基于以太网的电力调度自动化抄表系统的设计

文辉

摘要随着科技水平的不断发展，电力调度自动化系统所要求的各项功能也不断提高，电力系统调度自动化是一项较为复杂的系统工程，它了包含数据的收集处理、设备间的通信、人机对话、主服务器以及应用软件等部分。各部分之间密切结合的同时又相互制约。电力调度自动化系统不仅能完整地掌握全系统的运行情况，同时在正常运行和事故的情况下能及时而正确地作出响应。本文提出了一种设计方案，以以太网为通信基础，完成了电力调度自动化的抄表系统设计，完善了调度自动化系统的功能。

关键词以太网；电力调度自动化；抄表系统

随着当今电力系统的不断发展，其系统的结构和运行方式也越来越复杂多变，而我们对电能质量和电力系统运行的安全性和经济性的要求也日益提高，电力调度自动化系统在这个过程中也得到了不断发展。与此同时，以太网络也进入了飞速发展时期。这也就为变电站的电度表远程传输提供了一种网络通道，从而实现了电力调度的远程在线抄表功能。

1远程抄表系统通信模型

远程抄表系统通信由2部分组成：其一为电能表与电能量采集终端之间通信；其二为电能量采集终端与主站系统之间的通信。

1.1电能表与电能量采集终端之间的通信

电能表与电能量采集终端之间采用RS-485通信方式。各块电能表采用屏蔽信号线连接，所有电能表连接后，再敷设电缆连至相应电能量采集终端。电能量采集装置与各个电能表通过屏蔽信号线直接连接，通信规约通常采用DL/T645-1997、DL/T645-2007。

1.2电能量采集终端与主站系统之间的通信

通信接口为100M（光纤）以太网。整网采用汇聚层、接入层、两级扁平化组网方式，主干汇聚光纤1000M互联，接入提供100M/1000M自适应的电接口。各变电站通过就近的信息通信站点统一汇聚，接入到中心局核心交换，个别物理距离离中心局近且有裸光缆的情况下，直接接入到中心局核心交换机。接入交换机采用级联的方式，通过在级联端口配置TRUNK协议，使能Vlan信息在级联交换机上互联互通。各接入站点通过中心局的核心交换机接入内部网络。各变电站逐级级联通过中心站点汇聚后统一接入網络，并在调度中心配置一套e-Sight网管软件，来动态、实时的了解整网网络状况，方便调度管理人员对整个网络的运维和管理。垮配电室的线缆采用光纤转换成100M以太网，避免通信干扰。

2系统构架

自动抄表系统（如图1）能实现远程自动化抄表，集数据采集、远程通信、数据处理、数据统计和系统管理于一身，自动记录各用电设备的用电量并生成各种报表，自动抄表系统结合电力市场需求和电网商业化运营的要求，用计算机技术和方法，计算出生产效率、生产成本。这套系统包含以下内容：通信通道、主站应用软件、3层设备。通信通道包括电能表与采集终端之间采用RS-485通信通道；主站与采集终端之间采用以太网络（光纤）通信方式进行数据传输。而其中3层设备则包含：电能表、电能量采集终端、主站服务器。

2.1系统硬件平台构架

硬件平台构架包括：交换式双网或单网配置，采用物理防火墙、路由器或网关与其他自动化系统实现互联。硬件平台包括服务器端采用双服务器；前置机、工作站等客户端，采用PC Server、PC工作站；采集机柜采用网络交换机、GPS卫星钟等。

2.2系统软件平台构架

系统软件平台构架由4层结构组成：数据采集层、处理交换层、业务处理层、综合管理应用层。分别实现以下功能：

1）数据的采集。能够与接入的终端以既定的通信方式进行通信，以规定的通信规约解析数据，并对相应数据进行初步处理。

2）数据的处理与交换。这项功能由处理交换层完成，可以实现档案数据的存储、对现场运行数据的采集，对综合应用数据抽取存储，并且能够与调度自动化以及GIS等相关系统的接口交换数据。

3）关联业务的处理。能够完成厂站计量遥测、公变监测计量、负荷管理、低压抄表等业务子系统处理功能。

4）综合管理应用功能。这项功能由综合管理应用层来完成，它可以根据来自不同自动化子系统的数据来完成四分线损分析、需求侧管理决策分析，并且可以实现Web服务功能。

2.2.1历史数据库服务

电能信息采集与管理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

在软件系统设计过程中，为实现数据保持，我们在系统设计过程中加入实时数据库，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，这样就可以把相当部分对历史数据库的访问转为对实时数据库的访问，这也就等于把对硬盘等存储设备的读写操作转换为对内存的读写操作，很大程度地减少了历史数据服务器的访问压力，提高了系统访问的效率，增强了系统的可靠性和稳定性。

实时数据库技术在电力调度自动化系统中得到了普遍应用，它相当于是在实时数据库服务器节点上预留足够的内存，驻留系统经常访问的参数和实时数据供客户端访问。实时数据库服务通常采用的是客户服务器模式，他包含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，一般情况下我们会选择ODBC驱动程序，它能提供简单的标准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系统管理平台

系统管理平台是保持系统稳健运行的一个重要组件，它能完成对系统内各个网络节点的配置和状态监视。实现对各节点之间的数据信息交换。

该平台能实现以下功能：系统网络的配置监视、关键进程的守护、运行进程状态监视。监视的具体内容包括：网络服务器运行状态、进程名、进程运行状态、启动的用户、累计运行时间、上次通信时间等信息监视；在主机重启后或者关键进程/服务、资源出现异常时能够按照预定的守护规则相应的启动各个服务进程，从而有效地保证系统稳定运行。endprint

主从机互备机制：将多台前置节点两两分组，主从机互备的工作模式，当任一节点故障、或者非同组多节点故障发生时，均可保证系统正常运行。

2.2.4数据采集服务

主站数据的采集服务由前置机服务器的相关应用软件来完成，通过网络配置，与下级电能量采集终端建立网络通道。以IEC104规约来解析通道报文，完成数据的采集。在完成数据采集服务的同时，还可监视各个终端的通道状态，报文收发。

分布式前置机多组主备配置：采集服务器分布式主备/并列配置，进程由平台自动守护，故障后自动启动保证不间断运行。

2.2.5Web服务

通过Web服务器对数据来实现网络实时发布，常采用的Web服务器是Apache和Microsoft的Internet信息服务器（Internet Information Services，IIS）。可在线查看实时电度数据和报表中的电度。

3抄表系统的主要功能要求

3.1数据计量的同步性

系统数据计量的同步性主要是通过GPS时钟对时来实现。具体地，以该主站系统的GPS时钟为基准，对相应的电能表进行时钟同步。并且将其误差控制在秒级的范围内；在系统实施统一时标下的电能量进行分类累计。

3.2数据采集的一致性和完整性

系统所采集的电能量原始数据为电度表的表底值，这个数据必须和对应的电度表中的表底值保持完整一致。

电能量数据的具有累加和传递的特性，为保证任何情况下都不会发生电能表上的电能量原始数据丢失，除了确保在数据缓冲区填满前读取和存储数据外，还需要主站系统对电能表数据采集进行时标跟踪和及时追补；在数据传递和累积过程中，引入综合判据条件，并且采用保留原始副本等技术手段，以此来确保采集数据的完整性。

3.3系统的安全可靠性

该自动化系统一方面提供了可靠的权限安全机制，另一方面与涵盖了容错措施。它确保了系统操作、数据采集存取、系统管理配置的安全性。正常運行时，不论离线或是在线的操作都不会是的系统出现崩溃。特别是在线维护的过程中，它不会对正常工作的系统产生任何干扰。

该系统可以作为电力公司各项电能数据的计量和费用结算的重要依据，而系统安全稳定的运行为其提供的可靠的保障。因此，在系统设计过程中也必须要充分考虑到网络设备、系统PC服务器、以及其他主要设备的故障率指标参数。

4结论

该系统将以太网和电能量的采集有机的结合，使得电力调度自动化系统的功能变得更加完善。它替代了人工抄表，实现了电能表相关数据的远距离实时传输，提高了数据采集的准确性、及时性、同步性和完整性；对用电情况进行统计分析，有利于优化电能的传输布局；极大的节约了电力企业营运成本，也提高了企业的管理水平和效率。endprint