電力負荷管理系統(tǒng)中前置系統(tǒng)的分析與設計

1 引言

前置系統(tǒng)是電力負荷管理系統(tǒng)的前端，是連接采集終端與主站服務器的紐帶，擔任著上傳下達的重要角色，主要負責整個系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)的采集工作。由于負荷管理系統(tǒng)直接管理著用戶動力且具有終端數(shù)量多，分布廣，數(shù)據(jù)類型多樣， 終端數(shù)量增長快等特點，所以對前置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠性，可維護性，可擴充性提出很高的要求。

2 負荷管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的特點

電力負荷管理主要是面向用戶側(cè)的管理，而電力用戶又具有種類、數(shù)量繁多，地域分散的特點，這就決定了電力負荷管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集具有以下特點：

(1) 系統(tǒng)需要采集的終端數(shù)量非常大。目前，一般大型城市500KVA以上的大用戶就有千戶以上，中小型城市也有500戶左右，如果考慮到100KVA以上的用戶及其自然增長,公用配變臺區(qū)的接入,躉售縣的接管,以及一個用戶存在多回路，多變壓器，多表計量的情況,即使作為中小型規(guī)模的城市,未來5年內(nèi)系統(tǒng)需要接入的終端數(shù)量都會超過5000臺的水平。

(2) 采集器安裝的地理位置復雜。系統(tǒng)終端自然分布在城市的每個角落,安裝點位置有室內(nèi)(地下室、配電房)、室外、電線桿上、變壓器旁等，同時包括溫度、濕度、電氣干擾等環(huán)境影響也各不相同,這都給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集帶來了很大的影響。

(3) 系統(tǒng)需采集的數(shù)據(jù)類型多樣。一般按數(shù)據(jù)性質(zhì)分有電量(含分時,有無功,個別存在正反向、凍結(jié)值)、瞬時值(電流、電壓、功率、功率因數(shù)等)、統(tǒng)計量(電壓合格率、不平衡率等)、報警事件等,按采集周期和應用需要有小時數(shù)據(jù)(甚至更小間隔數(shù)據(jù))、日數(shù)據(jù)和月數(shù)據(jù)。

(4) 盡管每個終端的數(shù)據(jù)采集量不多,但作為整個系統(tǒng)卻需要在1~2小時內(nèi)對所有采集終端完成一次輪詢，為在高峰時間實時監(jiān)測負荷變化情況,還需要15分鐘進行1次全系統(tǒng)的功率總加,對系統(tǒng)的實時性提出了很高的要求。

3 前置機系統(tǒng)需滿足的要求

電力負荷管理系統(tǒng)將管轄范圍內(nèi)的各電力用戶的實時用電信息,全面、準確、可靠地通過遠動設備采集,經(jīng)電力系統(tǒng)專用通道傳遞至管理主站系統(tǒng)。管理主站系統(tǒng)對采集來的實時信息進行加工處理,為電網(wǎng)調(diào)度人員提供各種功能和應用同時為電力用戶提供用電信息，進行用電指導。前置機系統(tǒng)是主站系統(tǒng)的重要子系統(tǒng),是各廠(站)遠動信息進入主站系統(tǒng)的把門關(guān),或者說是用戶負荷實時信息進入主站系統(tǒng)的咽喉,也是信息交換的瓶頸。為此,前置機系統(tǒng)的功能與作用至關(guān)重要。若這一功能失效,或運行不穩(wěn)定、不可靠,整個系統(tǒng)就會成為無源之水。所以對前置系統(tǒng)提出了以下要求：

(1) 可靠性。整個系統(tǒng)要考慮冗余配置，不論是傳輸通道，還是通信接收設備以及前置機均要考慮預留一定的資源做為備用，當某些設備故障時保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。 同時還要實時監(jiān)視設備運行狀況及時發(fā)現(xiàn)故障所在，并實現(xiàn)自動/手動無縫切換，防止數(shù)據(jù)丟失。

(2) 可擴充性。當前，電力用戶的增長速度之快給負荷管理系統(tǒng)的擴充性提出的更高的要求。除了在硬件配置安裝時要考慮一定的擴充能力，在軟件設計時更要考慮實現(xiàn)采集設備的靈活添加，保證當輪詢的終端設備增多時數(shù)據(jù)采集的速度和質(zhì)量。

(3) 可維護性。系統(tǒng)要能實時監(jiān)控各設備，各通道的運行狀況并能顯示出來供維護人員參考。能自動的對設備性能進行比較選擇最佳負載分配方案，保證設備資源的充分利用，選擇性能最優(yōu)通道進行數(shù)據(jù)的傳輸。能實現(xiàn)設備的手動切換

(4) 實時性。負荷管理系統(tǒng)雖然對數(shù)據(jù)的即時性并沒有很高的要求，但由于其終端數(shù)量多，由于資源的限制，其輪詢所有終端所需時間就相對較長，這樣就很難滿足實際需要。隨著用戶數(shù)量的不斷增長，傳統(tǒng)的主備運行方式無法滿足要求，必須采用一種新的運行模式將任務分散到幾臺前置機去共同完成。

4 傳統(tǒng)的前置系統(tǒng)運行模式

為了提高數(shù)據(jù)通信的可靠性,傳統(tǒng)上，采用雙前置機互為備用,采取整機切換方式。在正常情況下,所有來自RTU的信息都經(jīng)值班前置機處理后發(fā)送至后臺,當值班前置機發(fā)生故障后,備用機就自動轉(zhuǎn)入值班狀態(tài)。對于雙前置機、雙通道系統(tǒng)其傳統(tǒng)運行切換方式有以下三種。

方式一：主備運行方式硬交叉。

系統(tǒng)運行正常時值班機A接收主通道a1上行報文，同時轉(zhuǎn)發(fā)來自主站服務器的下行報文，備機B接收備通道a2上行報文，截斷下行報文的傳輸。當通道a1故障時，值班主機控制通道切換裝置動作，備通道a2成為主通道與值班機通信，備機B與通道a1 連接，接收通道a1傳輸報文(a1成為備通道)。當值班機A故障時， B機自舉成為值班主機，控制通道切換裝置動作，B機與主通道a2通信，進行上下行報文的傳輸，A機成為備機只接收備通道a1上行報文，截斷下行報文的傳輸。(切換示意圖如圖1所示)

圖1 主備運行硬交叉示意圖

這種切換方式的優(yōu)點是前置機處理的數(shù)據(jù)量相對較少。始終保持值班機接主通道，備機接備用通道，連接方式清晰，可以同時對兩個通道的運行狀況進行監(jiān)視。缺點是切換過程較繁鎖。

方式二：主備運行方式硬切換

系統(tǒng)運行正常時值班機A和備機B均接收主通道a1上行報文，同時值班機A通過主通道a1轉(zhuǎn)發(fā)來自主站服務器的下行報文。當通道a1故障時，切換裝置動作，備通道a2成為主通道與兩臺前置機通信，此時主備前置機均接收主通道a2上行報文。當值班機A故障時，B機自舉成為值班主機，與主通道a2通信。A機成為備機只接收主通道a2上行報文，截斷下行報文的傳輸(切換示意圖如圖2所示)。

這種切換方式的優(yōu)點是前置機處理的數(shù)據(jù)量相對較少，資源耗費較少，切換過程簡單，易于實現(xiàn)。缺點是前置機只接收一個通道的上傳數(shù)據(jù)，若通道故障時，會導致部分報文丟失。

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