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1、电能量计量系统设计方案第一章绪论 1.1课题背景电力交易市场化是我国市场经济体制发展的要求。随着电网体制改革的深入和电力生产技术的进步，建立电量能计量系统，以提高电力系统管理自动化水平和经营效益水平己成大势所趋。在电力营销系统和电网企业化运行管理中，电能量计量系统的作用更显重要，而这一作用在电力供应形势日益紧张的情况下实施错峰用电管理及用户负荷管理中更显得重要。要真正发挥电能量计量系统的作用，系统涉及的计量范围将包括各种电压等级的变电站和电厂的电量结算关口计量点和网损、线损管理关口计量点;根据管理需要所需采集的用户电量结算关口计量点(所有的1 OkV公用变和专用变);以及根据需要(如考虑母线平
2、衡、变压器负荷平衡等)提出的各电量计量点。电能量计量系统主要实现电厂上网、下网和联络线关口点电能量的计量，分时段存储、采集和处理，为结算和分析提供基本数据。若为计量计费系统，则还包括对各种费率模型的支持和结算软件。 电能量计量系统的发展可以认为是系统架构及通信网络发展的有机结合。能量计量系统已成为继SCADA, AGC功能之后电网调度自动化的又一个基本功能，并在电能作为商品走向市场的进程中发挥着重要的作用。1.2国内外的现状上个世纪电能量计量系统的发展进程经历了两个阶段。第一阶段(20世纪七、八十年代):电能量的采集和统计处理仅作为SCADA/RTU中的一项功能。由于受当时设备的能力限制，其采
3、集精度、数据的可靠性、连续性均存在不少问题。因此，只能作为SCADA系统监视电网运行工况之用，远未达到电能量计量和计费的要求。当时电能量数据与常规的远动采用同一种通信规约，信息由同一台RTU通过同一通道进行传输，由主站系统按“冻结;读数;解冻”的方式统计与处理。由于RTU的数据存贮方式、容量和远动通信规约都不支持按分钟/J、时定义的采集周期，大容量存贮和批次的数据传送，尤其是通道、主站系统或RTU本身发生故障或进行例行检修还会影响电能量数据的准确性、可靠性和连续性。第二阶段(20世纪90年代至今)国外知名厂商如ABB, L&G, UTS等先后推出独立于原SCADA/RTU系统的电能量计量专用系
4、统。国内也在20世纪90年代后期推出了自行研制的电能量计量系统例如PBS-2000, DF-6000等。其特点是采用了独立的主站系统，专门的电量采集终端或电能量表，采用了专用通道(专线公用电信网、数据通信网等)、专用的通信规约例如IEC60870-5-102, TCP/IP等来进行电能量的采集，计算和统计考核，以适应电力市场“厂网分开，竞价上网”的商业化运作的需求。与此同时，为了保证系统的高可靠性、安全性、准确性的要求，相关的高新技术例如Trucluster(群集)技术，三层体系结构及DCOM部件，COW, Internet/Intranet及Web浏览器，网络安全技术等相继得到应用。目前国内
5、的电能量计量系统经过近20年的发展，已进入稳定成长阶段，网省级电网及主要城市的供电网均已配备电能量计量系统。并有向区、县供电网发展的趋势，普及率正在逐年提高。2003年，广东电网公司出台了相关规定，如()一东电网计量自动化主站技术规范书、广东电网公司电能计量数据传输通信规约第二版，在这些文件的指导下，清远地区在2004年开始建设电能量计量系统。至今为比，清远地区己实现了对城区所有变电站及各子公司所有用户电量结算关口计量点的电能量计量系统覆盖。1.3发展趋势电能量计量系统经过二一f一多年的发展，无论是网络的组成、结构还是功能、性能，都日趋完善，系统规模逐渐扩大。今后的电能量计量系统的发展趋势主要
6、体现在以下几个方面:跨平台设计。这里所说的“跨平台”主要是实现两个目标:代码级的移植不需要或很少对代码进行修改就能从一种平台移植到另一种平台;其次混合系统联机运行时能够实现异构平台之INJ的数据交换。遵循IEC 61970/61968 CIM标准。IEC 61970 CIM/CIS是近几年IEC起草和讨论的标准，国内电力自动化厂家和研究机构进行了积极研究和互操作试验，为系统间的数据交换提供了技术规范。图模库一体化设计。该项功能在电力调度自动化系统已经开发成功并成功应用，降低了建立电网拓扑模型的复杂度，提高手工建模的准确性。随着电能量系统的广泛应用，用户在档案录入和理论线损方面也提出了较高的要求
7、，有必要开发和应用这项功能。该项功能的开发有助以后为用户提供许多派生功能:线路拓扑着色、终端数据与线路状态一致判断、自动旁路替代、理论线损计算等;同时为用户提供了另外一种参数和档案录入的方式，便于图形化的数据统计和查询。与配网自动化系统一体化的设计。前几年配网自动化系统的兴起和试点，为许多用户提供了电能量与配网进行一体化设计的想象空间，在许多地方已经呈现出台区监测、计量和就地无功补偿一体化的实现方式。分层分布式设计。采用结构分层、功能分布的系统构架，实现模块化的软件设计和基于软总线的“瘦客户”cis数据访问方式，提高系统开发的简易性和资源充分的共享性。安全性。满足电网和电厂计算机监控系统及调度
8、数据网络安全防护规定中规定关于电能量系统与其他相关系统安全互联的要求，快速的实现数据访问和发布。1.4论文的研究内容与章节安排1.4.1论文的研究内容本人参与并完成的研究内容包括:(1)电能量计量系统的总体逻辑结构设计通过全面的现场调研，根据地理位置、需求关系和功能要求进行综合考虑，本计量系统由三部分组成，即系统主机、通信网络和远端采集模块。(2)电能量计量系统的主机群硬件结构设计根据业务量和安全需求，为系统运行提供可靠的硬件主机配置。(3)电能量计量系统通信网络部分的设计通过对电能量计量系统网络需求的深入分析，按照计量系统网络要实现的功能进行网络通道的选型和设计。(4)传输设备的软硬件调试在
9、设计好传输设备的硬件和软件后，对硬件和软件进行功能和性能的调试和测试。1.4.2论文的章节安排全文共五章，各章的内容安排如下:第一章为绪论部分，首先介绍电能量计量系统产生的背景，介绍国内外电能量计量系统的现状及其发展趋势，最后提出本文的研究内容。第二章为电能量计量系统的设计方法，首先介绍了电能量计量系统的行业标准，然后说明了电能量计量系统设计原则，最后对计量系统的特点及要实现得功能进行了分析。第三章对电能量计量系统常用设计方案的详细介绍。第四章为清远电能量计量系统的详细设计，包括系统逻辑架构设计、系统主机架构设计和通信网络架构设计。第五章为清远电能量计量系统不同通信技术的实施和比较分析。第二章
10、电能量计量系统的设计方法2.1行业标准要求2004年12月，中华人民共和国发展和改革委员会发布了电能量计量系统设计技术规程(DL/T 5202-2004)。该标准规定了电能计量系统设计技术要求，可指导系统规划设士十，电能量计量系统主站端、相关发电厂和变电所的工程设计。该电力行业标准的及时推出，为电能量计量系统的设计提供了技术参照依据，为该电能量计量系统的顺利建设推广扫清了行业壁垒，加快了建设步伐。2.1.1基本术语及定义2.1.1.1关口电能量计量点指发电企业、电网经营企业及用电企业之间通过电能结算的计量点(简称关口计量点)。2.1.1.2电能量计量装置该装置山电能量表计、电流互感器、电压互感
11、器及他们之间的连接装置组成。2.1.1.3电能量计量系统由电能量计量表计、电能量远方终端(或传送装置)，信息通道以及主站端计算机组成的系统的简称。2.1.1.4电能量计量系统主站主站端用于电能量计量接收和处理的、性能可靠、技术成熟、功能完善、相对独立的计算机系统。2.1.1.5电能量远方终端具有对电能量计量信息采集、数据处理、分时存储、长时间保存、远方传输等功能的设备。2.1.1.6电能量计量现场监视设备在发电厂侧配置的，用于收集电厂上网电能量、发电机电能量、厂用电电能量等数据，完成打印报表以监督为目的的计算机装置。2.1.2计量系统设计基本要求1计量系统应具有计量属性，数据准确、完整、可靠、
12、及时、保密，以保证电能量信息的唯一性和可信度。2计量系统应是系统完整、性能可靠、技术成熟、功能能完善、独立的计算机系统。3计量系统应具有分时段电能量自动采集，处理，传输，整理，统计，存储，档案管理，具有声光报警、旁路替代、保留原始电量数据不被修改等功能。4依据电网的规模、地理分布、产权划分、经营机构设置等因素设置计量系统。5计量系统必须具有可扩展性、开放性、良好的兼容性和易维护性。6计量系统可依据重要性对某些部件采用双设备以提高冗余度。当厂站端配有电能量远方终端时，该终端一般情况下不宜再采用双配置。2.1.3计量系统设备功能及技术要求1采用结构模块化、测量组合化、高精度电子型电能量计量表计。2
13、准确度等级范围:有功电能量:0.2级:无功电能量:1.0级。由供电能量:0.5级:无功电能量:2.0级。3满足方向性有功和无功电能量计量，或四象限无功电能量计量。4在标称值的0.05%-120%的测量范围内，应保持准确度等级不变。5应具有最大需量的测量和储存。6输出:可具有脉冲和数据接口两种输出形式，电能量输出为表底值7脉冲以继电器触点输出时:触点电压范围为2.5X100次。电能量输出为表底值。DC (24-220) V，触点电流为l A,寿命为2.5*10*10次。8当以数据通信方式输出时:应为RS485或RS232接口，通信规约符合DL/T645标准。9电能量计量表计应具有自检功能，能主动
14、向主站和现场提供相应的报警信号输出，如TV(PT)失压、TA (CT)断线，电源失常、自检故障等。10电能量计量表应配有标准光通信口，可由手持式电能量度如期读取电能量表数据。11电能量计量表应具有数据冻结命令的接收功能。12电能量计量表应配有后备电池，最大连续工作时间应为35天以上，使用寿命为3年以上。13电能量计量表具有积分周期，积分周期应为(1-60) min，由用户自选。以1 min为积分周期时，电能量计量表应能存储7天以上的数据。14电能量计量表具有直接远传功能时，必须具备有各种通信规约的接口。2.1.4主站端计算机要求1主站端计算机系统应是一个分布式网络体系结构的开放式系统，所选用的
15、硬件平台、网络、图形接口等模块应符合最新国际标准，易于硬件设备扩充和软件应用升级。支持与其他LAN和WAN计算机网络及不同计算机厂商设备的互联。2主站端计算机系统主要技术指标:系统可用率99.9%平均无故障fl寸Ib:MTBF20000h系统运行寿命10年画下面响应时间2s时钟同步保持时钟误差t l Oms数据刷新周期可设置CPU平均负荷率_30%(主服务器)，网络负荷率25%。特殊情况下:CPU平均负荷率50%(主服务器)，网络负荷率40%. 3主站端计算机系统技术要求:(1)计算机系统主要设备应冗余配置，并能自动切换。(2)具有采集、存储、处理厂站端电能量数据的功能，其数据库容量应满足发展需要。(3)数据库应采用国际通用商业数据库。原始数据(带时标)、各类统计数据、报表等应能在主设备上存储两年以上。商业数据库中的原始数据库应有多个同事刷新的拷贝数据库，以适应不同的应用，保证数据的唯一性，确保原始数据的不可修改。(4)应具有完善的数据库管理系统，能够自动备份数据。有良好的人机交换界面。(5)具有良好的档案管理功能，可以将当前数据和历史数据自动和手动存储到光盘等大容量存储设备上。可根据需要，将历史数据恢复到在线系统上，进行数据分析等处理。(6)数据库具有良好的安全性、可靠性和可维护性，对任何设备和数据操作均有记录存档。(7)具
