電力負荷管理系統中前置系統的分析與設計

1 引言

前置系統是電力負荷管理系統的前端，是連接采集終端與主站服務(wù)器的紐帶，擔任著(zhù)上傳下達的重要角色，主要負責整個(gè)系統所需數據的采集工作。由于負荷管理系統直接管理著(zhù)用戶(hù)動(dòng)力且具有終端數量多，分布廣，數據類(lèi)型多樣， 終端數量增長(cháng)快等特點(diǎn)，所以對前置數據采集系統可靠性，可維護性，可擴充性提出很高的要求。

2 負荷管理系統中數據采集的特點(diǎn)

電力負荷管理主要是面向用戶(hù)側的管理，而電力用戶(hù)又具有種類(lèi)、數量繁多，地域分散的特點(diǎn)，這就決定了電力負荷管理系統數據采集具有以下特點(diǎn)：

(1) 系統需要采集的終端數量非常大。目前，一般大型城市500KVA以上的大用戶(hù)就有千戶(hù)以上，中小型城市也有500戶(hù)左右，如果考慮到100KVA以上的用戶(hù)及其自然增長(cháng),公用配變臺區的接入,躉售縣的接管,以及一個(gè)用戶(hù)存在多回路，多變壓器，多表計量的情況,即使作為中小型規模的城市,未來(lái)5年內系統需要接入的終端數量都會(huì )超過(guò)5000臺的水平。

(2) 采集器安裝的地理位置復雜。系統終端自然分布在城市的每個(gè)角落,安裝點(diǎn)位置有室內(地下室、配電房)、室外、電線(xiàn)桿上、變壓器旁等，同時(shí)包括溫度、濕度、電氣干擾等環(huán)境影響也各不相同,這都給系統的數據采集帶來(lái)了很大的影響。

(3) 系統需采集的數據類(lèi)型多樣。一般按數據性質(zhì)分有電量(含分時(shí),有無(wú)功,個(gè)別存在正反向、凍結值)、瞬時(shí)值(電流、電壓、功率、功率因數等)、統計量(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(shí)數據(甚至更小間隔數據)、日數據和月數據。

(4) 盡管每個(gè)終端的數據采集量不多,但作為整個(gè)系統卻需要在1~2小時(shí)內對所有采集終端完成一次輪詢(xún)，為在高峰時(shí)間實(shí)時(shí)監測負荷變化情況,還需要15分鐘進(jìn)行1次全系統的功率總加,對系統的實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。

3 前置機系統需滿(mǎn)足的要求

電力負荷管理系統將管轄范圍內的各電力用戶(hù)的實(shí)時(shí)用電信息,全面、準確、可靠地通過(guò)遠動(dòng)設備采集,經(jīng)電力系統專(zhuān)用通道傳遞至管理主站系統。管理主站系統對采集來(lái)的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行加工處理,為電網(wǎng)調度人員提供各種功能和應用同時(shí)為電力用戶(hù)提供用電信息，進(jìn)行用電指導。前置機系統是主站系統的重要子系統,是各廠(chǎng)(站)遠動(dòng)信息進(jìn)入主站系統的把門(mén)關(guān),或者說(shuō)是用戶(hù)負荷實(shí)時(shí)信息進(jìn)入主站系統的咽喉,也是信息交換的瓶頸。為此,前置機系統的功能與作用至關(guān)重要。若這一功能失效,或運行不穩定、不可靠,整個(gè)系統就會(huì )成為無(wú)源之水。所以對前置系統提出了以下要求：

(1) 可靠性。整個(gè)系統要考慮冗余配置，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(shí)保證數據的可靠傳輸。 同時(shí)還要實(shí)時(shí)監視設備運行狀況及時(shí)發(fā)現故障所在，并實(shí)現自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)縫切換，防止數據丟失。

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

(3) 可維護性。系統要能實(shí)時(shí)監控各設備，各通道的運行狀況并能顯示出來(lái)供維護人員參考。能自動(dòng)的對設備性能進(jìn)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(jìn)行數據的傳輸。能實(shí)現設備的手動(dòng)切換

(4) 實(shí)時(shí)性。負荷管理系統雖然對數據的即時(shí)性并沒(méi)有很高的要求，但由于其終端數量多，由于資源的限制，其輪詢(xún)所有終端所需時(shí)間就相對較長(cháng)，這樣就很難滿(mǎn)足實(shí)際需要。隨著(zhù)用戶(hù)數量的不斷增長(cháng)，傳統的主備運行方式無(wú)法滿(mǎn)足要求，必須采用一種新的運行模式將任務(wù)分散到幾臺前置機去共同完成。

4 傳統的前置系統運行模式

為了提高數據通信的可靠性,傳統上，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(lái)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(dòng)轉入值班狀態(tài)。對于雙前置機、雙通道系統其傳統運行切換方式有以下三種。

方式一：主備運行方式硬交叉。

系統運行正常時(shí)值班機A接收主通道a1上行報文，同時(shí)轉發(fā)來(lái)自主站服務(wù)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(shí)，值班主機控制通道切換裝置動(dòng)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(shí)， B機自舉成為值班主機，控制通道切換裝置動(dòng)作，B機與主通道a2通信，進(jìn)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(diǎn)是前置機處理的數據量相對較少。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(shí)對兩個(gè)通道的運行狀況進(jìn)行監視。缺點(diǎn)是切換過(guò)程較繁鎖。

方式二：主備運行方式硬切換

系統運行正常時(shí)值班機A和備機B均接收主通道a1上行報文，同時(shí)值班機A通過(guò)主通道a1轉發(fā)來(lái)自主站服務(wù)器的下行報文。當通道a1故障時(shí)，切換裝置動(dòng)作，備通道a2成為主通道與兩臺前置機通信，此時(shí)主備前置機均接收主通道a2上行報文。當值班機A故障時(shí)，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(diǎn)是前置機處理的數據量相對較少，資源耗費較少，切換過(guò)程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現。缺點(diǎn)是前置機只接收一個(gè)通道的上傳數據，若通道故障時(shí)，會(huì )導致部分報文丟失。

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