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EMBEDWord.Picture.8专业学位（硕士）论文论文题目：电能量数据采集与管理系统的设计和实现作者：宋永生专业：软件工程研究方向：软件工程指导教师：骆斌教授刘海涛讲师二〇〇九年6月26日学号：GM0732222论文答辩日期：2009年6月26日指导教师：（签字）南京大学申请硕士学位论文电能量数据采集与管理系统的设计和实现学生姓名：宋永生学科专业：软件工程研究方向：软件工程指导教师：骆斌教授刘海涛讲师摘要电能量采集与管理系统，主要是用来实现对采集终端（变电站、大用户、配变终端、电厂等）的各种电能量相关参数及数据的自动采集，并通过对采集的原始数据进行统计、分析，根据区域网损、线损以及采集终端的运行状况的监控和主动上报的实时事项，找出电网中的主要电能损耗点，统计分析后的数据最终呈现给监视电网的值班人员，实现对所监控电网的监控，为电力企业的商业化运营提供决策支持。在系统设计时，应充分考虑到不同用户的需求，采用软耦合和瘦客户化的设计思想，系统需要满足从省级电网到县级电网、发电厂、变电站、大用户等不同层次的需求；可用于实现输、配电网、用电网电能量的自动采集、统计、分析功能；也适用于大中城市中的公用配变监测系统，实现对配变终端的动态监测。本文正是针对以上需求，深入研究了电能量采集与管理系统的设计方案与实现技术，对系统总体设计、技术要点、网络架构、功能设计等作出了阐述，详细介绍了系统设计目标、设计思想和原则、总体设计方案、组网方式及组成结构、软件模块功能组成、系统实现等内容；并重点阐述了如何实现电能量的采集方式，给出了采集实现的详细设计方案；同时系统对电能量各个模块的功能进行了详细设计，并提出了详细的实现方案。本文系统已应用于鞍钢现场，投运后，系统运行稳定，达到了预期效果，获得用户认可。关键词：电能量；采集与管理系统；TMR；DL/T645ABSTRACTTheElectricalEnergyAcquisitionandManagementSystemisprimarilyusedfortherealizationofthecollectionterminal(substation,largeusers,distributiontransformerterminals,powerplants,etc.)ofainAnshanIronandSteelCompanyscene,thesystemwasstable,hadachievedtheanticipatedeffect,obtainedthecustomerapproval.Keyword：ElectricalEnergy；AcquisitionandManagement；TMR；DL/T645目录第1章绪论1.1课题背景1.2电能量数据采集与管理系统研究现状1.2.1同类产品1.2.2发展趋势1.3本文的工作第2章相关技术概述2.1通信协议2.2DL/T6452.2.1字节格式2.2.2帧格式2.3实现技术2.4小结第3章电能量数据采集与管理系统概述3.1设计原则3.2技术要求3.3拓扑结构3.4体系结构3.5功能框架3.6小结第4章电能量数据采集与管理系统设计4.1数据采集的分析与设计4.1.1电能量数据采集特点4.1.2电能量数据采集功能要求4.1.3数据采集的设计4.2统计计算的分析与设计4.2.1功能要求4.2.2分析设计4.3业务操作的分析与设计4.3.1电量分析功能设计4.3.2线损分析功能设计4.3.3日常业务操作设计4.3.4图形分析功能设计4.4系统管理的分析与设计4.4.1功能需求4.4.2分析与设计4.5WEB报表的分析与设计4.6参数管理的分析与设计4.7小结第5章电能量数据采集与管理系统的实现5.1电能量数据采集的实现5.1.1通讯参数设计实现5.1.2规约库设计实现5.1.3通讯设备库设计实现5.2业务分析的实现5.2.1电量分析实现5.2.2线损分析实现5.2.3日常业务操作实现5.3.4图形分析功能实现5.3系统管理的实现5.4WEB报表的实现5.5参数管理的实现5.6小结第6章总结6.1本文总结6.2今后的工作参考文献致谢图表目录图2.1传输序列图图2.2帧格式图2.3控制码格式图3.1系统典型拓扑结构图3.2体系结构图3.3功能框架图表4.1采集模块基本功能表图4.1采集模块数据流关系图图4.2电量自动计算的主流程图图4.3旁路时电量计算处理图4.4线路基础电量计算流程图图4.5线路旁路电量计算流程图图4.6线路电量计算流程图图4.7对象电量计算的流程图图4.8权限管理模块的结构设计图图4.9权限管理模块程序流程图图5.1规约类库设计图图5.2规约基类图5.3问答规约类图5.4通讯设备类库设计图图5.5设备参数设置类图5.5通信设备基类图5.6串口通信设备类图5.7拨号通信设备类图5.8电量分析实现界面图5.9线损分析实现界面图5.10日常业务操作实现界面图5.11图形分析实现界面图5.12系统管理实现界面图5.13报表管理实现界面图5.14参数管理实现界面专业名词DSM电量需求侧管理TMR电能量计量系统RTU数据采集远方终端ERTU电能量数据采集远方终端PT电压互感器CT电流互感器SCADA数据采集和监视系统DMIS调度管理信息系统MIS管理信息系统DMS配网管理系统EMS能量管理系统第1章绪论1.1课题背景电力需求侧管理(PowerDemandSideManagement，简称DSM)[国家发展和改革委员会,2004]是指通过提高终端用电效率和优化用电方式，在完成同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求，达到节约能源和保护环境，实现低成本电力服务所进行的用电管理活动。电力需求侧管理发源于美国。1973年第一次世界石油危机爆发后，燃料价格飞涨，美国能源界意识到单纯依靠能源供应很难满足不断增长的能源需求，还应该考虑需求侧的节约。电力需求侧管理正是适应这一变化而兴起的新的能源管理方法。这期间，美国建立了同时将供应方和需求方两种资源，作为一个整体进行综合资源规划(IRP)的新理念，对供电方案和节电方案进行技术筛选和成本效益分析，形成综合规划方案。第二次石油危机爆发后，更多国家开始重视电力需求侧管理的研究和应用，目前已逐渐扩散到加拿大、欧盟国家、日本、巴西等30多个国家和地区。20世纪90年代初，电力需求侧管理被引入我国。1996年—2000年间，各省(区、市)先后开展了多种电力需求侧管理示范项目，取得了一定的经验。2002年以来，随着电力供需紧张，电力需求侧管理进一步得到了全社会的普遍关注。电力需求侧管理在我国进入了一个较快发展的时期，国家有关政府部门及部分省级政府出台了很多关于电力需求侧管理的政策，对实施有序用电、提高能效、缓解电力供需矛盾发挥了积极的作用。电能采集与管理系统是电力需求侧管理的重要组成部分，为电力需求侧管理提供了强有力的技术支持。随着电力法的实施和电力工业的体制改革，电网的运营和管理正逐步走向商业化。在市场经济体制下，各电网中发电、供电、用电各方形成了以经济条款为纽带的新型运作模式，以传统行政手段为主的经营方式被打破，经济考核成为电网运行管理的主要手段。同时，由于电力生产和使用的特殊性，其价格取决于电力系统运行中的诸多因素。经济增长与电力需求，是分析一个国家经济运行状况的两个重要指标；国际上的一些研究机构，通过分析实际用电量来判断经济增长状况。近20年来，我国GDP（GrossDomesticProduct，国内生产总值）与电力需求均保持了高增长。随着我国社会主义市场经济的发展和“一户一表”工程的开展，用户用电表计数量增幅较大，这也使得电能表计的抄表工作量加大了。传统的电费抄收方式是按月人工抄表，存在中间环节多，工作量大，实时性差，计算差错率高等弊端。由少抄、漏抄和错抄造成的“线损”直接影响了电力部门的经济效益，造成了国家电力资源的大量流失。电能量数据采集与管理系统的建设是随着电力商业化运营的开展、电厂出现多元化投资主体而开始的；为了提高供电部门的生产效率和效益，提高供电部门的自动化管理水平，实现电表电量数据的采集和管理全过程计算机网络管理系统。同时还应满足用电检查、电费催交及电压合格率等工作的计算机管理的需要。以达到提高抄表工作的工作效率，减少差错，规范工作，加强对用户的管理。现电力部门大力开发抄表系统软件，使用户用电管理达到系统化、规范化、自动化、统一化。电能量数据采集与管理系统是集计算机、数字通信等多项高技术于一体的抄表系统[肖鲲等,2002]，具有抄收速度快，计算精度高，抄表同时性好，可直接与计费计算机联网等突出优点。电能量数据采集与管理系统的实施应用可以缓解抄表人员的劳动强度，降低抄表误差和便于计算线损，是提高电力营业管理自动化水平的重要技术手段；它既可用于工业抄表、农业网线损管理，亦可用于居民用户抄表。电能量数据采集与管理系统是电力市场运营的基础，它直接关系到交易各方的利益，是交易结算的依据。通过现场手工抄表或远方自动抄表等方式，将电能计量点的电能表读数送到电能计量结算部门进行统计处理，形成对各有关单位的电能购销统计数据，通过相应的处理，计算出各个用电单位的购销电能量费用，完成电费的结算，是电量采集的最终目的。因此，为适应商业化运营的需要，建设一个能自动完成电量考核及结算功能的电量采集与管理系统是十分必要的。1.2电能量数据采集与管理系统研究现状1.2.1同类产品介绍目前国内同类产品包括DF6100电能计量计费自动化系统、EAC计量自动化系统、CASE2000、山大电能量采集系统4种产品。DF6100电能计量计费自动化系统，为烟台东方电子公司研发，其主要技术性能及特点：采用开放的支撑平台技术具有分布式运行管理环境,采用大型商业数据库作为历史数据库,实时数据库采用客户/服务器技术和SQL访问技术；图形界面采用OpenGL技术,界面友好；实现系统故障的实时报警功能，采用网络平台技术;具有双前置自动切换，进程守护等功能;有一定的扩充性能;提供分线、分段、分压分析线损；可以与负控、MIS、SCADA系统接口。EAC计量自动化系统，为广州科立公司研发，其主要技术性能及特点：为开放式系统，允许用户进行二次开发，可以按设定的计费模型统计计费，采集可以定时、即时抄录站端数据，具有分时行度、分时电量、分时负荷查询功能；电量信息查询系统平台，具有报表与各类工况监视图形输出，具有线损管理，实时电价系统，需求侧分析功能等。CASE2000，为湖南威胜公司研发，其主要技术性能及特点：采用SQL商用数据库，图形界面友好，具有定时即时抄录站端数据功能，提供比较方便的档案管理，提供WEB浏览功能。山大电能量采集系统，为山大积成电子公司研发，其主要技术性能及特点：采用SQL商用数据库，具有定时即时抄录站端数据功能，提供用户界面和各种实现数据，提供WEB浏览，支持采集双通道，采用双数据库。1.2.2发展趋势随着计算机领域计算机硬件技术、通信技术、数据库技术、Internet技术的发展，有采用如下新技术的趋势：（1）中间件技术所谓中间件，就是位于操作系统和应用软件之间的一个软件层，它向各种应用软件提供服务，使不同的应用进程能在屏蔽平台差异的情况下，通过网络相互通信。中间件技术能使系统配置灵活，专注于业务逻辑处理，也为跨平台运行奠定基础。（2）可视化技术随着计算机技术的发展，可视化技术的应用，可以将传统的用数字、表格等方式表达的离线信息，转换为通过先进的图形技术、显示技术表达的图形信息，直观易懂，也更人性化。（3）与SCADA/DMS/EMS一体化由于电能量采集系统和SCADA采用了一些相同的技术，在技术层面上有很多的共性，易于实现一体化。一体化后管理也将有诸多的方便，可以减少维护的工作量和复杂度，减少维护人员。（4）Internet信息服务技术基于TCP/IP技术的B/S浏览，使得查看系统信息便利化，是当今技术的发展潮流。1.3本文的工作本文将分章节详细说明电能量数据采集与管理系统的设计方法和实现方案。组织结构如下：第1章绪论部分介绍了