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電能信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中的相關(guān)技術(shù)問題分析
摘要：經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，使得社會(huì)生產(chǎn)生活以及人們對(duì)電力的需求逐漸增長(zhǎng)，而當(dāng)前我國(guó)社會(huì)比較有限的電力資源與持續(xù)增長(zhǎng)的需求形成了難以調(diào)和的矛盾。為了應(yīng)對(duì)這些問題與挑戰(zhàn)，電力公司在持續(xù)擴(kuò)大發(fā)電容量的同時(shí)，還需要不斷加強(qiáng)智能化電網(wǎng)的建設(shè)與優(yōu)化自身的營(yíng)銷管理，而在這一過程中便涉及到電能信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工作。在新形勢(shì)下，電能信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)需要在傳統(tǒng)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大采集對(duì)象，努力實(shí)現(xiàn)對(duì)中小電力用戶及居民用電信息的全覆蓋采集，從而加強(qiáng)對(duì)用電力應(yīng)用的監(jiān)控管理。眾所周知，電能信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)(電能采監(jiān)系統(tǒng))的建設(shè)需要相關(guān)技術(shù)的支持。對(duì)此，文章在闡述電能采監(jiān)相關(guān)技術(shù)重要作用的基礎(chǔ)上，闡述了幾種主要的技術(shù)，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。
關(guān)鍵詞：電能信息采集與監(jiān)控 問題研究 相關(guān)技術(shù)
當(dāng)前，資源配置中市場(chǎng)越來越起到?jīng)Q定性的作用，特別是隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)改革持續(xù)推向深入，電力市場(chǎng)的改革也勢(shì)在必行且迫在眉睫。而電能信息的采集與監(jiān)控的主要工作已經(jīng)從傳統(tǒng)的符合控制轉(zhuǎn)成為用電服務(wù)，并因此拓展了電能數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程抄表、計(jì)量異常監(jiān)測(cè)等功能。電能采監(jiān)中的相關(guān)技術(shù)能夠幫助企業(yè)更好的收集各種信息，從而使管理人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)企業(yè)用電服務(wù)中存在的多種問題，并給予及時(shí)處理解決。具體而言，電能采監(jiān)中的多種技術(shù)包括電能計(jì)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)等多種，是電能采監(jiān)系統(tǒng)建設(shè)中不可缺少的關(guān)鍵核心技術(shù)。
一、相關(guān)技術(shù)在電能采監(jiān)系統(tǒng)建設(shè)中的重要作用
1.1 電能采監(jiān)相關(guān)技術(shù)可提高用戶信息采集的及時(shí)性
與傳統(tǒng)的采集技術(shù)相比，新型的電能采集技術(shù)更為先進(jìn)，其在15分鐘內(nèi)便可對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)所用用戶的信息進(jìn)行采集并準(zhǔn)確計(jì)算費(fèi)用。對(duì)于用電量大，用電管理復(fù)雜的大型用電場(chǎng)所來說，定期實(shí)時(shí)對(duì)其用電信息進(jìn)行采集，對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)處理并自動(dòng)生成圖表，能夠確保供電企業(yè)管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些場(chǎng)所用電過程中存在的問題，從而提前預(yù)警，確保能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行及時(shí)檢修，避免用電事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
1.2 可集中監(jiān)控我國(guó)電力負(fù)荷
對(duì)電力負(fù)荷的進(jìn)行監(jiān)控能夠避免因電網(wǎng)中設(shè)備功率突然增大而導(dǎo)致的電壓升高，電線斷裂的問題，進(jìn)而避免用電安全事故的發(fā)生。同時(shí)，采用先關(guān)技術(shù)能夠使供電管理部門針對(duì)建筑工地、商場(chǎng)等用電大戶的實(shí)際情況靈活調(diào)整用電策略，既能保證這些用電大戶的正常用電，又能避免功率突然增大而導(dǎo)致的斷電事故發(fā)生，最終提高了電力系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。
1.3 提高供電管理部門的服務(wù)水平
采用相關(guān)技術(shù)能夠確保供電管理部門及時(shí)收集用戶的各種信息，從而及時(shí)了解用戶對(duì)供電的具體需求，并給予提前處理與解決，這樣便能避免供電企業(yè)與用戶之間出現(xiàn)矛盾。而且相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能保證管理部門在面對(duì)用戶咨詢或質(zhì)疑時(shí)能夠給出令用戶滿意的答復(fù)，進(jìn)而也提高了部門的用電信息服務(wù)水平。
1.4 提高社會(huì)效益
電能采監(jiān)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用使傳統(tǒng)的由抄表員上門抄表收集信息的狀況一去不返，使得供電管理部門不必再支出大量的工作人員雇傭費(fèi)用，供電管理部門的運(yùn)行成本明顯下降，并且信息收集的效率還得到顯著提高，一去一來便使得部門的經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高，進(jìn)而也促使我國(guó)社會(huì)效益得到提高。
二、當(dāng)前電能采監(jiān)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)概述
對(duì)于電能采監(jiān)系統(tǒng)建設(shè)中的相關(guān)技術(shù)，我們需要了解其常用關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)模型以及網(wǎng)絡(luò)模型。具體如下：
2.1 關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)
采集系統(tǒng)主站是采集系統(tǒng)的指揮中心及數(shù)據(jù)收集處理中心。采集信息通道，主要保證主站、終端、電能表等之間的通信連接。采集系統(tǒng)終端，在主站監(jiān)控下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理、傳輸?shù)热蝿?wù)，同時(shí)還執(zhí)行主站下達(dá)的其他指令。采集器多分為單表采集器與奪標(biāo)采集器，在完成電表電量統(tǒng)計(jì)采集的基礎(chǔ)上，還可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端內(nèi)。
2.2 信息通道技術(shù)
第一，GPRS技術(shù)。該技術(shù)是一種新型的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，并且已經(jīng)在電能采監(jiān)系統(tǒng)中得到較為廣泛的應(yīng)用。通常來說，GPRS技術(shù)具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信、用戶快速登錄、實(shí)時(shí)測(cè)量接入在線遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)、按流量計(jì)費(fèi)及高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。
第二，光纖通信技術(shù)。光纖通信技術(shù)是電力通信技術(shù)中較為重要的構(gòu)成，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖通信技術(shù)已經(jīng)在絕大多數(shù)電網(wǎng)系統(tǒng)中取代了微波通信。光纖通信具有信道不擁擠、信號(hào)不易受干擾、安全性高、質(zhì)量輕體積小、傳輸距離長(zhǎng)、傳輸損耗低等多個(gè)特點(diǎn)，因而在電能采監(jiān)系統(tǒng)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。
第三，電力線通信技術(shù)。該技術(shù)又被稱為電力線載波技術(shù)，是指利用電力線傳輸信息，從而實(shí)現(xiàn)通信。一般來說，電力線載波技術(shù)可通過窄道通信、多載波調(diào)制、超窄道通信以及擴(kuò)頻通信等方式實(shí)現(xiàn)信息傳輸。該技術(shù)具有工程量小、通信成本低、可靠性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。
第四，電話網(wǎng)通信技術(shù)。該技術(shù)以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)通信，具有傳輸費(fèi)用低的特點(diǎn)。
2.3 數(shù)據(jù)模型
電能采監(jiān)系統(tǒng)中的電能表、采集點(diǎn)與采集單元是其數(shù)據(jù)模型中的重要組成部分。電能表示數(shù)據(jù)采集中最小的單元，而采集點(diǎn)類似于用戶，是供電管理中的最小電源，其與電能表的關(guān)系是：一個(gè)采集點(diǎn)上可以安裝多塊電能表或有關(guān)傳感器。相比于以上兩者，采集單元又處在一個(gè)比較高的層次上，其可以由一個(gè)或多個(gè)采集點(diǎn)組成而成，通過采集點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)對(duì)電能量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而為系統(tǒng)的下一步分析提供源數(shù)據(jù)。
2.4 網(wǎng)絡(luò)模型
電能采監(jiān)系統(tǒng)的常用的網(wǎng)絡(luò)模型包括集中式、總線式、分布式以及中心局域網(wǎng)等結(jié)構(gòu)。
三、基于相關(guān)技術(shù)的電能采集與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析
筆者結(jié)合湖南省電力公司的實(shí)際案例，對(duì)其電能采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以具體了解以上相關(guān)技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用。
3.1 電能采監(jiān)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該公司采用的整體結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)為5個(gè)層次，分別為：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、終端設(shè)備層、實(shí)時(shí)系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)庫(kù)層以及管理系統(tǒng)層，并且各個(gè)層次之間均通過相關(guān)信息通道進(jìn)行連接。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：該層次的主要功能是收集用電現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)，并根據(jù)質(zhì)量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備進(jìn)行管理控制。這里所說的設(shè)備主要包括三項(xiàng)電度表、防竊電設(shè)備，此兩項(xiàng)設(shè)備通過485總線與上層設(shè)備進(jìn)行連接。另外，還包括配變監(jiān)測(cè)終端。
終端設(shè)備層：該層次的主要功能是完成系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)層次或結(jié)構(gòu)之間的通信功能與信道管理功能。常見的終端設(shè)備包括：專變監(jiān)測(cè)終端、公變抄表終端、關(guān)口表電能量采集終端、大用戶負(fù)荷管理終端。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)層：該層次主要功能是實(shí)時(shí)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而為后續(xù)各種系統(tǒng)分析提供參考。其包含的設(shè)備有：前置機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、子系統(tǒng)管理工作站。
數(shù)據(jù)庫(kù)層：該層次的目的是存儲(chǔ)各終端采集的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，按照實(shí)時(shí)、歷史、用戶檔案以及設(shè)備靜態(tài)數(shù)據(jù)等將全部數(shù)據(jù)分為四個(gè)主要部分。
管理系統(tǒng)層：該層次的主要功能是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理，并對(duì)用戶各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)還能根據(jù)分析結(jié)果下達(dá)相應(yīng)的指令。
該公司所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)接入方案為：建設(shè)統(tǒng)一的包含數(shù)據(jù)庫(kù)的用電信息采集主站系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)所有終端數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯集以及加工和存儲(chǔ)。營(yíng)銷系統(tǒng)統(tǒng)一維護(hù)采集點(diǎn)、終端、表計(jì)信息，并將其復(fù)制到用電信息采集主站數(shù)據(jù)庫(kù)中，由主站系統(tǒng)直接使用，避免了對(duì)同類信息的單獨(dú)維護(hù)。另外，用電信息采集主站中的從現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)營(yíng)銷中間庫(kù)至營(yíng)銷系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一編碼管理。
3.2 電能采監(jiān)系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)計(jì)
3.2.1 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)
第一，終端通信方式。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用的終端通信方式主要有GPRS、CDMA以及PSTN等三種。前兩中通信方式需在得到相關(guān)單位批準(zhǔn)后假設(shè)專線，并且需使用路由器及防火墻設(shè)備。后一種通信方式需要配置相應(yīng)電話線路、串口通信服務(wù)器、電話Modem池以及機(jī)架式工業(yè)撥號(hào)Modem池。
第二，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架模型。本網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要有物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。
第三，實(shí)力主站連接參數(shù)。該公司采用的重點(diǎn)連接參數(shù)為：
移動(dòng) IP： 10.223.31.188，端口： 4000， APN： csddl.hn，心跳：3～5分鐘
聯(lián)通 IP： 10.223.31.188，端口： 4000， APN： dlcb.hn，心跳：3～5分鐘
其內(nèi)部局域網(wǎng)的連接參數(shù)為：IP： 10.223.29.25，端口： 9006
3.2.2 主機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的主機(jī)包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、前置機(jī)服務(wù)器、WEB查詢服務(wù)器和工作站四個(gè)部分。
3.2.3 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)
第一，操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)所選用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為windows 系統(tǒng)，主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)與同類系統(tǒng)相比價(jià)格低，且具有安全性好、兼容性高、可移植性與可靠性好、能夠支持因特網(wǎng)、全面而方便等多種特點(diǎn)。
第二，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。本公司需用到的數(shù)據(jù)庫(kù)有盟市營(yíng)銷數(shù)據(jù)庫(kù)、集團(tuán)公司運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)、電費(fèi)核算數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等五個(gè)。為確保以上數(shù)據(jù)庫(kù)的正常使用，公司采用了Oracle10g數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
第三，中間件設(shè)計(jì)。該公司數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)的三層體系結(jié)構(gòu)。對(duì)此為滿足用戶使用及數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的正常運(yùn)行，該公司選用了TOMCAT5.5為中間件技術(shù)。
3.3 設(shè)計(jì)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能
本公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了一下幾種功能：
3.3.1 防病毒功能
為了預(yù)防網(wǎng)絡(luò)病毒通過磁盤、網(wǎng)絡(luò)、電郵等對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)造成破壞，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到了防病毒功能。主要策略有：建立嚴(yán)格的防病毒規(guī)章制度，規(guī)范系統(tǒng)使用機(jī)制，加強(qiáng)安全備份管理，從而從管理上預(yù)防病毒。同時(shí)，在系統(tǒng)中還安裝了必要的防毒軟件，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)防病毒入侵。
3.3.2 數(shù)據(jù)備份與保存
為保證數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)，系統(tǒng)使用了兩臺(tái)共享磁盤陣列系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，以確保一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)能夠代替工作，避免數(shù)據(jù)遭到破壞與丟失。另外，在數(shù)據(jù)備份與保存方面還采用了磁帶機(jī)備份、光刻機(jī)備份以及日備份等措施。
3.3.3 操作權(quán)限功能
為了提高系統(tǒng)的安全性，防止濫用系統(tǒng)、惡意登錄等情況的出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行的規(guī)定。每一個(gè)模塊、每一項(xiàng)業(yè)務(wù)的使用與操作都需要一定的權(quán)限，非權(quán)限內(nèi)的操作人員不被允許使用與操作。同時(shí)，操作員在進(jìn)行操作前要使用賬號(hào)與密碼，賬號(hào)密碼有誤則禁止登錄或操作。
3.3.4 系統(tǒng)出錯(cuò)處理
為確保系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤指令，還進(jìn)行了系統(tǒng)出錯(cuò)處理功能的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向用戶進(jìn)行提醒，并且自動(dòng)取消錯(cuò)誤的操作。若系統(tǒng)內(nèi)部出錯(cuò)，該功能又能夠最帶限度的保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性與安全性，并對(duì)出錯(cuò)的時(shí)間與原因進(jìn)行記錄以供復(fù)查。
另外，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)維護(hù)、用戶身份識(shí)別與授權(quán)以及提供線損分析數(shù)據(jù)等多種功能，從而全方位的確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
四、結(jié)語(yǔ)
本文就對(duì)電能信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行研究討論，介紹了電能采監(jiān)系統(tǒng)對(duì)于電力行業(yè)的重要意義和作用，分析了常用的相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例對(duì)電能采監(jiān)系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)中各技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。相信通過相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用不僅能提高電能采監(jiān)系統(tǒng)的運(yùn)行水平，而且能給供電企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益�？梢�， 該系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)值得我們進(jìn)行更為深入的研究與探討。
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