.1.3资产档案维护
实现对表具的基础档案管理，支持对基础档案的删除、修改和新增等功能。
电表：
名称、表地址、CT、PT、表号、条码、生产日期、校表日期、表精度、满码字、表型号等信息、生产厂商、规格型号、厂编号等信息；
3.2安装支持
3.2.1业务流程设置
考虑到管理的复杂性，本系统的工作流系统设计符合WFMC国际工作流标准。
并在系统使用的过程中由开发人员或业务人员现场定制完成。
在本项目中，应实现报装、报修、销户、过户、换表等业务。
3.2.2工作单处理
工作单是公司内部各部门各岗位的业务员进行业务处理的载体，以申请登记开始，归档结束，中间流经不同的环节进行不同的处理，整个过程可理解为一个闭环。
一般物业公司都有几种类型的申请书和工作单（报装、报修、销户、换表等）。
用户提出业务申请，由业务人员填写申请书，传到相应部门，一个部门处理后传到下一部门，直至归档。
系统通过设置相应的参数及约定，在计算机中生成工作单，利用网络传递，实现工作单的传递，在传递的各个环节实现现有业务的处理，直至归档，标志一项业务处理完毕。
申请登记的主要功能是根据客户提出的各种要求，由操作人员选择一种合适的业务类别进行登记，录入客户的各种用电要求并且向下传递，直至归档完成申请，满足客户的需求。
网上报装、电话报装与此功能类似。
查询、处理其它部门或人员以及该操作人员保留下来的尚未处理完毕的的工作单，该窗口按照流程设定的办理岗位过滤了相应的工作单，凡是在该窗口中出现的工作单都是该操作人员能够办理的申请书。
对所有处于派工环节的工作单进行派工。
实现领导审批签字功能，领导可以输入审批意见。
具体的业务处理过程，在需求阶段明确并实现。
3.2.3工作单作废
由于某种原因，当前传递中的申请书需要作废，通过该功能实现。
3.2.4业务流程查询
查询系统设定的业扩和日常营业申请书的每一业务类别的业务流程，以及每一个步骤所能够跳转的环节。
3.2.5业务进度查询
查询当前所有申请书的传递情况，包括所处环节，接收人员等信息。
同时，可浏览客户信息以及申请书信息。
3.2.6超时工作查询
查询所有超时申请书的详细情况，包括所处环节，接收人员等信息。
同时，可浏览客户信息以及申请书信息。
3.3仪表数据
3.3.1规约支持
《DL719-2000（IEC-102）标准规约》
国家电网《电力负荷管理系统数据传输规约》
Q／GDW376.1-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：
主站与采集终端通信协议》
广东电网公司大用户、配变、变电站、居民数据通信规约
浙江电力公司用电现场服务与管理系统通讯规约
《DLT645-1997多功能电能表通信规约》
等及可以提供规约文本的其他规约。
3.3.2通讯方式
通信方式，光纤、无线、GPRS，小无线，lora。
3.3.3抄表方式
1）自动定时采集数据：
Ø抄表周期可设，最小间隔5分钟，可以人工设定5分钟、15分钟、30分钟、60分钟、1天等不同存储间隔；
Ø可定制定时抄表数据项；
Ø可定制最大抄读间隔；
Ø可定制重抄次数、抄表失败次数；
2）手动历史数据补召：
可批量或单个选择待采集终端、采集时段、待采集数据类型进行历史数据补召；
3.3.4采集任务管理
1）通讯过程出现异常时，支持命令重发；
2）通讯异常中断时，支持自动重连，并支持断点续传功能；
3）数据采集过程中，可人工干预任务执行状态，可实现任务暂停、任务中止、任务继续执行相关操作。
3.3.5并行抄读
1）同时抄读多个终端，在通道允许的情况下，数据采集软件可同时抄读多个终端。
2）多通道，多种通信方式同时工作。
3）支持手工召读群组并行工作。
3.3.6状态查询
1）查看抄表系统报文缓冲区。
2）查看抄表系统运行状态。
3）查看电表通信状态。
3.3.7服务支持
提供主站间标准接口通信协议，协助实现：
提供转发通道实现WEB应用直接抄读表计、及远程设置通讯模块参数。
3.3.8自动均衡负载
系统支持多采集服务器负载均衡、多线程并发的通信调度管理机制。
3.3..9可周期采集数据类型
根据所接入的终端型号及所采用的主站与终端间的通讯规约所定。
3.4计算服务
计算服务主要软件功能包括以下几点：
1）计量点各费率电量计算；
2）分析对象各费率的输入输出电量的计算；
3）分析对象电量与负荷统计,以及分析对象按行业、容量、分压特性分类的日、月电量的统计；
4）群组的电量与负荷的统计；
5）为工作站程序和WEB程序提供远程计算功能调用。
3.4.1计量点电量计算
Ø计量点电量计算统计各种计算方案（15分钟、小时、天、月）的电量；
Ø计算时考虑装拆（换）表、换PT/CT、满码值、修正电量、铜铁损对计量点电量计算的影响；
Ø对电量计算过程及结果进行数据合理性校验并报警。
3.4.2分析对象线损计算
Ø分析对象线损计算统计各分析对象（全局、分局、供电所、馈线等）各费率的的输入、输出电量、线损率。
3.4.3分析对象电量总加和负荷总加
Ø分析对象电量总加和负荷总加统计根据各分析对象的对象组成，统计15分钟、日、月电量和15分钟负荷总和。
3.4.4人工和远程计算功能
Ø计算服务程序在界面提供手工计算功能，能对各计量点、分析对象、群组进行各方案和时间范围的手工计算。
并为工作站程序和WEB程序提供远程调用方法，实现远程人工计算。
3.5参数维护
3.5.1通道参数设置
Ø可对通道进行新增、修改、删除等操作。
Ø可维护的内容包括通道名称、端口地址、代码、初始化串等，通道类型、端口类型、波特率、数据位、停止位、效验位等。
3.5.2计算方案设置
Ø可对计算方案进行新增、修改、删除等操作;
Ø内容包括方案描述、周期类型、开始时间和结束时间等。
3.5.3采集方案设置
针对不同规约，按规约特性进行集方案设置，包括设置采集方案的数据内容、采集周期、采集滑动周期、启动时间等。
3.5.4配电网模型设置
Ø配电网采集模型树：
按配电网采集模型结构生成，包括：
全网－分局－供电所－送电线路－集中器－计量点；
Ø全网、分局、供电所、线路、集中器、终端、表计、低压户等对象档案的管理、维护功能；
Ø居民表计的计量档案（包括装/拆/换装电表、换装CT/PT等）的管理、维护功能；
Ø集中器相关参数远程下装、维护功能。
3.5.5电量统计项目设置
Ø根据配电网模型定义相应的统计项目，比如可定义全局或分局的供电量、售电量、转供电量、网损等；
Ø设置统计项目的计算公式，对一些馈线线等特定的统计项目可实现按公式自动生成；
Ø设置统计项目的参数，包括统计周期、越限检查等。
3.6业务处理
3.6.1装换表/换CT/换PT操作
Ø针对居民计量点进行装换表/换CT/换PT操作。
3.6.2表计信息数据浏览
Ø选中对象下所有计量点的表计信息；
Ø单个点的表计信息。
3.6.3现场终端管理
Ø针对不同规约，批量对终端进行下装、维护。
3.7数据分析
1）居民窗口值分析
Ø显示计量点正向有功分费率底码数据；
2）居民计量点电量分析：
Ø显示计量点正向有功分费率电量数据；
Ø能够以表格及曲线形式进行表达，曲线可左右移动、放大、缩小。
曲线类型包括：
折线图、棒图、饼图；
Ø可实现单点曲线分析和同比曲线分析（相同分析对象不同时间段同比、不同分析对象相同时间段同比）。
3）居民信息浏览
Ø选中全网/区域/供电所/线路/公变，显示其下所有居民用户的信息。
3.8运行工况
3.8.1综合工况
Ø统计各单位的终端总数、停电终端数、报停终端数、在线数、离线数、在线率、完整率；
Ø按工期、按终端类型、按厂家、分类统计。
3.8.2数据完整率统计
Ø输电网数据完整率统计：
按厂站、按单位统计应采点数、实采点数、漏抄点数、完整率；
Ø配电网数据完整率：
按厂家、按区域、安装工期统计应采点数、实采点数、漏抄点数、完整率；
Ø低压数据完整率：
按厂家、安装工期统计各台区的数据完整率，包括日冻结数据完整率、月冻结完整率。
3.8.3终端在线率
Ø按照厂家、或区域分类统计日平均、月平均在线率；
Ø可按照终端类型、厂家、工期、通讯类型过滤检索。
3.8.4流量统计
Ø按终端统计各单位的终端的日、月流量，可按照流量、终端类型过滤；
Ø可按照厂家统计各单位超流量的终端数；及超流量的终端明细查询。
3.8.5节点监视
实时显示数据库服务器、应用服务器、采集服务器、通信服务器以及通信设备的运行状态，包括网络状态、CPU负荷、内存使用情况、硬盘使用情况。
3.9事项分析
3.9.1计量管理
通过事项分析，可实现以下包括计量装置检查、计量合理性检查、数据合理性检查、用电检查及经济性用电检查等功能：
计量装置检查
计量门
非法开启
电能表运行
485通讯
时钟异常
电池电压低
电能表参数
底度更改
倍率更改
常数更改
时钟更改
时区更改
接线检查
反极性
逆相序
缺相
断相
短路
开路
电流不平衡
行度检查
停走
飞走
下降
差动事件
电能表运行误差
主付表误差
交流采样误差
计量合理性检查
容量合适
30%≤电流≤60%
数据合理性检查
Ub=0与3相4线
Ub≠0与3相3线
功率>>容量
长期U≤70%
间歇U≤70%
用电量同比变化
日最大值曲线突变保持，增减30%以上
电流不平衡
用电检查
超容量用电
过流
超计划负荷用电
过负荷
启用暂停设备
备用电源并网
经济性用电检查
无功欠补
无功过补
3.9.2配变居民事项分析
Ø可按照不同时段、不同事项类型、查询线路、公变分析对象范围内居民集中器事项、计量点事项、底码事项。
3.9.3配电网线损事项
Ø按照不同时段、查询配电网分析对象范围内各分析对象线损越限事项。
3.10线损分析
Ø实现分区线损，预先设置区域划分为全局、下属供电所，可按小时、日、月固定周期或指定时间段统计线损，并能够根据层次关系逐层分析；
Ø分线线损。
对各10kV馈线统计线损，能够计算月售电损耗供电质量，支持几条配网合并为一个计算区域的线损计算；
Ø分台区线损。
能够将各个公用变低压部分的损耗统计出来。
可按日、月固定周期或指定时间段统计线损。
3.11费控管理
业务功能主要包括预付费开户、购电、电费结算金额、追补、预付费查询、剩余金额查询、详细费用清单、收据打印等。
通过主站结算进行预付费，首先是抄读到GPRS表的表码数据，根据PT、CT等参数，计算使用了的电量，并计算当前剩余的购电金额，当计算出的剩余金额不足时，进行报警，如果继续使用，剩余的金额小于0时，若允许自动拉闸，主站就会对GPRS表实施欠费跳闸，用户缴费成功后，在规定时间内主站应及时下发允许合闸命令，允许合闸。
当然，也可由主站操作人员根据实际使用的需要通过主站远程下发拉合闸命令控制GPRS表的拉合闸操作。
由于大用户终端、居民用户计量参数配置存在差异，业务设计可酌情分开。
3.11.1预付费开户
实施预付费之前，必须进行预付费的开户工作，主要是确定用户的预付费计算方案、报警金额、拉闸金额。
选择预付费计算方案用于确定预付费使用的电价方案、计算项，报警金额A、报警金额B，在系统中理解为预付费报警的两个点，在预付费电费计算值小于报警金额时就向用户发送报警短信，同样，剩余金额小于0时也发送报警信息。
在实施预付费的时候可能GPRS表已经使用一段时间，在启动预付费之前，需要设置一些启动的参数，作为后续预付费计算的基础。
设置预付费启动前的有功和无功表码，当作预付费的起始表码。
如果电费中包含功率因数调整电费，请正确填写功率因数的执行标准，这个可参照<<功率因数执行标准表>>，该电费计算不考虑照明部分，照明比例填0。
线损电费不计算，线损定量值不必填写。
系统可配置实现自动发送拉合闸的命令，或由人工手动发送拉合闸的命令。
3.11.2购电
界面展示用户的基本购电信息与预付费信息，包括用户信息、累计的购电量、上次的购电时间、购电金额、上一次结算的时间、报警电量、拉闸电量、剩余金额、最近一次结算费用、最近一次抄表时间、抄表电量等等数据。
输入本次购电的金额，购电完成后，系统会自动产生购电充值事件，提交给短信服务，如果终端对应的短信方案中已勾选“购电”事项的短信通知选项，短信服务就会通过系统配备的短信机或短信模块等设备发送充值短信通知给用户。
可打印购电的收据。
3.11.3预付费查询
查询用户的购电记录，可以按照收款人、执行人、户号、收款时间等筛选条件进行查询。
3.11.4预付费统计
为了方便统计所有的售电信息，及时掌握售电金额以及分布，可以选择分级查询统计，可只统计本级的总计金额，也可以分别统计下级的总金额。
3.11.5余金额查询
可以查看用户在指定时间内剩余金额的变化情况。
可以点击全网，供电局，供电所，线路，浏览该节点下所有大用户的剩余金额信息。
3.11.6远程控制
在全网，分区，供电所，线路，专变下都可以使用远程控制功能。
在根据剩余金额筛选条件下查询出剩余金额，对于欠费的用户，或者处于报警状态的用户，进行保电投入与解除，拉合闸操作。
可以选择单个用户也可以批量操作。
3.11.7费用清单
为了更清楚的了解电费的计算情况，可以对每个预付费计算时间点的详细计算信息资料进行查询，以便分析和对照。
因为某些原因，如电表故障、换表或其他的原因，需要给用户增加或减少电量，但不会形成实际交易的情况，使用“调剂金额”功能项进行处理。
3.11.9补打收据
如果用户购电后需要打印收据，或者在购电一段时间后需要补打收据，可以使用该功能项进行处理。
指定时间段，进行购电记录的查询补打。
3.11.10电费结算
通过主站结算的预付费，主站按照预先设定的计算方案进行用电费用的计算，但电力营销部门实际计算中可能会扣除一些附加费用或其他相关的费用，或是做一些相关的修正，实际的用电费用与主站计算的用电费用之间会存在一些误差。
为了让主站计算的预付费数据更接近实际的数据，在电力营销部门每个月的月结算完成后，根据月结算的数据对主站上的相关数据进行必要的修正。
“电费结算”功能来完成该情况的处理。
在界面显示上月的电费扣除和结算情况，以及用户的购电信息与用电情况。
可输入当前要结算月份营销月结使用的表码数据，以及营销计算出来的要结算月份的用电金额，完成要结算月份的相关数据运算。
处理完成后，主站就以输入的表码，和本次主站结算后的剩余金额作为起始的基础数据，进行后续月份的剩余金额（电量）的计算。
主站与营销之间的历史误差在月结后得到消除，这样主站剩余金额（电量）的计算就可以更接近实际，更准确的实现预付费功能。
3.12光伏能源采集
3.12.1采集介绍
独立光伏发电也叫离网光伏发电，主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，如为交流负荷供电，还需要配置交流逆变器。
系统通过并网将太阳能组件产生的直流电经过并网交流逆变器转换成符合居民用电要求的交流电，进行用户家庭使用。
光伏发电可以分为带蓄电池和不带蓄电池的并网发电系统，带有需电池的并网发电系统具有可调性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。
该方式通常安装在居民建筑，采用分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、是目前并网光伏发电的主流。
3.12.2本地控制
本地控制包含功能有：
Ø电压调节
Ø频率调节
Ø同步控制
Ø电力质量控制
以上功能可以通过本地测量来实现，不需要进行远程通讯。
同时，这些功能对用户的服务质量有着潜在的正面影响。
因此本地电压、频率、功率因数和电力质量控制有助于改善供电的电力可靠性和电力质量。
3.12.3协调保护和控制
系统通过远程通讯实现进一步优化。
使真正成为“智能电网”的一部分。
包括以下功能：
Ø先进的防孤岛
Ø先进的电压调节
Ø恢复
Ø重构
Ø计划、调度
3.12.4优化调度
优化调度算法在可利用的资源之间划分和分配电力负荷需求，从而保证最低的运行成本。
优化调度算法通过天、周和年形式来使用历史数据。
同时也进行了对未来太阳能数据的预测。
3.13系统管理
3.13.1节点信息管理
功能说明：
对数据采集服务、计算服务等后台服务节点进行信息管理（节点名、节点功能类型、对应IP等）。
3.13.2操作用户信息档案管理
1）信息管理
Ø按系统管理员身份对部门管理员进行设置维护操作；
Ø以部门管理员身份对部门下岗位进行设置维护操作；
Ø以部门管理员身份对部门下操作员进行设置维护操作。
2）操作员IP限定
Ø以系统管理员身份对部门管理员对应的重要操作（如授权、下装等）功能进行IP限定；
Ø以部门管理员身份对操作员账号对应的重要操作（如下装、参数修改等）功能进行IP限定。
3.13.3功能授权
1）可定制页面功能授权
Ø以系统管理员身份对部门管理员进行页面功能（参数设置、错峰管理等）配置；
Ø以部门管理员身份对操作员进行页面功能（参数设置、错峰管理等）配置。
2）操作功能授权
Ø以系统管理员身份对部门管理员进行操作功能（如：
参数维护的增、删、改、数据录入、换表/换CT/换PT等）授权；
Ø以部门管理员身份对操作员进行操作功能（如：
参数维护的增、删、改、数据录入、换表/换CT/换PT等）授权。
3.13.4责任区授权
1）终端责任区授权
Ø以
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