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摘要：用电数据采集系统可以定时采集不同用电等级电能表的电量、负荷曲线及功率等数据，并进行存储，实现对变电站、大用户等用电情况的实时监控，该系统的设计使用可以有效降低抄表误差，并实现线损及母线平衡的实时计算，自动生成报表，在降低劳动强度的同时，可显著提高劳动生产率，提高经济效益，将会使电力营业管理更加现代化、智能化。
关键词：用电数据采集；电力系统；实时监控
中图分类号：U665.12 文献标识码：A
1、引言
随着电力市场的商业化运营的发展，迫切需要实现用电数据的自动化的采集、管理等，所以设计一套可以实现对变电站、大用户等用电数据的实时采集、监控系统，可以有效提高电力运营的效率。本文所介绍的用电数据采集系统，集先进性、精确性和实时性于一体，完全可以满足用户的不同需求。
2、用电数据采集系统的功能与特点
用电数据采集系统由服务器群、数据采集设备、数据传输设备等组成，如下图：
采用这种模块化设计模式，可以极大程度的方便系统的扩展和裁剪，以适应不同用户的需求，最大程度的将系统的性能发挥到最佳。所以该系统有以下特点：
2.1、开放性
设计时采用基于国际标准的系统平台和商用数据库，能支持与相关的数据通信和数据库访问，向这些系统提供计量（计费）数据。分层开放式跨平台跨数据库设计，可以按照电力系统关口表和大用户分别管理，采集的电量数据和负控数据直接传输到历史数据库，通过对于所有计量点和监控点的相关数据定义、管理，与采集数据建立相应的对应关系，实现数据转存、计算、处理，并提供数据访问服务。
数据库管理模块可采用面向电网的定义方式，使其具备对电网结构以及电网相关设备的表述能力，保证重要关口表数据的准确性。数据库可采用双服务器集群机制，保证数据高可用性。
2.2、灵活性
该系统可支持多种规约和通信手段，以支持多种电能表的接入，适应网络技术的发展；可支持多种数据采集方式，接收不同来源的数据，以支持电力市场运营结算所需的大量的、复杂的数据采集和处理要求。
2.3、方便性
支持客户服务器，具有友好的用户界面，方便的可编程，可维护性能。用户可分级对时段、处理方式、运算输出等数据参数进行定义，并能方便的查询、处理、分析和结算。所提供的操作系统，窗口环境、高级语言、作图软件和计算机数据通信软件应符合国际标准或工业标准。用户界面是国际流行的WINDOWS风格，具有汉字显示和打印功能，使用户操作简便快捷。
2.4、可擴展性
系统采用模块化设计方式，充分考虑了不同用户的不同需求，或者同一用户今后规模及功能扩展的需要。随变用户规模和系统的扩大、采集点的增多，通过增加系统厂站数目和采集点数目就可完成，不影响系统的可靠性和稳定性。
系统具备硬、软件的扩充功能，支持系统结构的扩展和功能的升级，系统所提供的支持软件能支持用户进一步开发应用软件，以期实现原系统的增值。
2.5、安全性
系统具备完善的安全保密措施和用户权限管理功能，拥有自己的用户体系，只有系统管理员才可增加和删除用户、分配用户权限，使用客户端或浏览器登陆的用户必须正确输入用户名和相应的密码才能正确进入系统。系统确保作到严格防止非法入侵和严禁对原始数据的修改，计算数据的修改必须在规定的权限范围内进行，并作上永久标志。
2.6、同步性
系统以标准GPS时钟为基准，并实现网络对时功能，以保证各个采集点/计量点基于相同时间基准完成对电能量的计量及电能量数据带时标的存储。
3、用电数据采集系统的搭建
用电数据采集系统可根据需求灵活组成系统，有较大的选择余地。我们以最简单的模式来介绍系统的搭建。在这里我们仅选用一台计算机来实现所有的功能。在该计算机上要分别配合以下几部分组成来完成：
3.1、数据采集装置
数据采集装置可选用光纤、Modem模块、GSM模块、GPRS模块等，根据通讯方式的不同灵活配置。通讯模块要连接到我们的通讯服务器（在PC机上安装）上，然后由抄录服务器对通讯服务器进行控制。
3.2、数据采集服务器（抄录服务器）
运行数据接收和发送程序的程序（也安装在PC上，根据系统的大小来选择硬件设备）叫做数据采集服务器。数据采集服务器把从通讯服务器的到的数据接收后，进行必要的分析和处理。数据采集服务器可做冗余处理，如采用两台互为主备方式。
3.3、历史数据库服务器
历史数据服务器用于存贮、管理各种历史数据、登陆信息、管理员信息、设备信息、系统运行信息等。历史数据服务器也可做冗余处理，采用两台互为主备方式。
3.4、WEB服务器
在系统扩展时可以增加WEB服务器，使其成为电业局企业网的电量信息节点，方便有关部门通过浏览器查看各种数据。
3.5、报表工作站
报表工作站用来设计和打印报表。具有及其强大的制表、图形、统计、计算、显示、打印等功能，可满足各种应用需要，既有广泛的适应性。
3.6、预付费工作站
预付费工作站可对终端进行预付费、负控的管理和查看，可根据系统的要求灵活的配置工作站的数量。
3.7、维护工作站
维护工作站用来对整个系统进行维护。维护工作站方便系统的维护人员进行各种维护操作。
上面所介绍的各个部分，可以集成在一台计算机中，也可以采用多台服务器组成系统。
4、用电数据采集设备的选择
4.1、变电站采集终端
变电站抄表终端采用先进的单片机技术，由开关电源、CPU电路、MODEM板、RS485接口电路和液晶显示电路组成。开关电源要选择输入范围在AC 85V～265V之间的电源，输出+5V和独立的+12V。CPU是整个设备的核心，需采用具有耗电少、运行速度快、自带EPROM、可靠性高等优点的器件，以完成数据的采集、处理、保持、通信等功能。抄表终端的通信规约采用规约库设计模式，收录国际、国内主流规约。抄表终端上还配有大屏幕液晶显示屏及操作键盘，采用菜单操作，汉字显示，可在现场很方便地进行查询及设置。数据设置具有密码控制，防止非法操作。该终端有如下功能：
1.多路采集通道，可以最大采集128路数据，满足不同用户要求。
2.丰富数据采集，可以采集正向有、无功表底（4费率）、反向有、无功表底（4费率）、4象限无功表底（4费率）、有功功率、无功功率、电压、电流、正反向日最大需量及发生时间、正反向月最大需量及发生时间、总失压时间、电压合格率
3.数据冻结，每月可冻结４个抄表日表底，数据可存储1年，抄表日期可任意设置，用于计算月电量；每日可冻结１个日表底，数据可存储2个月，冻结时间可任意设置，用于计算日电量；可保存2048个点的分钟表底、实时电压、电流、功率数据,间隔5-60分钟任意设置，用于生成负荷曲线
4.丰富的通讯接口，可配多路485接口，同时用于主动召测、侦听等；可配电话线通讯接口，光纤通讯接口等。
5.电子表PT失压监测、电子表三相电流不平衡监测等。
4.2、大用户采集终端
根据大用户的使用需求，我们在选择设备时要满足以下要求：
1.防窃电功能：
终端采用宽电压标准85V～265V，不管是高压用户如10KV带PT、CT的计量用户，还是低压直接计量的用户，全部可采用表计中的电压作为抄表器的电源，通讯天线也放到表计箱中，所有抄表设备全部放到表计箱中，可加铅封，将电表和抄表器封于其中，防止用户破坏电表和抄表器，抄表和防窃电的功能一并实现。
2.PT断相监测
终端监测电表上3相PT，若某一项、两项或三项失压，抄报终端可在10秒钟内，向后台软件手机模块报警，此功能可有效防止用户非法操作PT。
3.电子表电流平衡度监测
终端可实时监测2相电流或3相电流平衡度，在电流平衡度低于设定值（可任意设置）时可报警到后台和手机；为了防止在用户停产时负荷过低造成不平衡报警，可设置最小电流，当用户各相电流小于该值时可不报警。此功能只适用于电子表，可有效防止用户非法操作CT。
4.高、低负荷报警
对于用户负荷比较稳定的情况，用户选择设置一个最低负和最高负荷值，若用户负荷低于设定低负荷值或高于设定高负荷值均可报警到后台。
5.线路抄表实时线损分析
将线路上各个分路厂站的表计数据实时发送到主站，和变电站采集的关口表的数据一起由主站软件形成线损分析情况表和线损统计指标完成情况表。
5、结束
本系统可以满足电能量采集、数据分析、实时监控等的电力需求。同时可以对数据和信息进行深度挖掘、加工、分析，向供电企业提供各种有效信息，充分发挥本系统的灵活、快速、准确、方便的技术特点，为分析电力市场提供大量及时、可靠、准确数据。有效地控制和降低内部损耗以及管理线损，为企业管理人员提供参考和决策，以便合理调配人、财、物等资源，提高生产效率，实现经济效益最大化。
6、参考文献
1）国家电网公司人力资源部 组编 电能(用电)信息采集与监控中国电力出版社
2）陕西省电力公司 编用电信息采集系统应用技术中国电力出版社
3）朱松林 编 变电站计算机监控系统相关技术 中国电力出版社
4）张晶徐新华 崔仁涛编著 智能电网 用电信息采集系统技术与应用中国电力出版社
7、作者简介
支智勇（1980-），男，河北石家庄人，汉族，专科，主要研究方向电力系统数据采集。
胡竹彦（1982-），女，河北石家庄人，汉族，专科，主要研究方向电力系统数据采集。
武拴娥（1976-），女，河北石家庄人，汉族，本科，主要研究方向电力系统保护与综合自动化等。
关键词：用电数据采集；电力系统；实时监控
中图分类号：U665.12 文献标识码：A
1、引言
随着电力市场的商业化运营的发展，迫切需要实现用电数据的自动化的采集、管理等，所以设计一套可以实现对变电站、大用户等用电数据的实时采集、监控系统，可以有效提高电力运营的效率。本文所介绍的用电数据采集系统，集先进性、精确性和实时性于一体，完全可以满足用户的不同需求。
2、用电数据采集系统的功能与特点
用电数据采集系统由服务器群、数据采集设备、数据传输设备等组成，如下图：
采用这种模块化设计模式，可以极大程度的方便系统的扩展和裁剪，以适应不同用户的需求，最大程度的将系统的性能发挥到最佳。所以该系统有以下特点：
2.1、开放性
设计时采用基于国际标准的系统平台和商用数据库，能支持与相关的数据通信和数据库访问，向这些系统提供计量（计费）数据。分层开放式跨平台跨数据库设计，可以按照电力系统关口表和大用户分别管理，采集的电量数据和负控数据直接传输到历史数据库，通过对于所有计量点和监控点的相关数据定义、管理，与采集数据建立相应的对应关系，实现数据转存、计算、处理，并提供数据访问服务。
数据库管理模块可采用面向电网的定义方式，使其具备对电网结构以及电网相关设备的表述能力，保证重要关口表数据的准确性。数据库可采用双服务器集群机制，保证数据高可用性。
2.2、灵活性
该系统可支持多种规约和通信手段，以支持多种电能表的接入，适应网络技术的发展；可支持多种数据采集方式，接收不同来源的数据，以支持电力市场运营结算所需的大量的、复杂的数据采集和处理要求。
2.3、方便性
支持客户服务器，具有友好的用户界面，方便的可编程，可维护性能。用户可分级对时段、处理方式、运算输出等数据参数进行定义，并能方便的查询、处理、分析和结算。所提供的操作系统，窗口环境、高级语言、作图软件和计算机数据通信软件应符合国际标准或工业标准。用户界面是国际流行的WINDOWS风格，具有汉字显示和打印功能，使用户操作简便快捷。
2.4、可擴展性
系统采用模块化设计方式，充分考虑了不同用户的不同需求，或者同一用户今后规模及功能扩展的需要。随变用户规模和系统的扩大、采集点的增多，通过增加系统厂站数目和采集点数目就可完成，不影响系统的可靠性和稳定性。
系统具备硬、软件的扩充功能，支持系统结构的扩展和功能的升级，系统所提供的支持软件能支持用户进一步开发应用软件，以期实现原系统的增值。
2.5、安全性
系统具备完善的安全保密措施和用户权限管理功能，拥有自己的用户体系，只有系统管理员才可增加和删除用户、分配用户权限，使用客户端或浏览器登陆的用户必须正确输入用户名和相应的密码才能正确进入系统。系统确保作到严格防止非法入侵和严禁对原始数据的修改，计算数据的修改必须在规定的权限范围内进行，并作上永久标志。
2.6、同步性
系统以标准GPS时钟为基准，并实现网络对时功能，以保证各个采集点/计量点基于相同时间基准完成对电能量的计量及电能量数据带时标的存储。
3、用电数据采集系统的搭建
用电数据采集系统可根据需求灵活组成系统，有较大的选择余地。我们以最简单的模式来介绍系统的搭建。在这里我们仅选用一台计算机来实现所有的功能。在该计算机上要分别配合以下几部分组成来完成：
3.1、数据采集装置
数据采集装置可选用光纤、Modem模块、GSM模块、GPRS模块等，根据通讯方式的不同灵活配置。通讯模块要连接到我们的通讯服务器（在PC机上安装）上，然后由抄录服务器对通讯服务器进行控制。
3.2、数据采集服务器（抄录服务器）
运行数据接收和发送程序的程序（也安装在PC上，根据系统的大小来选择硬件设备）叫做数据采集服务器。数据采集服务器把从通讯服务器的到的数据接收后，进行必要的分析和处理。数据采集服务器可做冗余处理，如采用两台互为主备方式。
3.3、历史数据库服务器
历史数据服务器用于存贮、管理各种历史数据、登陆信息、管理员信息、设备信息、系统运行信息等。历史数据服务器也可做冗余处理，采用两台互为主备方式。
3.4、WEB服务器
在系统扩展时可以增加WEB服务器，使其成为电业局企业网的电量信息节点，方便有关部门通过浏览器查看各种数据。
3.5、报表工作站
报表工作站用来设计和打印报表。具有及其强大的制表、图形、统计、计算、显示、打印等功能，可满足各种应用需要，既有广泛的适应性。
3.6、预付费工作站
预付费工作站可对终端进行预付费、负控的管理和查看，可根据系统的要求灵活的配置工作站的数量。
3.7、维护工作站
维护工作站用来对整个系统进行维护。维护工作站方便系统的维护人员进行各种维护操作。
上面所介绍的各个部分，可以集成在一台计算机中，也可以采用多台服务器组成系统。
4、用电数据采集设备的选择
4.1、变电站采集终端
变电站抄表终端采用先进的单片机技术，由开关电源、CPU电路、MODEM板、RS485接口电路和液晶显示电路组成。开关电源要选择输入范围在AC 85V～265V之间的电源，输出+5V和独立的+12V。CPU是整个设备的核心，需采用具有耗电少、运行速度快、自带EPROM、可靠性高等优点的器件，以完成数据的采集、处理、保持、通信等功能。抄表终端的通信规约采用规约库设计模式，收录国际、国内主流规约。抄表终端上还配有大屏幕液晶显示屏及操作键盘，采用菜单操作，汉字显示，可在现场很方便地进行查询及设置。数据设置具有密码控制，防止非法操作。该终端有如下功能：
1.多路采集通道，可以最大采集128路数据，满足不同用户要求。
2.丰富数据采集，可以采集正向有、无功表底（4费率）、反向有、无功表底（4费率）、4象限无功表底（4费率）、有功功率、无功功率、电压、电流、正反向日最大需量及发生时间、正反向月最大需量及发生时间、总失压时间、电压合格率
3.数据冻结，每月可冻结４个抄表日表底，数据可存储1年，抄表日期可任意设置，用于计算月电量；每日可冻结１个日表底，数据可存储2个月，冻结时间可任意设置，用于计算日电量；可保存2048个点的分钟表底、实时电压、电流、功率数据,间隔5-60分钟任意设置，用于生成负荷曲线
4.丰富的通讯接口，可配多路485接口，同时用于主动召测、侦听等；可配电话线通讯接口，光纤通讯接口等。
5.电子表PT失压监测、电子表三相电流不平衡监测等。
4.2、大用户采集终端
根据大用户的使用需求，我们在选择设备时要满足以下要求：
1.防窃电功能：
终端采用宽电压标准85V～265V，不管是高压用户如10KV带PT、CT的计量用户，还是低压直接计量的用户，全部可采用表计中的电压作为抄表器的电源，通讯天线也放到表计箱中，所有抄表设备全部放到表计箱中，可加铅封，将电表和抄表器封于其中，防止用户破坏电表和抄表器，抄表和防窃电的功能一并实现。
2.PT断相监测
终端监测电表上3相PT，若某一项、两项或三项失压，抄报终端可在10秒钟内，向后台软件手机模块报警，此功能可有效防止用户非法操作PT。
3.电子表电流平衡度监测
终端可实时监测2相电流或3相电流平衡度，在电流平衡度低于设定值（可任意设置）时可报警到后台和手机；为了防止在用户停产时负荷过低造成不平衡报警，可设置最小电流，当用户各相电流小于该值时可不报警。此功能只适用于电子表，可有效防止用户非法操作CT。
4.高、低负荷报警
对于用户负荷比较稳定的情况，用户选择设置一个最低负和最高负荷值，若用户负荷低于设定低负荷值或高于设定高负荷值均可报警到后台。
5.线路抄表实时线损分析
将线路上各个分路厂站的表计数据实时发送到主站，和变电站采集的关口表的数据一起由主站软件形成线损分析情况表和线损统计指标完成情况表。
5、结束
本系统可以满足电能量采集、数据分析、实时监控等的电力需求。同时可以对数据和信息进行深度挖掘、加工、分析，向供电企业提供各种有效信息，充分发挥本系统的灵活、快速、准确、方便的技术特点，为分析电力市场提供大量及时、可靠、准确数据。有效地控制和降低内部损耗以及管理线损，为企业管理人员提供参考和决策，以便合理调配人、财、物等资源，提高生产效率，实现经济效益最大化。
6、参考文献
1）国家电网公司人力资源部 组编 电能(用电)信息采集与监控中国电力出版社
2）陕西省电力公司 编用电信息采集系统应用技术中国电力出版社
3）朱松林 编 变电站计算机监控系统相关技术 中国电力出版社
4）张晶徐新华 崔仁涛编著 智能电网 用电信息采集系统技术与应用中国电力出版社
7、作者简介
支智勇（1980-），男，河北石家庄人，汉族，专科，主要研究方向电力系统数据采集。
胡竹彦（1982-），女，河北石家庄人，汉族，专科，主要研究方向电力系统数据采集。
武拴娥（1976-），女，河北石家庄人，汉族，本科，主要研究方向电力系统保护与综合自动化等。