电力用户用电信息采集系统.ppt

36935-7a 主编2021/9/211第7章电力用户用电信息采集系统7.1系统方案7.2通信信道7.3公变监测系统7.4集中抄表系统2021/9/2127.1系统方案7.1.1对象分类及采集要求7.1.2预付费方式7.1.3系统总体架构7.1.4主站设备配置7.1.5主站部署模式2021/9/2137.1.1对象分类及采集要求1.电能表配置要求2.采集数据类别要求2021/9/2147.1.1对象分类及采集要求2021/9/2157.1.1对象分类及采集要求表7-1采集对象分类2021/9/2167.1.1对象分类及采集要求表7-1采集对象分类2021/9/2177.1.1对象分类及采集要求表7-1采集对象分类2021/9/2187.1.1对象分类及采集要求表7-1采集对象分类2021/9/2191.电能表配置要求2021/9/21101.电能表配置要求表7-2用户电能表配置要求2021/9/21111.电能表配置要求表7-2用户电能表配置要求2021/9/21122.采集数据类别要求2021/9/21132.采集数据类别要求表7-3采集数据类别要求2021/9/21142.采集数据类别要求表7-3采集数据类别要求2021/9/21157.1.2预付费方式1.主站2.终端3.电能表2021/9/21161.主站主站具备两种形式的预付费功能。第一种是主站实时采集用户当前用电量或每日采集用户日冻结电量，交给营销计费业务计算用户剩余电费，将当前剩余电费下发给终端或者电能表做信息指示，在剩余电费不足时下发跳闸指令停止电力供应，在用户续交电费后通过网络通信恢复供电。该方式对通信信道的可靠性和带宽要求较高，不太适合载波通信、230MHz等可靠性较低和带宽较窄的通信方式下的预付费控制。第二种是将用户交费信息发送到现场，通过网络通信传到终端或电能表，或者使用电卡传给电能表，由现场设备直接执行预付费用电控制。2021/9/21172.终端专变采集终端具有预付费管理功能，相应也有两种形式。第一种是执行主站下发的指令，显示用户当前剩余电费信息、执行停电跳闸命令。该方式对通信信道的可靠性要求较高但对带宽要求不高，不太适合载波通信等可靠性较低通信方式下的预付费控制，比较适用于专变用户的预付费控制。第二种是接收主站下发的用户交费信息，连续采集用户用电信息，计算当前剩余电费，电费不足时跳闸停电，接到主站的续交电费信息后复电。2021/9/21183.电能表1)电能表带读卡和储值功能。2)电能表通过网络获取储值。3)电能表执行网络指令。2021/9/21191)电能表带读卡和储值功能。用户必须通过售电窗口购电，电能表将电卡信息读入并存储，电能表连续计算用电并扣除电费，显示剩余电量/费，余额不足跳闸，续购电后复电。2021/9/21202)电能表通过网络获取储值。通过通信网络将用户交费信息下发到电能表，电能表储值，连续计算用电并扣除电费，显示剩余电量/费，余额不足跳闸，续购电后复电，免除用户到窗口购电，存在电费下发不及时的问题。2021/9/21213)电能表执行网络指令。2021/9/21223)电能表执行网络指令。表7-4预付费形式分类2021/9/21237.1.3系统总体架构1.系统逻辑架构2.系统物理架构2021/9/21241.系统逻辑架构图7-1系统逻辑架构2021/9/21252.系统物理架构图7-2系统物理架构2021/9/21267.1.4主站设备配置1.数据影响量评估2.主站规模的选择2021/9/21271.数据影响量评估接入主站系统的终端数量及其数据量是影响主站设计规模的一个重要因素，数据影响量的评估结果可作为主站规模选择与设计的一个主要依据。用电信息采集系统的终端类型有多种，各种类型的终端采集不同的电力用户用电信息，所采集的数据项、频度不一致，导致综合数据量不同，对主站的数据处理性能要求也不同，特别是居民用电信息采集，涉及的用户数很大，结构更为复杂。为了能够比较客观、合理地评估数据影响量，假定以一个低压居民用户作为数据影响量评估的基准，用户数据采集的标准为采集实时数据、日数据、月数据和曲线数据。每个低压台区集中器采集的数据量以一个低压台变带200个居民用户为准。2021/9/21282.主站规模的选择表7-5主站规模分类序号系统类别低压居民用户数/万户工作站并发数/个1小型系统2020以下2中小型系统204050以下3中型系统40100100以下4大中型系统100200200以下5大型系统200500400以下6超大型系统5001000700以下2021/9/21297.1.5主站部署模式1.部署模式2.主站全省集中部署模式3.主站省市两级分布部署模式2021/9/21301.部署模式主站部署模式分为集中部署和分布部署两种模式。2021/9/21312.主站全省集中部署模式(1)系统逻辑架构(2)系统物理架构2021/9/2132(1)系统逻辑架构图7-3集中部署模式系统逻辑架构2021/9/2133(2)系统物理架构图7-4集中部署模式系统物理架构2021/9/21343.主站省市两级分布部署模式(1)营销业务应用系统地市分布部署(2)营销业务应用系统全省集中部署2021/9/2135(1)营销业务应用系统地市分布部署1)系统逻辑架构。2)系统物理架构。2021/9/21361)系统逻辑架构。图7-5营销业务应用系统地市分布部署的两级系统逻辑架构2021/9/21372)系统物理架构。图7-6营销业务应用系统地市分布部署的两级系统物理架构2021/9/2138采集设备是指安装在现场的终端及计量设备，主要包括厂站采集终端、专变采集终端、公变采集终端、低压集抄终端以及电能表等。通信信道是指主站与现场终端的通信链路，主要包括光纤专网、GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网以及中压载波等。下级主站系统主要由数据服务器、应用服务器、WEB服务器、前置采集服务器、工作站以及相关的网络设备组成，通过各类通信信道，实现电能信息的自动采集、存储、处理，同时提供各类电能信息的管理及应用功能。2)系统物理架构。2021/9/2139(2)营销业务应用系统全省集中部署1)系统逻辑架构。2)系统物理架构。2021/9/21401)系统逻辑架构。图7-7营销业务应用系统全省集中部署的两级系统逻辑架构2021/9/21412)系统物理架构。图7-8营销业务应用系统集中部署的两级系统物理架构2021/9/2142采集设备是指安装在现场的终端及计量设备，主要包括厂站采集终端、专变采集终端、公变采集终端、低压集抄终端以及电能表等。通信信道是指主站与现场终端的通信链路，主要包括GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网、光纤专网以及中压载波等。下级主站系统主要由数据服务器、前置服务器、工作站以及相关的网络设备组成，通过各类通信信道，实现电能信息的自动采集、存储。2)系统物理架构。2021/9/21437.2通信信道远程通信网络完成主站系统和现场终端之间的数据通信功能，现场终端到主站的距离通常较远，在一到数百公里的范围。适用于用电信息采集系统的远程通信网络主要有光纤专网、GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网、中压载波这4种网络，主站可以同时支持各种通信信道。2021/9/21447.3公变监测系统7.3.1系统结构7.3.2系统功能7.3.3通信组网2021/9/21457.3公变监测系统1)对公用配电变压器的运行数据和设备状态进行在线监测，在过电压、过电流、油温超限、三相不平衡越限情况下及时报警，满足设备安全监测的要求。2)为公用配电变压器的负荷预测、电能质量管理(电压合格率及谐波监测)等业务提供必要的基础数据和分析依据。3)配合其他相关系统，如电网关口电能采集系统、负荷管理系统、中小用户电能采集系统、集中抄表系统等，为分电压、分区域、分线路、分台区线路损耗实时统计和分析提供准确可靠的数据支持。4)按照无功就地平衡的原则，计算投入或切除电容器组的数量，实现无功就地补偿。5)为供电企业进行中低压配电网络规划设计，如业扩报装、系统增容、变压器布点选择等提供依据。2021/9/21467.3.1系统结构1.系统主站2.通信信道3.采集设备2021/9/21477.3.1系统结构图7-9公用配电变压器监测系统的结构2021/9/21481.系统主站系统主站的主要作用是采集公用配电变压器监测的各种运行数据，进行数据综合处理，分析其运行状态，生成各种曲线、报表，实现综合监视和控制。硬件设备主要包括数据服务器、WEB服务器、通信前置机、工作站、磁盘阵列、交换机及防火墙等。各个电力企业由于系统规模、应用需求不同，其系统硬件配置略有不同，但应用的基本架构是一致的。服务器是主站的设备之一，不仅管理系统的运行，而且还保存系统所有的用户信息和运行数据。前置机用于规约转换，进行通信管理及终端管理，执行各种自动采集任务。工作站提供人机交互操作界面，用于数据的综合分析、处理与查询。系统通过交换机、防火墙等网络设备实现与供电企业其他相关系统(如配电生产管理系统)的互连或数据共享。2021/9/21492.通信信道通信信道是连接主站和终端的通信介质，实现主站与终端的数据传输。主站与终端的通信方式可以采用光纤专网、GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网、中压载波等。2021/9/21503.采集设备采集设备包含终端及电能表等。其中终端是系统的主要采集设备之一，终端负责采集和监测公用配电变压器的运行数据和状态；具有数据存储及处理功能，可完成各种异常事件记录、报警及上送功能；通过通信接口配置实现集中抄表系统数据的转发；根据公用配电变压器无功就地平衡的需求监测功率因数，控制无功补偿装置的投切，提高功率因数及电压质量。2021/9/21517.3.2系统功能1.数据采集2.状态监测及报警3.无功补偿4.综合查询5.统计分析2021/9/21521.数据采集数据采集包括采集公用配电变压器三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量、谐波、变压器油或进线接头温度及考核电能表的数据等。2021/9/21532.状态监测及报警系统具备电压越限、电流越限、功率因数越限、谐波超标、变压器油温越限、变压器过负荷、三相不平衡等异常状态监测功能。当终端监测到以上事件发生时，系统会及时记录并启动报警，便于及时发现隐患。2021/9/21543.无功补偿终端配合无功投切装置实现公用配电变压器的无功就地补偿功能。终端以无功、电压和功率因数的综合变化作为电容器组投切的主要判据，经算法运算向无功投切装置发出投切命令，控制电容器组的投切，实现无功功率就地平衡，改善用户功率因数和电能质量，降低配电网线路的损耗。2021/9/21554.综合查询系统具有运行数据综合查询功能，可查询每天三相电压、电流、功率等的最大值、最小值及出现时间，还可查询负荷率、电压偏差率、三相不平衡率、停电时间、供电可靠性、电容器的投切次数等。系统可按时间段等进行查询，查询结果可生成报表或曲线。2021/9/21565.统计分析1)线路损耗统计分析。2)供电可靠性分析。3)负荷、电量分析与预测。4)电能质量统计分析。5)其他参数统计分析。2021/9/21571)线路损耗统计分析。利用系统采集的电能数据，结合其他相关系统采集的关口、专用变压器用户、中小用户、低压用户电能数据，可以实现分电压、分区域、分线路、分台区线路损耗统计，并对配电网结构及其运行方式的经济性进行分析，进而采取有针对性的措施降低损耗。2021/9/21582)供电可靠性分析。发生停电或断相时，系统能自动记录停电或断相的起止时间，能统计累计时间及次数并报警，实现停电管理与可靠性分析。在此基础上，还可与配电网GIS等系统结合，实现配电网运行方式的管理与调度。2021/9/21593)负荷、电量分析与预测。系统采集公用配电变压器负荷、电量数据，结合其他相关系统采集的关口、专用变压器用户、中小用户、低压用户电能数据，可以进行负荷分析、电量分析、负荷率分析、负荷预测等。2021/9/21604)电能质量统计分析。可按照设定的允许电压上、下限值，统计电压合格时间、电压超上限时间、电压超下限时间，系统根据终端采集的数据实现电压合格率统计分析。2021/9/21615)其他参数统计分析。按设置的功率因数分段限值对监测点的功率因数进行统计分析，记录统计周期内功率因数越限值发生在各区段的累计时间，实现功率因数合格率统计分析。按设置的电压、电流谐波限值对监测点的电压谐波、电流谐波进行分析，记录分相219次谐波电压含有率及总畸变率日最大值及发生时间，实现谐波数据统计分析。2021/9/21627.3.3通信组网1.远程通信2.本地通信2021/9/21637.3.3通信组网图7-10通信接口配置2021/9/21641.远程通信1)移动公网。2)230MHz电台。3)光纤以太网。2021/9/21651)移动公网。利用GPRSCDMA1X/3G构建数据通信网络，使用技术成熟、价格便宜的通信模块嵌入到公用配电变压器监测终端，实现数据传输，无需自己建网和维护，是一种较理想的通信方式。目前，用电信息采集系统常采用虚拟专网进行数据传输。2021/9/21662)230MHz电台。它是负荷管理系统中采用的一种专网通信方式，优点是实时性和安全性较好，维护费用低；缺点是通信传输受地形影响较大，在丘陵或山区组网较复杂，在城市中易受建筑物阻挡，一次投资较高。2021/9/21673)光纤以太网。按照未来智能配电网的发展方向，所有终端及智能设备都要求配置以太网接口，以满足终端就地接入网络、数据随时交互的需求。光纤具有传输频带宽、通信容量大、抗电磁干扰能力强等优点。通过建设光纤环网的方式接入更多的终端是实现灵活组网、提高通信可靠性的重要措施。目前正试点采用EPON。2021/9/21682.本地通信本地通信是终端与电能表、交采模块、手持式设备或其他本地智能设备之间的数据传输。本地通信有RS-485接口、红外、微功率无线、RS-232接口、USB等通信方式，其中微功率无线是指使用433MHz/470MHz或2.4GHz频率且发射功率较小的无线射频通信，也称为小无线。2021/9/21697.4集中抄表系统7.4.1技术展望7.4.2系统结构7.4.3采集设备通信组网2021/9/21707.4.1技术展望1.国内抄表系统的应用现状2.抄表系统的发展方向2021/9/21711.国内抄表系统的应用现状最初的抄表方法是抄表员走家串户，读取现场表计的数据，并记录在抄表记录本上，由此生成用户缴费所需的账单。在采用集中抄表技术后，抄表自动化程度大大提高。集中抄表技术的应用不仅能节约电力公司人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性和同时性。2021/9/21722.抄表系统的发展方向1)通信的冗余化。2)GIS技术的应用。3)网上缴费。4)网上查询及购电。2021/9/21731)通信的冗余化。未来的抄表系统远程及本地通信应具备独立的双信道，如EPON与GPRS互为备用、本地无线微功率和低压电力线载波互为备用，当某一条信道出现故障状况时，不会对通信系统造成影响。2021/9/21742)GIS技术的应用。通过配电网GIS的应用，可在配电网地图上快速定位用户，并查询低压用户的用电及缴费信息，便于及时掌握用户的用电状况，提高电力公司的用户服务水平。2021/9/21753)网上缴费。电力公司抄表系统采集的用户电能数据送到营销缴费系统生成用户缴费信息，该信息经专用加密网络传送给银行用户电费支付系统，可实现用户电费自动缴付功能。2021/9/21764)网上查询及购电。户既可以利用因特网查询自己的电费明细及缴费情况，也可以利用网上支付工具完成网上购电。2021/9/21777.4.2系统结构1.系统主站2.集中器3.采集器4.手持抄表器5.电能表6.通信信道7.本地信道2021/9/21787.4.2系统结构图7-11集中抄表系统的基本结构2021/9/21791.系统主站系统主站的主要作用是接收集中器传送的电能表电能信息，并对各个用户的电能表数据进行存储、分类、统计及计费。通过主站操作，工作人员可以获取所需要的各种数据和信息。2021/9/21802.集中器集中器负责收集采集器或载波电能表的数据，并进行存储和处理，同时可将收集和处理的数据传送给主站。2021/9/21813.采集器采集器用于采集多个用户电能表的电能量信息，并将数据传送给集中器或主站。采集器配上GPRS模块或以太网接口，可直接与主站通信。2021/9/21824.手持抄表器手持抄表器用于对现场的采集器或集中器进行参数设置及现场数据的抄收。由于通信距离较近，通信可采用微功率无线或红外线方式。返回主站后可通过数据线将现场设置的参数和抄读的客户电能表数据导入抄表主站的数据库。2021/9/21835.电能表通信信道是集中器与主站之间进行数据传输的通道，通信方式采用光纤专网、GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网、中压载波等。2021/9/21846.通信信道通信信道是集中器与主站之间进行数据传输的通道，通信方式采用光纤专网、GPRS/CDMA1X/3G无线公网、230MHz无线专网、中压载波等。2021/9/21857.本地信道采集设备中各设备间的通信信道称为本地信道。本地信道是集中器与采集器或用户电能计量装置之间的数据传输信道，通常采用低压电力线载波、RS-485总线及微功率无线等通信方式。本地信道通信方式也包含手持抄表器与各采集设备间的微功率无线或红外通信。2021/9/21867.4.3采集设备通信组网1.RS-485总线通信2.低压电力线载波通信3.微功率无线通信4.红外通信5.网络通信2021/9/21871.RS-485总线通信图7-12RS-485总线通信组网2021/9/21882.低压电力线载波通信图7-13低压电力线载波通信组网2021/9/21893.微功率无线通信微功率无线通信的特点是功耗低、组网灵活、便于移动、适合嵌入式安装，可方便地嵌入到抄表设备及电能表中；缺点是传输距离较短，信号易受障碍物阻挡。微功率无线通信组网如图7-14所示。该通信方式适用于电能表位置集中、用电负荷特性变化较大的台区，如城市居民小区、电能表集中的农村等。2021/9/21904.红外通信红外通信的特点是技术成熟、易于实现，近距离(68m)传输，易受物体阻挡。该通信方式适用于手持抄表器在本地对集中器和采集器进行参数设置及数据抄收。2021/9/21915.网络通信图7-14微功率无线通信组网2021/9/21925.网络通信图7-15网络通信组网2021/9/2193