多层电力监控管理系统的设计与实现.pdf

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1、X 9 5 2,q 3 6橇旦大学学校代码：1 0 2 4 6学号：0 3 3 0 5 3 巧9硕士学位论文(专业学位)多层电力监控管理系统的设计与实瑰院系(所)：墼堡竺堕专业：软件工程姓名：潘庚带指导毅师：张睿完成日期：2 0 0 5 年1 0 月1 0 日多层哇三力嗡扎管竹。系镜的站L r 与支现中x 摘要中文摘要电力监控管理系统是一个以计算机检洲与控制技术为主，网络通讯手段为辅，依据电力控制指标为指导思想，对电力基础最施、电网运作状况、进行动态检测、数据采集、分析处理、实时控制、综合查询、辅助决策的信息管理系统。从而实现了电业管理部门与用电企业的联动信息化管理，在电力用户与电力管理之间架

2、起了沟通的桥梁。随着电力需求的快速发展，城市电网容量的扩大使其结构愈加复杂，实时监控、调控的自动化显得尤为重要。而在电力调度自动化过程中，用户电力参数的测量是最基本的功能，因此如何快速、准确地采集、并稳定汇集各种电力参数，是长期以来各级电力管理机构及广大企业甚为关注的问题。当今信息技术迅猛发展，通讯网络分布日趋广泛。使城市内独立且分散的企业变电站与电力调度中心系统联网，实现信息的互动是一个必然的趋势。对于已经具有一定基础网络的城市电力领域，无线网络产品可作为有线的补充，弥补有线网络的不足，覆盖有线不能覆盖的盲点。同时无线网络产品因其施工维护简单、费用低，也是有线网络的最佳备份。本文提出了电力实

3、时监控与电力管理领域的多层网络分布结构的实施方案及其具体应用，其典型的第二、第三层应用曾在铜陵冶炼厂等大中型企业得到了较好的实现。由作者主持研发的D D J V 电力监控系统曾在上海市第二届科技博览会荣获金奖。文章所研究的电力监控管理系统由三层计算机设备、传感器及通信网络组成，可以为电管部门及各企业准确、实时地反映用电状况，长期保存历史数据，并取代了以往抄表功能的监控设备。为电网的安全运行，生产设备的稳定工作，用电能耗的经济考核，能源整体调度提供了良好的平台。关键词多层网络分布，数据采集，实时监控兰竺里塑堕堡笪竺至竺堕竺!：!墨堡茎圣塑墨A B S T R A C TP o w e rm o

4、n i t o rm a n a g e m e n ts y s t e mi Sak i n do fi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m，w h i c hm a i n l ye m p l o y st h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e rt e s t l n ga n dc o n t r o la n di Ss u p p o r t e db yn e t w o r kt e l e c o m m u n i c a t i o n，w h i l ee x e

5、 c u t i n gd y n a m i c a l l yt e s t i n g，d a t ac o l l e c t i n g，d a t aa n a l y z i n g，r e a l t i m ec o n t r o l，c o m p r e h e n s i v eq u e r ya n da i d e dd e c i d i n go np o w e rf a c i l i t i e sa n dp o w e rn e t w o r ko p e r a t i o ni nt h ep r i n c i p l eo fp o w

6、e rc o n t r o li n d e x T h u si th a sr e a l i z e dm u t u a li n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tb e t w e e np o w e rm a n a g e m e n ti n s t i t u t i o n sa n dp o w e r c o n s u m i n ge n t e r p r i s e s，w h il eb u ii d i n gab r i d g eb e t w e e nt h e m W i t hf a s ti n c

7、r e a s eo fp o w e rd e m a n d，t h ee x p a n s i o no fc i t yp o w e rn e t w o r kc a p a c i t ym a k e si t ss t r u c t u r em o r ec o m p l e x，S Oi tb e c o m e si m p o r t a n tf o rr e a lt i m em o n i t o ra n dc o n t r o la u t o m a t i o n W h il ei nt h ea u t o m a t i o np r o

8、 c e s st h et e s t i n go fc o n s u m e rp o w e rp a r a m e t e r si st h em o s tb a s i cf u n c t i o n，S Oi tb e c o m e st h eb i g g e s tc o n c e r nt op o w e rm a n a g e m e n ti n s t i t u t i o na ta 1 1l e v e l sc o n s i d e r i n gh o wt oc o l l e c ta 1 1k i n d so fp o w e

9、rp a r a m e t e r sq u i c k l y，a c c u r a t e l ya n ds t a b l y W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y，t h en e t w o r ki se x p a n d i n g I th a st u r n e dt ob eam u s tt r e n dc o n c e r n i n gt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ne

10、 n t e r p r i s ep o w e rt r a n s f o r m i n gs t a t i o n sl o c a t e da r o u n dt h ec i t ya n di t sc e n t r a lp o w e rs y s t e m T ot h ec i t yp o w e rs y s t e mw i t hb a s i cn e t w o r k，w i r e l e s sn e t w o r kp r o d u c t sc a na c ta sc o m p l e m e n tt ot h ew e a k

11、 n e s so fw i r en e t w o r kw h il ec o v e r i n gt h o s eb li n ds p o t sb e y o n dt h er e a c ho fw i r en e t w o r k，a tt h es a m et i m e，t h ew i r e l e s sn e t w o r kp r o d u c t sa r et h eb e s tb a c k u p st ot h ew i r en e t w o r kt h a n k st oi t sa d v a n t a g e so fS

12、 i m p l em a i n t e n a n c ea n dl o we x p e n s e s T h ea r t i c l ep r e s e n t st h es o l u t i o nt om u l t i l e v e ln e t w o r ks t r u c t u r ea n di t sp r a c t i c a la p p li c a t i o nc o n c e r n i n gr e a l t i m ep o w e rm o n i t o ra n dp o w e rm a n a g e m e n t T

13、 h ea p p l i c a t i o no fb o t t o mt w os t r u c t u r eh a sb e e nr e a l i z e dw e l li nt h o s ee n t e r p r i s e s1 i k eT o n g l l n gm e t a l l i cf a c t o r y D D J Vp o w e rm o n i t o rs y s t e m，w h i c hI V多L 电力临拧管理系统m 垃l f。J 覆现英z 摘要w a sd e v e l o p e di nt h ec h a r g e

14、o ft h ea u t h o r，w a sa w a r d e dg o l d e nm e d a lI nt h es e c o n dS h a n g h a iS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yE x h l b i t i o n P o w e rm o n l t o rm a n a g e m e n ts y s t e mi sc o m p o s e do fc o m p u t e re q u i p m e n t s e n s o ra n dt e l e c o m m u n i c a t i

15、 o nn e t w o r k，w h l c hc a nr e f l e c tp o w e r c o n s u m i n gq u a n t i t yi nt h em a n n e ro fa c c u r a c ya n dr e a lt i m ef o rp o w e rm a n a g e m e n ti n s t i t u t i o na n de n t e r p r i s e s，a n dk e e p sh i s t o r i cd a t ai nt h el o n gt e r m，w h i l et a k i

16、n gt h ep l a c eo ft h em o n i t o rf o rm e t e r r e c o r d i n g I na d d i t i o n，i th a sp r o v i d e dag o o dp l a t f o r mf o rt h es a f eo p e r a t i o no fp o w e rn e t w o r k，s t a b l ew o r kc o n d i t i o no fp r o d u c t i o nm a c h i n e s，e v a l u a t i o no fe c o n o

17、 m i cp o w e r c o n s u m i n ga n dc o o r d i n a t i o na saw h o l e K e y w o r d sd i s t r i b u t i o nf o rm u l t i p l a y e rn e t w o r k，d a t ac o l l e c t i n g，r e a lt i m em o n i t o rV多k 1 乜，J 临拧符胛系统r J 匮l f J 宜观第锗论第一章绪论帚一早三=百比1 1 电力监控的发展与现状随著社会经济的快速发展，电力供需矛盾日益突出，供电网络日趋复杂，依靠往

18、日的管理方式很难适应现代电力管理模式。工业电网的供电质量历来是一个比较棘手的问题，一方面用电现场电网的电压和频率的波动范围较大、波形不稳定以至造成设备损坏或停电事故时有发生；另一方面现代用电设备对供电波形质量要求越来越高，必需有稳定的电力保障。高质量的电力供应涉及到电网供电质量的同步检测与电网电力分配的科学阔控。电力监控管理系统为科学地管理电力供需提供了必要的平台。充分利用远程网络技术，使电网调度人员迅速而准确地获得各变电站运行的实时信息，完整地掌握各变电站的实时运行状态，及时发现各变电站运行的故障并做出相应的决策和处理，同时可以让企业电力管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度

19、、控合分闸、躲峰填谷，把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误判断、误操作，缩短事故停电时间，实现对变配电系统的现代化运行管理。1 1 1 电力监控的发展历史中国是世界第二大能源消费国，即中国是对能源依赖性最大的国家之一。电力资源的日益紧张，使各城市对用电管理逐步重视起来，充分认识到电力市场需要科学合理的手段来规范和调控。就电力资源的调控而言，机制形成并不是要限制用电，而是要科学、合理地利用资源，避免浪费，发挥电能最大的利用价值。在电力过剩时期，我们更应该通过这种调控机制的约束，科学、合理地调度电能，把电用好用足。同时要通过各种合理手段，尽量避免电力过剩和缺电高峰时段的出现，充分地消峰填谷

20、，合理分配负荷，最大利用变压器的负荷能力，尽可能地采用各种技术措旋节能、储能。中国电力行业信息化建设经历了三个发展阶段：2 0 世纪6 0 年代到8 0 年代初期，计算机主要是中小型系列，大多应用在科学计算和工程运算上，电力信息管理领域较少应用。2 0 世纪8 0 年代中到9 0 年代初期，计算机系统在电力各业务领域得到广泛应用，如电厂生产自动化控制系统、电力负荷控制预测、计算机辅助设计、计算机电力仿真系统等。同时电力管理部门及用电企业开始注重开发建设管理信息的第1 页共5 1 页多k：电力监控铲邱最镜的最l r 与i 现第章绪沦单项电力监控应用系统。2 0 世纪9 0 年代中到2 l 世纪例

21、，我国开始确计划地开发企业电力监控管理信息系统，监控技术的应用由操作层向管理层延伸，有从单机、单项f 1 向网络化、整体性、综合性应用发展的趋势。1 1 2 电力监控的发展现状现在，计算机技术和网络技术在我国电力行业已经得到较广泛应用。经过4 0 多年的发展，我国电力行业信息化建设无论是在电网、供发电、工程设计与施工、信息安全建设等方面都具备了一定基础。电力专用通信网也已初具规模，形成了微波、载波、卫星、光纤、无线移动通信等多种类、功能齐全的通信手段，通信范围已基本覆盖全国。大型电厂和变电站建立了计算机监控系统，很多小型变电站建立了无人值守系统。电能量计费系统、电力市场交易管理支持系统等一系列

22、应用项目得到广泛应用。大部分水电厂、火力发电机组及变电站配备了计算机自动化监控系统，相当一部分企业工厂在配电问改造后实现了无人值班或少人值守。1 1 3 电力监控的展望电力信息化已经初步进入电力生产和电力使用的管理全过程，而电力监控是信息化管理系统的信息基础。在现有电力管理应用的基础上，电力监控今后将加快建设满足供电、用电企业所需的应用系统，整合现有应用设施，使之能满足企业面对市场经济环境的运营需要；进一步规范业务流程管理，提高电力产业管理水平；通过信息化建设，促进企业的新型现代企业制度的建立；把企业的生产管理和能源控制、经营系统、决策支持系统以及经营者活动控制系统作为企业信息化的主要建设内容

23、。1 2 多层电力监控管理系统的提出电力监控管理系统的发展初期，人们对系统的要求是实时跟踪用电状况，对电网的异常情况及时通知值守人员，记录消费电力资源数量等简单的功能。然而近年来，随着计算机技术的广泛使用，通信网络的逐步完善，企业管理水平的提高，人们对电力监控的要求己远远超出以往的想象。在已有电力监测管理应用系统的基础上，电力信息化下一阶段应加快建设满足电力企业与用电企业急需的应用系统，整合现有的各种独立监控设施。第2 页共5 l 页多层电力监拧管胛系统f n 世r J 耍脱第串绪论1 2 1 现有电力监控系统的不足就目前我同电力领域计算机管理，还囱待于进一步提高与规范，其不足具体表现在以下几

24、点：1 近几年计算机网络发展突飞猛进，但是电力管理领域还未能充分发挥计算机网络的优势，大多数地区及企业仍处卜松散、非实时的管理方式。使整个电力领域的实时联动、调控缺乏必要的手段。2 用电企业电力信息还未能形成有效信息库，作为今后企业发展与成本核算的重要依据，为企业带来实际的经济效益，而不仅是为应付管理部门的用电报表。3 大型企业有多个变电所，所与所之间互相独立，使企业主管部门很难实时调度，信息滞后。1 2 2 再开发电力监控管理系统的特点针对以上的状况，我们提出再开发的电力监控管理系统应具备如下优势：1 充分利用现有的网络资源，让供电部门通过有线或无线网络，即时掌握用户的用电情况，能实时对用户

25、电力使用过程发出适当的调控指令。2 通过企业电力管理工作站，让企业主管部门把企业的用电即时状况、历史数据作为实时控制和预测调整的重要依据，为企业的成本核算与经济效应提高，提供有效的手段。3 系统采用开放式多层网络结构，功能组态容易、容量扩充方便。使实时监控与能源管理有机结合，并且再开发系统性能具备速度快、容量大、智能化程度高。1 3 本文研究的主要内容及所做的工作1 3 1 通过课题的研究与开发拟解决以下几个技术问题1 将整个电力管理系统设计为多层网络管理模式，以变电所、企业电力管理站、地区电力管理中心作为三层分布网络结构基础。企业电力管理站与各配电所通过R S 一4 8 5 串口交换信息，使

26、企业能对下属各变电所实现实时监控与管理。电力管理中心与企业电力管理站之间，通过有线或无线网络，实现电力管理中，C,g P时完整呈现供电部门与各用电单位电力运作状况的功能。在系统设计过程中，严第3 页共5 l 页彩J：l 乜力临拧竹珲系绝的吐l f JL 现第争绪论格遵守国家经济贸易委员会2 0 0 246 月发1 i 的电网与电厂计算机监拧系统及侧度数据网络安个防护规定，我f I J 的设计思想遵循：电力监控系统的女伞等级高卜电力管理信息系统及办公自动化系统，各电力监控系统必须具备可靠肚高的自身安全防护设施，不得与安全等级低的系统直接相联。2 通过信息精确采集L 丁实时数据网络汇集，形成电力部

27、门与用电企廿的二级用电数据库，为供电与用电管理提供事实数据依据，使电力即时监控、核算与计划安排有完善的管理体系。3 使用企业电力管理上作站后，企业能对下属各变电所的动态用电指标：M D最大用电需量、J D 动态负荷、C O S 中功率因素等进行实时跟踪与控制，提高电网质量，避免用电事故的发生。1 3 2 具体研究内容和实施方案1 规划多层电力监控管理系统所包含的三层网络结构、工作流程与业务需求。2 分别开发系统三个层面的程序代码、数据库定义、人机交流界面、网络架构组织。3 配电所数据采样和控制装置的硬件设计与功能调试。4 各管理监控层面软硬件的调试与整合后的系统测试。1 3 3 电力监控管理系

28、统实现目的实现整个电力网络实时、可靠、高效的监控管理平台，是广大电力用户和设计者所追求的目标。本文设计的多层网络电力监控管理系统，模拟量采样精度高，事件顺序记录分辨率(S O E)小于2 m s，实时控制动作成功率大于9 9 9，可充分满足供配电监控管理的需求。在处理远程通信任务时，企业电力管理工作站一方面向远程控制中心上传采集到的实时运行数据、超限报警状态，另一方面企业工作站也接受远程中心发送的控制命令，根据接受的命令执行相应的操作及对下属配电所发出规定的指令。为了保证数据的可靠和安全，在设计中采用循环冗余效验系统来保证通信的准确率。设计的同时还考虑到整个系统的配置冗余，以备将来系统的扩展。

29、再设计的电力监控管理系统是一套融合现代电网最新控制技术、计算机网络通信技术、计算机图形处理技术、嵌入式实时系统和数据库系统技术、专家系统技术的综合电力监控管理平台。通过采用这套电力监控系统可实现对配电站运行情况的远程监控和无人值守，并为各企业的电力网络提供安全、稳定的保障。第4 页共5 1 页多k 电力n 拧管删系镜的设l I JJ 观第一章系统世l f 慨墟第二章系统设计概述2 1 信息化时代的电力监控管理系统2 1 1 信息化时代对电力监控管理的需求信息化是利用计算机技术和信息技术来获得、实用、管理各种信息的，因此信息化在计算机和网络技术大行其道，它是科学技术发展的必然结果。信息化具有管理

30、高效，调度科学的特点，能够帮助我们对瞬息万变的客观环境作出实时的、有效的反应，为科学决策提供可靠依据。在信息化带动工业化的背景下，我们不得不深思：信息化时代的电力监控管理系统应具有什么样的特点、功能?新一代电力监控系统应解决哪些技术问题?原有电力监控面临哪些挑战?应采取哪些相应的应对策略?目前，电力监控技术在应用领域呈现局部化、小规模、分散性等缺陷。因此信息化时代的电力监控系统应该应用现代网络技术，现代信息技术对以往的监控系统进行改造，使之更加适用于新时期对电力网络管理的要求。依据以上分析，我们认为信息化时代电力监控管理系统应具备以下特点：实时化，从系统结构上采用实时性更好的构建结构，提高整个

31、系统的实时性；网络化，实现系统的网络体系，适应电网分布的复杂性要求；智能化，为用户的科学决策提供数据依据。2 1 2 新时期监控管理系统需要解决的技术问题一力面，随着工业的不断发展和生产规模的扩大，随着信息时代的到来，人们对电力监控管理系统功能和结构有了更高的期望；另一方面，由于电力监控管理对向外延量的变化和内涵质的变化，都迫切需要综合化、系统化的技术解决监控系统面临的技术难题，满足电力管理和生产企业的需求。目前，虽然有较多的常规监控系统得到了实际应用，但这些系统都是功能单一的独立系统，一些具有共性的、关键性的技术难题尚未得到有效解决，阻碍了监控系统的进一步发展和推广应用。网络通信技术在电力监

32、控应用中存在的问题网络通信技术的发展是信息化实现的技术基础，从最早的点对点方式，到客户服务器模式，及它的升级模式一各种分布式计算模式，到现在广为应用的多层分布网络模式，网络通信技术经历了一个不断进步的过程。但如何确保分布式监控系统的数据安全性(真实性、保密性、一致性)、数据的实时件等技术问题需要第5 页共5 1 页彩层电力豁榨管珲手统的垃l J 寰现第一争系统设l f 概述认真研究解决。对于大规模电力监抨管理系统向集中式的体系结构已小能满足系统动态变化和扩展的垫求，而客户服务器结构又存在着系统负荷过t 集中在服务器中等问题。因此，我们研究适合于大规模电力监控管理系统的体系结构，以满足系统动态扩

33、展的璺求是一项有意义的课题。智能控制技术在电力监控管理中的应用及存在的问题由于电力系统复杂性的增加，要求监控系统根据外部条件、状态的变化，自动地优化控制策略，提供解决方案。完善复杂系统的控制问题是我们在电力监控工程中的研究重点。应用传统的控制手段已经远远不能达到控制要求，智能控制是发展的必然趋势。在大量的电力数据中，提炼出相关的知识信息，用于信号处理的小波分析技术和用于优化控制的数据挖掘技术、以及用于非线性系统的神经网络技术，应该在我们开发新一代电力管理系统中充分体现。2 1 3 不断变化的用户需求随着电力网络规模越来越大、布局越来越复杂，用户要求电力监控管理系统具有使用开放性和动态可扩展性，

34、希望有容易使用、便于维护的系统，并要求系统能安全、可靠和不同断地运行。用户需求可以归纳为系统在线扩展，在线维护和在线容错特性，而传统的电力监控系统根本无法满足这些要求。2 2 多层电力监控管理系统框架为了适应信息化时代电力监控管理的技术发展与用户需求，本文设计的电力监控管理系统具有多层计算机网络结构体系，整个电力监控管理系统按照功能可划分为远程综合管理平台、企业管理工作站、配电间数据采集及控制装置三大模块。我们研究的电力监控管理系统可适应于l l O k V 5 0 0 k V 不同电压等级、不同功能要求的用户变电站，因而它能广泛适用于各大中型企业电力管理需求。系统设计集数据采样、跳闸控制、故

35、障录波、供需分析为一个整体的多层分布式电力监控管理系统，其网络分布结构便于系统扩充。本文设计的电力监控管理系统测量精度高、管理功能强、安全可靠稳定，具有远动及远程维护功能，可以满足变电站无人值守及各层次管理的的需要。第6 页共5 l 页多丘：电力髓拧竹珲最壬竞的啦I1J 吱现第系镜垃L f 慨述2 2 1 功能模块分层根据当前信息化时代电力监控技术的发展，我们设计的电力监控管理系统，采用开放和多层分布网络结构，整个系统包括远程综合管理平台、企业管理工作站、配电间数据采集J 控制装置三大模块。配电间数据采集与控制装置完成对电力设备的保护、数据的删量、跳合闸控制等任务。企业管理工作站满足企业内部电

36、力运作的监删与控制、数据采集、能源分配管理、成本核算等。远程综合管理平台是电力管理中心的综合管理控制系统，负责地区电力供需状况的监控，电力资源的调度，电力能源发展规划预测。为了保证系统运行的高可靠性和安全性，在系统设计中，我们对关键设备如服务器、数据采集装置、调度员工作站、网络设施等采用冗余配置，互为热备用工作方式。系统软件设计具备良好的开放性，提供数据库访问工具，以构成完善的交互环境，并且支持多种工具的交互访问，力求人机界面友好、简明。考虑到系统维护便利，我们歼发了系统远程诊断工具，用户从网上就可以获得系统维护的有力支持，从而保证系统的可维护性，以及只有良好的可扩展陛，为系统今后的扩展奠定坚

37、实的基础。2 2 2 混合网络结构根据国家规划，电力行业将建成以光纤通信为主的现代化电力通信传输干线网络，构建高速数据通信网络平台。但目前的网络通信建设还没有达到要求，因而近几年电力信息系统的升级改造和开发项目依然会持续不断，并且随着电力领域网络通信的发展，将更有效地促进电力行业监控系统的集成与用户需求的增长。在企业变电站的修建及改造过程中，最为关键部分同样是通讯通道的建设。目前电力领域主要应用的网络通信方式是以光纤干线、数字微波为主，电力线载波并存的混合型网，并且电力通信系统已逐步成为电力调度、规划和管理的重要手段。然而传统通信通道在不同场合面临较多的问题：架设光缆目前还未能形成规模，且有些

38、场合光缆难以到位；采用电力载破、一点多址和传统的扩频电台带宽窄、误码率高；采用有线调制解调器，速度慢、误码率高、易掉线，不易维护。随着通信技术的高速发展和I E E E 8 0 2 1 1 标准的颁布，世界各大通信公司相继推出无线网络产品。无线网络技术的飞速发展，使计算机网络遍布各行各业，在很多场合取代了传统的通信方式。在网络技术如此飞跃发展的大背景下，我们在电力监控管理系统中，采用了无线网络通讯技术与原有的有线网络相结合的设计方案。本文设计的多层网络电力监控管理系统的网络框架结构如图所示。第7 页共5 1 页多层电力。饩拧符卿系统的L 十J 交现第一争系统最I f _ l 既述冬1 2 1I

39、 也，J：l；：-j 宁F r 豸i 镜zJ，：I 卅，一01 f，J l 冬Ir 酊一=_=面_=j j i _ 肖一：i 而i 面鬲1固：f：一一Q_ J2 3 多层分布网络结构实现为了适应电力网络布局的复杂结构，我们在电力监控管理系统设计中采用了多层计算机网络分布体系。多层网络分布结构是继客户机服务器(c s)两层结构之后新兴的一种计算机应用网路体系结构，它是在c s 结构和分布式技术的基础上，将业务逻辑从客户端分离出来移到一个或多个中间层，通过对中间层的有效组织和管理，采用负载平衡、动态伸缩和标准接口等技术，将客户机与服务器高效地组合在一起。多层结构克服了c s 两层结构以单一服务器和

40、局域网为中心、系统难以扩展、维护成本太高、软件的移植性差等缺点。具有瘦客户、易维护、易扩展、开发效率高和安全稳定等优点。第8 乒共5 1 页i多丘l 乜力。栉rp|f 系统f r J 歧f 弓实现第章系统设-f 概述2 3 1 客户服务器网络结构应用的缺陷多年以来，绝大多数的应用系统都是采用客户服务器(C S)两层体系结构设计的，现有的大多数企业电力监控管理体系，也是由此模式组成。C S 结构由客户机和服务器两个层面构成，客户端提供用户界面、运行逻辑处理应用，将用户的数据查询请求转换为S O L 语句提交服务器，而服务器接受查询语句并进行数据查询，然后将查询结果返回客户端。然而c s 两层结构

41、的固有缺陷是：难以管理大量客户机：以单一服务器和局域网为中心，系统难以扩展；业务逻辑写在客户端，用户界面和业务逻辑以及数据源绑定在一起，当业务逻辑改变时，所有客户端应用程序都必须改变，维护成本太高：软件的移植性、互操作性、重用性及安全性差。2 3 2 多层网络分布原理及其应用为了解决c s 两层网络结构与应用需求日益突出的矛盾，简便易行的分布式多层应用体系结构应允而生。多层结构建立在分布式技术的基础上，将业务逻辑从客户端分离出来移到一个或多个中间层，中间层由中间件软件构成。多层结构一般定义为客户层、中间应用层和数据服务层等三个层面。客户层提供用户交互和数据表示，负责收集用户的请求信息并提交中间

42、应用层进行业务逻辑处理，然后将结果显示给用户；中间应用层接受客户层的服务请求，实现核心业务逻辑处理，将业务逻辑转换为服务器能够执行的命令交服务器执行，并将服务器处理的结果返回给请求者；数据服务层执行中间层提交的数据请求命令，负责应用系统的数据服务。在多层应用结构中，要求层与层之间必须有明确的接口定义，从而保证多层之问可以协作完成应用任务。以上各层间通讯通过公共接口实现，并且每层只看到其临近层的公共接口，一个层的改动对其它层的影响很小，这一规则使应用体系处于一个合适的位置，可以轻松地扩展及自由地升级。多层网络电力监控管理系统的设计思想正是基于如上的网路结构技术，我们把配电间数据采集与控制装置、企

43、业管理终端定义为客户层；企业管理数据模块定义为中间应用层；远程综合管理平台定义为数据服务层，从而整个电力监控管理系统具有清晰的网络结构体系。第9 页共5 1 页多L 一U 力雌拧管胛系统帅瞪L P 卜上现第帝手统世【f 概述2 4 电力监控管理系统体系存电力监控管理系统设汁方案中，我们综合考虑系统实用、数据精确、管理科学、网络稳定、啁控安全及维护便利等力面要素，分别对三层功能模块硬件与软件的基本配置作如下规划。2 4 1 硬件组成配电间数据采集与控制装置是分别安装在各配电间的现场监控设备，考虑到系统的易扩展性，不论企业电力规模的大小，通常一个配电间配置一台装置，一台装置可同时完成3 2 路脉冲

44、数据信号的检测、8 路模拟量数据的采集和1 6 路达林顿岖动开关输出。一个企业管理工作站，可与若干套配电间数据采集与控制装置相J 生接。装置是一个独立的嵌入式单板机应用设备，当与通信设备隔断时，它也能全天候独立工作，完成对配电间的实时监控与状态纪录。企业管理工作站由一台或多台微机组成，其中一台主机负责对配电站数据采样与控制装置的信息交换，并在该机建立企业用电数据库，为企业电能管理、统计和分析提供数据依据。另有若干台微机作为电能管理、数据分析、调度控制设备，并配有打印机，L E D 大屏幕供电状况动态显示器，以及其他网络附加设备。远程综合管理平台由数据库服务器、网页查询浏览服务器、若干调度员工作

45、终端、能量管理工作站、工程师维护站、若干台激光打印机，大屏幕电力运营状态显示屏。另有部分网络通信设备，保证综合管理平台与企业管理工作站的实时通信，系统网络采用冗余以太网结构，数据服务器、网页服务器等设备都工作在冗余网络中，当网络出现故障时，通信可以通过另一条网络继续工作。2 4 2 软件主体现场监控与远程网络管理部分的设备软件，均力求系统的稳定和安全。通过电力通讯网络采集到的各企业管理工作站的信息，以数据、文本、图形、动画、实时画面等方式呈现在操作员面前。再通过网络系统将所采集的信息以与现场相同的各种方式发布于W E B 服务器中，让管理层的领导以最简便、最快速的方法，随时查询、了解现场各站的

46、详细情况。系统采用逐级汇接的拓扑结构，即由远程综合管理平台、企业管理工作站及配电间数据采集与控制装置组成树形网络拓扑。配电间数据采集与控制装置借助A E K D 9 8 仿真系统开发，运用C 9 6 交叉编译第l O 页共s 1 页多丘电J 骼拧爷珲手境的设f 0 冀现第一牛系镜设汁概述系统，通过高级L 昌言的手段，产生单片酪片的代码，既提高了丌发速度，也便于后期的维护与升级。远程综合管理平台软件采用W e b h c c e s s 网际组态软件。W e b A c c e s s 是B r o a d W m 公司完全基于W e b 浏览器开发的自动化人机界面(H M I)和监控与数据采集

47、(S C A D A)刚际组态软件。基于浏览器的客户端既可监视又可控制，通过使用标准的浏览器，用户可以通过它对工卅现场、工厂制造、过程控制及电力j 5 L 控中的自动化设备进行监视和控制。设备数据将能实时地显示在动态画面中。并且还能通过使用标准的浏览器来完成整个工程的建立与运行，即对所有工程的建立、设置、绘图都可以在标准的浏览器中完成。这也是W e b A c c e s s 网际组态软件具有的独一无二的特点。电力监控管理系统的三层业务分工如图所示。l -q 2 2电力监控 川系统三J。：、I P 务流利巨习g，臣三旧：匝习圉固围圉2 5 功能模块组成为了适应信息化时代电力监控管理系统的需要，

48、我们研究的电力监控管理系统为多层计算机网络结构，因而它的每个层面都有各自独特的业务特征。其中远程综合管理平台是一个电力业务处理层和信息管理支持层的综合信息管理系统平台；企业管理工作站，主要用于企业高压输入线路及低压输出电源的全面监控及企业内部电能管理，对企业的电力资源，具有全面测量、综合显示、需量统计、谐波分析、越限电闸控制、及承上启下的网络通讯功能；配电间数据采集与控制装置，能高精度测量多种三相电量、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、周波，零序电流、电压不平衡度、电流及电压谐波分量等，我们采用了先进的交流采样技术，实现了受电、馈电线路四象限功卒量带潮流方向的测量。第1 I 页共5 1

49、 页|d、；n引吲ln吲lUjd1n吲n Un U多层电力监r，管理年缝的设计与上现第帮系统1 殳计概述2 5 1 网络通讯、数据交换本文研究的电力监控管理系统，采用最新的多层网络架构开发设计。各级调度系统可以逐层接收和发送实时信息数据，并且可以实现远程凋度，达到远程监视、控制的目的。远程综合管理平台通过网络交q 直接采集各企业管理工作站存储的数据，可报警、统计、分析和打印各配电站运行状况及故障情况，并能下达关闭和打开电甲J 指令。为了能与其他调度管理系统软件联接，我们再开发的电力监控管理系统提供开放式数据库鱼连标准O D B C、动态数据交换机制D D E、O P C(O L Ef o rP

50、 r o c e s sC o n t r 0 1)数据存取交换技术等多种与第三方管理软件的通讯端口，将现场采集到的实时数据发送到第三方管理软件中。通过标准T C P I P 协议的任何网络形式与第三方管理网通信，第三方管理软件只需提供以上提到的一种标准接口，系统都可以实现与其无缝连接。为确保系统万无一失的稳定眭，在本方案中电力监控管理系统服务器采用双机热备互为冗余的技术，正常情况下由主机负责整个系统的数据采集与运算存储过程，并将数掘同步备份于从机中，当主机发生故障不能正常工作时，从机将自动切换接管主机的全部工作，同时远程网络客户端也将自动切换到向从机汇集数据。2 5 2 人机交互界面在计算机